Relazione Tecnica

Relazione Tecnica - Sunflower hcpv

L'ESPERIENZA
Sunflower vanta una lunga esperienza nella pianificazione e nello sviluppo di impianti per la produzione di energia elettrica sia da green-field, sia all'interno di insediamenti produttivi esistenti. Nel settore voltaico, sono state condotte esperienze in riferimento a:
- impianti ad inseguimento a due assi
- impianti a terra su strutture fisse
- impianti integrati su edifici
- parcheggi con pensiline fotovoltaiche

LA PIANIFICAZIONE E LO SVILUPPO
Per la pianificazione e lo sviluppo di un impianto per la produzione di energia, l'analisi inizia dalla valutazione della fattibilità programmatica/normativa per passare a quella tecnico-economica, con particolare riferimento all'analisi della disponibilità nel tempo della fonte di energia primaria disponibile.

 IL PROCESSO AUTORIZZATIVO
Data la grande varietà di ambiti di tutela ambientale e paesaggistica che caratterizzano il nostro paese, ogni intervento richiede la completa conoscenza delle normative emanate dalle autorità e dalle amministrazioni locali. La vasta e differenziata casistica dei progetti sviluppati in numerose Regioni, dà a Sunflower una solida competenza nella gestione delle pratiche autorizzative.

LA PROGETTAZIONE
Sunflower segue l'attività di progettazione in tutte le sue fasi, dallo studio di fattibilità alla progettazione preliminare, definitiva ed esecutiva. L'intero processo avviene all'interno dell'azienda, che può così meglio coordinare tutti gli aspetti specialistici legati alla realizzazione dell'impianto.
Nello specifico, una lunga esperienza è stata maturata nella redazione della valutazione di impatto ambientale per impianti in area agricola.

LA CONNESSIONE ALLA RETE
Sunflower dedica una cura particolare alle pratiche amministrative e al progetto per la connessione degli impianti alla rete elettrica nazionale, considerando questa attività uno dei passaggi chiave per il successo dei progetti.

 LA REALIZZAZIONE
Una volta valutata la fattibilità di un intervento, la società è in grado di dare servizi globali di project e construction management, seguendo la realizzazione dalla fase di richiesta autorizzativa a quella di definizione della contrattualistica per l'acquisto delle apparecchiature e di realizzazione e collaudo delle opere (EPS: Engineering Procurement Supervision).

 

Panoramica  

 Il fattore di ombreggiamento relativo al  sistema di inseguimento HCPV è inferiore a qualsiasi altro prodotto analogo. Il sistema è stato progettato per ridurre al minimo il calo della produzione di energia del modulo dovuta allo sporco sulla superficie, quindi fornisce una gestione intelligente.

  • Mitigazione: Durante la notte, i moduli sono orientati verso il basso per evitare depositi di  polvere sul vetro
  •  Rugiada: l’automatica collocazione in posizione notturna evita che la lente si inumidisca e si raccolga sul vetro.
  • Auto Pulizia: La stazione meteorologica rileva gli eventi di pioggia e posiziona il sistema ed i moduli in Modalità Pulizia
  •  Modalità Pulizia: Posiziona i moduli per una facile pulizia. Permette all'operatore di posizionare i moduli in verticale per l'accesso veloce. Orario pulizia: L’ intervallo di pulizia periodica si basa su condizioni locali, perdita di efficienza, e costi per la pulizia.

I Tracker ed i moduli sono orientati verso l’irraggiamento solare per poter funzionare al massimo, e sono sempre perpendicolari al sole. Questo significa che da qualsiasi punto lo si guardi, il sistema è esattamente orientato verso il sole.

L'esclusivo inseguitore a 2 assi permette di mantenere il modulo al suo centro di gravità eliminando le forze di attrito e l’ usura delle parti meccaniche. Ciò significa che la vita del sistema rimane invariata nel tempo, e non richiede manutenzione. I motori sono sigillati e protetti dall'ambiente (pioggia e polvere), vengono utilizzati lubrificanti ed accorgimenti che evitano la condensa. Ciò permette al sistema una vita di 30 anni senza manutenzione.

Infine, si utilizza la potenza effettiva proveniente da ciascun modulo e dal sistema di puntamento solare. Questo ha il vantaggio aggiunto di fornire informazioni di monitoraggio fino al modulo, l’andamento dei costi di esercizio e di manutenzione. L'operatore è in grado di seguire in rete le eventuali problematiche del sistema e individuarne le soluzioni prima di arrivare in loco. Tutte queste informazioni di monitoraggio di stato vengono fornite dal PC con connessione wireless, eliminando la necessità di cablaggio supplementare nel campo. Può anche essere integrato con software di monitoraggio opzionale.

I moduli HCPV presentano un moderno design. Il sistema di tracciamento esclusivo dà l'impressione di una scultura in movimento. La nostra soluzione fornirà un prodotto high-tech rispettando l’ambiente. Su base globale, il nostro sistema è più efficiente ed efficace rispetto ai nostri concorrenti del settore.

 

Sonda di puntamento ad alta precisione

Il sistema ottico di concentrazione permette di raccogliere molto efficacemente solo la radiazione solare che cade all’interno di un cono la cui semi-apertura è detta “accettanza” angolare.

Rispetto ai sistemi solari piani, i sistemi solari a concentrazione hanno un’accettanza angolare estremamente ridotta e per garantire l’ottimale efficienza di raccolta è indispensabile che il sistema sia precisamente allineato alla direzione da cui provengono i raggi solari.

L’utilizzo di uno strumento di puntamento preposto alla misura della precisione angolare con la quale il sistema di movimentazione insegue il sole è quindi di estrema importanza per fornire un’indicazione quantitativa dell’errore commesso e dell’andamento temporale di tale errore, in modo da poterlo correlare a particolari condizioni ambientali o contingenti.

Lo strumento valuta l’errore di puntamento e fornisce l’indicazione della intensità solare diretta (irradianza diretta), in modo da correlare l’entità del disallineamento alla perdita di efficienza dell’intero sistema.

L’apparecchiatura installata nel nostro sistema è uno strumento avanzato che permette di misurare quantitativamente il grado di precisione del sistema ad inseguimento , e contemporaneamente, di fornire una indicazione della intensità solare diretta su diverse lunghezze d’onda offrendo il vantaggio di poter disporre di due diverse funzioni.

Stato dell’arte

L’installazione di un campo fotovoltaico di grandi dimensioni costituisce un investimento significativo e la sua redditività dipende direttamente dalla capacità di produrre la maggior quantità di energia nell’arco dell’anno.

L’irradianza solare diretta è il fattore che influenza maggiormente la produttività sia dei sistemi fotovoltaici a concentrazione.

Questo strumento è dotato di un sensore ad ampio spettro (termopila) che permette di misurare direttamente l’intensità della radiazione incidente all’interno di un cono di apertura complessiva di circa 6 gradi, viene fissato solidalmente alla struttura meccanica di inseguimento ed allineato con i sistemi di conversione solare.

La funzione della sonda di puntamento permette di fornire sia la misura dell’irradianza solare diretta che la precisione di inseguimento.

A seguito di un approfondito studio sulle variazioni diurne e stagionali dello spettro solare effettuato utilizzando un ampio database raccolto dai laboratori NREL (National Renewable Energies Laboratories), è stata scoperta una forte correlazione tra la misura di intensità solare su specifiche lunghezze d’onda (misura multispettrale) . Ne risulta che filtrando opportunamente una telecamera e raccogliendo un set di immagini su singole lunghezze d’onda, riusciamo ad avere informazioni indispensabili per il corretto allineamento del sistema di inseguimento.

Lo strumento è una vera e propria stazione di monitoraggio per la misurazione della radiazione solare diretta che fa uso di una telecamera multispettrale.

La ricchezza dei dati forniti, permette non solo di effettuare misure dell’irradianza solare diretta su varie lunghezze d’onda, ma anche di validare i dati registrati tramite una misura dell’errore commesso nel puntamento della sorgente solare. Come anticipato, questa informazione non è normalmente reperibile nei sistemi di monitoraggio solare di tipo convenzionale.

L’applicazione della telecamera multispettrale misurala precisione di inseguimento dei tracker solari ad alta concentrazione. Il sistema è in grado di allinearsi alla direzione della radiazione solare, fornendo prove strumentali di questa indicazione.

Il cuore è costituito da una camera CMOS in grado di operare da -30 a +70 °C, con un livello di protezione IP65. Lo strumento è alimentato e controllato unicamente da una connessione USB e quindi è compatibile con tutti i personal computer. I dati vengono forniti direttamente in formato digitale e possono essere rappresentati sotto forma di grafico o salvati in un log file per utilizzi successivi.

La telecamera è dotata di un sistema ottico acromatico progettato appositamente per quest’applicazione ed in grado di fornire allo strumento un campo di vista di circa 5°. Il sistema ottico è inoltre dotato di un set di filtri interferenziali che permettono di registrare l’immagine della sorgente solare a diverse lunghezze d’onda.

Le varie immagini “monocromatiche” individuate dalla telecamera multispettrale sono combinate tra di loro attraverso un algoritmo al fine di ricavare una misurazione dell’irradianza solare diretta.

L’elaborazione delle immagini fornisce una varietà di informazioni.

Esse sono:

  •  Misura della irradianza solare diretta (DNI), fondamentale per la misura dell’efficienza di conversione dei sistemi fotovoltaici.
  •  Errore angolare istantaneo nell’inseguimento della sorgente solare (precisione 0.007°), utile a validare la misurazione di DNI e a stimare l’affidabilità del sistema di inseguimento.
  •  Diagramma storico degli errori di inseguimento, da cui è possibile correlare gli errori commessi con condizioni climatiche esterne o situazioni contingenti (interruzioni temporanee del funzionamento del sistema di inseguimento).
  •  Porzione della radiazione solare diretta effettivamente raccolta (una volta inserita l’accettanza angolare del sistema CPV).
  •  Stima del mismatch spettrale, ovvero della variazione delle componenti cromatiche dello spettro.
  •  Output digitale a 2 bit per fornire la direzione di intervento per eventuali correzioni fini da parte del sistema di inseguimento solare.

 

Il software di gestione dello strumento è stato interamente sviluppato in LabView ed è disponibile sia sotto forma di codice eseguibile (installazione multipiattaforma) che sotto forma di strumento virtuale (VI) da inserire all’interno di un codice LabView eventualmente sviluppato dall’utente. Questa flessibilità estrema permette di sfruttare tutte le potenzialità del prodotto - all’interno di un sistema di acquisizione o monitoraggio più esteso.

 

Lo strumento costituisce una autentica innovazione nel campo dei sistemi diagnostici per fotovoltaico ad alta concentrazione e permette di fornire all’utente una misura di tutti i parametri necessari per valutare la produttività e l’affidabilità di sistemi fotovoltaici ad inseguimento.

Protetto dal brevetto Italiano BO2010A000361 del 08.06.2010 ed è in fase di estensione a brevetto internazionale.

 Impatto ambientale del sistema

La nostra azienda commercializza i moduli dagli Stati Uniti, ed è produttore diretto del sistema di inseguimento, rispondendo prontamente alle varie problematiche.

 Il sistema HCPV è composto dal 99% di materiale riciclabile.

99% da scarti industriali.

100% di materiali di imballaggio o contenitori per il trasporto vengono riutilizzati per ridurre al minimo l'impatto ambientale.

Valutazione delle possibili perdite di generazione di energia ottimizzando le ombre, il sistema HCPV solare fornirà un’alta produzione di energia elettrica annua, superiore del 45% rispetto ai tradizionali PV-Tilt a 5°.

Tutti i calcoli di produzione di energia elettrica si basano su un DNI di 4,261 kWh / m² / giorno, in base ai dati della stazione meteorologica NASA e Solar Energy (SSE) Release Data Set, e su media annuale (luglio 1983 - giugno 2005).

Parametro: Incidenza irraggiamento su piano orizzontale (kWh/m2/giorno) per posizione in Italia. Condizioni : (+ / -10%) - 1000 W/m2 DNI, AM 1.5, 20° C di temperatura ambiente, 3m/s la velocità del vento.

Si prega di notare che la potenza installata e la produzione annua (MWh/anno) citate in questo documento sono stimate approssimativamente, in base alla documentazione disponibile e al sito d'indagine del territorio.

Hcpv d.o.o è fornitore di attrezzature, ed è in grado di dare assistenza nella realizzazione del progetto. Con i dati forniti dal cliente si continua a perfezionare la proposta fino a che non si raggiunge la totale approvazione.

Panoramica della fornitura: 

Il Sistema a Tracciamento Integrato comprende pertanto le seguenti attrezzature: 1) modulo ad alta efficienza 28% hcpv Emcore 2) inseguitore a 2 assi SunFlower hcpv 3) Sistema di campo zavorra sotto struttura di montaggio 4) DC Smart-combinatore (quadro di stringa 390VDC bus di alimentazione a MPP inverter non incluso) Filo-cablaggio all'interno del frame-set. 5) Server con sistema integrato di monitoraggio con fornitura indirizzo IP di riferimento 6) Sistema di raccolta dati wireless per il sistema di monitoraggio dello stato e controllo 7) Stazione meteo 8) Sistema di pulizia ed alimentazione in modalità notturna e di emergenza 9) 5 o 10 anni di garanzia delle attrezzature 10) Manuale di istruzioni e di manutenzione 11) Supporto marketing

Altre Specifiche importanti:

Considerazioni sull’ambiente: 

Copertura massima del campo ombra terreno : 25% a. impronta massima sul tetto : 0,002% b. utilizzati 99,8% di materiali riciclati.

Certificazioni:

UL 8703 Standard per la sicurezza del fotovoltaico (CPV) , è lo standard unico che può certificare la tecnologia CPV. UL 1703 Standard per la sicurezza di Flat-Plate C-Si ( non per tecnologia CPV). IEC 62108 Standard per fotovoltaico a concentrazione (HCPV) - moduli e assemblaggio PV CYCLE per lo smaltimento dei materiali a fine vita CERTIFICAZIONI ISO 9001:2008 (Gestione della Qualità) OHSAS 18001 ( Sistema di Gestione della Salute e Sicurezza del Lavoro) e ISO 14001 ( Sistema di Gestione Ambientale)

Installazione ionizzazione: 

Vento Esposizione max 144 km /h (ASCE 07-05/IBC/UBC/CBC) Zona sismica 4 (UBC / CBC) oluzione chiavi in mano del sistema per la parte DC del progetto. Soluzione completa DC che include i moduli HCPV, un Tracker a 2 assi e sistema di controllo, tecnologia micro convertitore. Ciò riduce il costo dell'energia elettrica e consente la copertura contro il rischio di futuri aumenti di prezzo. Oltre ai molti benefici finanziari il sistema offre ovvii benefici ambientali .

I sistemi HCPV richiedono circa una superficie del 33% in meno rispetto ai tradizionali mono-cristallini in silicio. Del 67% in meno rispetto alle soluzioni a film sottile - I sistemi ad alta concentrazione producono fino al 45% di energia in più annuale (Rispetto Tilt-PV a parità di potenza installata) - Opzioni flessibili di montaggio : terra , tetto e pensiline (es. parcheggi) - Installazione semplice. - Non richiede alcuna fondazione. - Non richiede attrezzature pesanti per l’installazione. - Cablaggio integrato, preinstallato in fabbrica. No lavoro di cantiere. - Sistema di cablaggio estremamente semplice che riduce le perdite di energia. - Sistema di monitoraggio in wireless, eliminando la necessità di cablaggi Ethernet in campo

Nessun punto singolo di guasto. - Diodi by-pass e micro convertitori che ottimizzano la produzione del sistema durante i periodi della giornata di minor irraggiamento. - Il collegamento in parallelo indirizza la potenza in un unico bus .

Moduli: 

500 soli su alta efficienza, grazie a celle a tripla giunzione in vetro temperato composito con lente Fresnel , che migliora l'affidabilità e riduce lo sporco - avanzati rendimenti grazie ad ottiche secondarie ad ampio angolo di ricezione di ± 0,9°, che mantiene il 90% della potenza nominale. - Tracker integrato , che fornisce un design a basso impatto, e permette una più veloce installazione.

Micro AC / DC Converter 

converte ogni ~ 80 90 VDC in uscita del modulo ad una singola stringa regolata 390VDC per set di cinque (5) moduli fornendo la massima potenza MPPT locale. - Migliora le prestazioni dei moduli evitando ombreggiamenti. - Migliora le prestazioni degli inverter in condizioni di scarsa illuminazione - Misurazione di uscita istantanea in corrente continua per il controllo della tensione per ogni modulo. - Valuta in tempo reale la massima potenza-tracking - Fornisce in tempo reale il monitoraggio dello stato e la registrazione dei dati - Monitoraggio dello stato e di controllo. Sistema wireless per il controllo dello stato del modulo e le statistiche sulle prestazioni di livello, allarmi di guasto, monitoraggio remoto e gestione campo. - Aggiornamento in tempo reale delle statistiche dell'energia - Sistema integrato di comunicazione wireless che elimina la necessità di cavi aggiuntivi (IEEE 802.15.4) - Funzionalità avanzate - l'interfaccia grafica fornisce controlli automatizzati per attivare il Modo Pulizia dei pannelli HCVP. Interazione con la stazione meteo dei pannelli HCPV in Collocazione Automatica per la messa in sicurezza dei moduli in caso di spinta vento da 90 Km/h

Note aggiuntive ambientali 

Tutti gli elementi strutturali in acciaio sono galvanizzati per ASTM A123 o A653, zincatura per ASTM B633, e / o verniciatura a polvere per ASTM D7378. Il tracker ha un sistema di motoriduttori gear-box che non necessitano di manutenzione ed ingrassaggio - Il sistema strutturale è stato progettato per sopportare una spinta vento a 140 km/h con un fattore di sicurezza di 2.0, o superiore. Pertanto, la resistenza strutturale a questo livello alla velocità del vento è garantita.   

Auto-recupero da interruzione di corrente 

Tutti gli start-up, sia da avvio iniziale del sistema, il recupero dal guasto, o il recupero da un arresto programmato funzionano in questo modo: - Il PC è il primo elemento per accendere e controllare il sistema all'avvio . Il PC viene configurato prima, scaricando una serie di informazioni specifiche da un server centrale. Il passo seguente è la connessione alla rete 802.15.4., prima in stato di manutenzione, fino a quando la condizione viene meno. In seguito si imposta il monitoraggio dei moduli. I primi moduli identificati vengono "attivati", e in tal modo vengono classificati, ma sempre in Modo "fan-out", per mantenere l'energia consumata mentre nessun prodotto rimane ad un livello minimo di produzione.

Degradazione 

Le stime di produzione di cui sopra sono per il primo anno di vita del sistema. Tuttavia, a causa del materiale in silicio, dalla prolungata esposizione ai raggi UV, e cicli termici ed elettrici, si stima che la produzione diminuirà in media dello 0,8% all'anno. Il settore di ricerca ha scoperto che i moduli cristallini di norma si degradano 0,5% all'anno, ma noi preferiamo adottare un approccio più conservativo nelle nostre stime di produzione e la stima si aggira intorno allo 0.4% all'anno.

Come accumulare e conservare l'energia prodotta dal proprio impianto fotovoltaic

Come accumulare e conservare l'energia prodotta dal proprio impianto fotovoltaic - Sunflower hcpv

 

 
Il solo modo per autoconsumare l'energia prodotta da fonti rinnovabili e dal nostro impianto fotovoltaico è quello di accumulare e conservare l'energia autoprodotta che non è possibile consumare durante il giorno perché si è fuori casa, per fruirne nei momenti in cui se ne ha bisogno senza consumare la corrente che proviene dal nostro gestore elettrico e che presenta un costo maggiore rispetto alla somma erogata dalla tariffa premio di autoconsumo.
Basti pensare che per un impianto fino a 20 kW si ha una tariffa premio per l'energia auto consumata di 0,16 euro, mentre l'energia venduta in rete ha un costo di 0,21 euro. E' facile comprendere come il guadagno sia nell'autoconsumo di tutta l'energia prodotta, che tra l'altro è gratuita.

Come diventare un produttore di energia indipendente dal proprio gestore elettrico

L'utente che installa un impianto fotovoltaico con l'idea di diventare un vero e proprio produttore di energia elettrica per il proprio fabbisogno energetico e rendersi completamente autosufficiente non può non valutare la soluzione di accumulare e conservare l'energia prodotta che non riesce a consumare per fruirne nei momenti in cui non si ha la possibilità di produrre energia, come durante la notte o nei momenti in cui si ha una bassa produzione o durante le giornate di minore irraggiamento solare.
In commercio esistono numerose soluzioni per immagazzinare e conservare l'energia autoprodotta e non autoconsumata grazie a dei sistemi di accumulo per l'autoconsumo successivo. Sono le batterie di accumulo per impianti fotovoltaici che permettono di ottimizzare non solo la produzione elettrica da fonti rinnovabili, ma soprattutto di ottimizzare il consumo senza lasciare nessun kW prodotto senza utilizzare.

I sistemi di accumulo a batteria per l'energia autoprodotta dall'impianto fotovoltaico

Il sistema di batterie di accumulo permette un importante ritorno economico in quanto anche nei momenti in cui non è possibile produrre energia elettrica da fonti rinnovabili si ha comunque una riserva di energia per non utilizzare l'energia del gestore elettrico e non pagarla sulla bolletta.
Ricordo infatti che, l'energia autoprodotta è gratuita e non viene pagata in bolletta. La somma che si deve pagare nella bolletta elettrica è quella dell'energia consumata durante le ore in cui non si produce dall'impianto fotovoltaico. Con il sistema di batteria di accumulo dell'energia autoprodotta non si avrà più bisogno della rete elettrica per accendere i nostri elettrodomestici diventando, a tutti gli effetti, dei produttori di energia da fonti rinnovabili e completamente (o quasi) autonomi energeticamente.
In commercio esistono numerosi sistemi di accumulo a batterie (solitamente riciclabili) dell'energia autoprodotta e sono ideali per qualsiasi tipologia di installazione domestica che permettono di approvvigionare l'energia elettrica riducendo il prelievo dell'energia dalla rete del gestore elettrico competente.

Come funzionano i sistemi di accumulo a batteria per l'energia autoprodotta

In linea generale, il sistema di accumulo a batteria dell'energia autoconsumata è dotato di un meccanismo intelligente che permette di individuare se immagazzinare l'energia nelle batterie o se spostarla nella sezione di autoconsumo o se immetterla nella rete per fruire della tariffa incentivante. Inoltre, il sistema di accumulo a batteria, solitamente al litio, permette di stabilizzare la variabilità della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili.
Il sistema di accumulo a batteria ha un funzionamento continuo e non viene interrotto in caso di blackout della rete elettrica, per cui può continuare a registrare e immagazzinare la produzione di energia da fonti rinnovabili. Questa tipologia di sistema di accumulo viene anche chiamata "Riutilizzatore Energetico" ed è dotato di batterie e di una centralina elettronica che tramite l'utilizzo di un software gestisce l'energia prodotta e, se il fabbisogno energetico della nostra abitazione lo richiede, preleva l'energia necessaria dalla rete. Inoltre, il sistema di accumulo a batteria gestice la potenza di carica della batteria per ottimizzare la sua durata.
Il sistema di accumulo è stato studiato e progettato proprio per rendere autonoma energeticamente una singola abitazione.

Perché è importante utilizzare un sistemi di accumulo a batteria per l'energia autoprodotta?

Scegliere per il proprio sistema fotovoltaico un sistema di accumulo a batteria è importante per ottimizzare non solo la produzione di energia elettrica che non verrebbe mai dispersa in rete, ma sopratutto per ridurre i consumi elettrici, sfruttando esclusivamente l'energia autoprodotta, pulita, da fonti rinnovabili e sopratutto gratuita.
E' facile comprendere come sia importante sfruttare al massimo l'ernergia che può essere prodotta da un singolo impianto fotovoltaico domestico, in quanto questo significa, come abbiamo visto precedentemente, che lo stesso proprietario del sistema fotovoltaico diventa un produttore di energia elettrico, completamente autonomo dal gestore elettrico e come lo stesso meccanismo possa ridurre l'impatto ambientale, limitando le immissioni in rete e risolvendo anche le congestioni della stessa rete elettrica.
Degli studi sul consumo dell'energia prodotta da un impianto fotovoltaico domestico hanno dimostrato come, anche se una famiglia è in casa tutto il giorno, non riesce a autoconsumare una quota di energia superiore al 30-40%: la quota di energia elettrica autoprodotta in eccesso, se non si è dotati di un sistema di accumulo di energia a batteria, viene obbligatoriamente ceduta alla rete.

Il maggiore vantaggio di un sistema di accumulo a batteria per l'energia autoprodotta

I sistemi di accumulo a batteria sono uno strumento molto importante per la stabilizzazione dell'energia prodotta che permette di migliorare sensibilmente la trasmissione elettrica e ottimizzare i consumi.
Infatti, l'energia da fonti rinnovabili presenta numerosi vantaggi legati alla sua gratuità, al suo livello zero di emissioni di gas serra durante la sua produzione e alla rinnovabilità, ma è una fonte di energia discontinua, che non permette di essere prodotta in tutti i momenti della giornata creando degli scompensi nei consumi, in quanto si ha SEMPRE bisogno dell'energia elettrica: i sistemi di accumulo a batteria dell'energia autoprodotta risolvono questa problematica.

Gli ulteriori vantaggi di un sistema di accumulo a batteria per l'energia autoprodotta

Inoltre, possiamo affermare che l'acquisto di un sistema di accumulo dell'energia elettrica a batteria presenta anche altri vantaggi e benefici non solo nel consumo energetico della nostra casa, ma anche nel consumo e praticità dell'abitazione stessa:
  • si può fruire della tariffa di autoconsumo premio che regala 0,16 euro per kw prodotto;
  • autonomia dalla rete elettrica che rimane come fonte di erngia di scorta nel momento in cui non si possiede energia autoprodotta da consumare;
  • garanzia di un flusso di elettricità costante anche se NON da fonti rinnovabili, grazie al sistema intelligente dell'impianto di accumulo che individua i momenti in cui è possibile fruire dell'energia autoprodotta o quando è necessaria quella della rete elettrica.
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Power-One Presenta il Nuovo Sistema di Raccolta di Energia 

Power-One, Inc (Nasdaq: PWER), produttore leader a livello globale di soluzioni per le energie rinnovabili e per l’efficientamento energetico e la gestione dell’energia, ha annunciato oggi che l'azienda presenterà al SOLAREXPO un prototipo del suo nuovo sistema di accumulo dell’energia fotovoltaica per applicazione residenziale. La soluzione fotovoltaica di accumulo sarà disponibile entro la fine del 2013.
Il prototipo del sistema consiste in un inverter Power-One 4.6 kW monofase grid connected e in una batteria agli ioni di litio di capacità utilizzabile pari a 2 kWh. Permette quindi ai proprietari di abitazione di accumulare qualsiasi eccesso di energia prodotto durante i periodi di picco per periodi di maggiore fabbisogno energetico. Dando ai proprietari del sistema la capacità e la flessibilità di utilizzare l'energia generata in eccesso per ricaricare le loro batterie, questa elettricità eccedente può essere impiegata per alimentare elettrodomestici nei periodi in cui l'impianto fotovoltaico non produce alcuna energia o produce energia insufficiente.
"Rendere disponibile a richiesta l’energia fotovoltaica è un grande passo verso la totale autonomia nel consumo come pure l’indipendenza energetica, e apre una nuova opportunità per la vendita di sistemi fotovoltaici e di accumulo di energia”, ha dichiarato Paolo Casini, Vice Presidente Marketing di Power-One. "Con la nostra nuova soluzione di accumulo di energia permettiamo ai nostri clienti di far collimare la produzione di energia e il consumo con i loro fabbisogni, aiutandoli così ad aumentare la loro autonomia e risparmiare sulle bollette".
"Allo stesso tempo, i sistemi di accumulo energetico residenziale richiedono che distributori e installatori collaborino più da vicino con i proprietari di casa per calcolare i loro modelli di utilizzo di energia. In questo modo si può garantire che essi traggano pienamente vantaggio dai loro sistemi fotovoltaici e di accumulo energetico. Ecco perché lavoreremo insieme ai nostri partner per stabilire strategie di vendita e strumenti per le nostre nuove soluzioni fotovoltaiche nei mesi a venire", continua Casini.
Per garantire la sicurezza e la longevità della batteria agli ioni di litio, Power-One ha dovuto progettare l'inverter in base alla tensione e ai valori di corrente richiesti dalla batteria. In più, l'azienda ha sviluppato un sistema di gestione del fabbisogno energetico in grado di comunicare con il sistema di gestione della batteria. Nonostante queste sfide aggiuntive, il nuovo prodotto beneficerà dei vantaggi che i clienti della Power-One si aspettano di ricavare dall'esperienza dell'azienda nella produzione di inverter: il sistema di accumulo offrirà 2 MPPT (Maximum Power Point Tracking,), ampio range di funzionamento della tensione di ingresso ed alta efficienza. Power-One prevede inoltre di aggiungere la possibilita’ di gestire le utenze domestiche e di avere un’uscita AC ausiliaria che consentirà l’operatività del sistema in caso di interruzione dell'alimentazione.
Il sistema di storage è stato progettato per un lungo ciclo di vita di una batteria della durata prevista di dieci anni. La soluzione può altresì essere ampliata da moduli di batteria aggiuntivi fino a 9 kWh. Grazie alla porta Ethernet integrata, il sistema di accumulo dell’energia consente il monitoraggio locale o remoto senza necessità di interfacce aggiuntive.
Il sistema Power-One sarà lanciato il primo trimestre del 2014 in Italia e in Germania. Mentre la Germania è il paese più avanzato in relazione alla definizione e all'incentivazione di autonomia energetica all'interno del mercato fotovoltaico residenziale, l'Italia è similmente un mercato molto promettente in quanto oggi viene riconosciuto un incentivo a chi si dota di sistema di autonomia energetica. Altri mercati interessanti per le soluzioni fotovoltaiche di accumulo residenziale includono la Francia e il Regno Unito.

ENGINEERING PROCUREMENT CONSTRUCTOR

ENGINEERING PROCUREMENT CONSTRUCTOR - Sunflower hcpv

Hcpv d.o.o. EPC – (Engineering, Procurement, Constructor), si intende quel soggetto a cui sono affidate da parte di un “general contractor” (contraente generale, committente) le attivita’ di progettazione, relativa costruzione e consegna dell’impianto fotovoltaico.

Hcpv d.o.o. opera in veste di EPC Contractor, garantendo al committente la fornitura “chiavi in mano” dell’intero impianto fotovoltaico, passando attraverso le seguenti fasi:

 

  • Analisi del sito di costruzione e studio di fattibilità tecnico-economico per la ricerca della soluzione          impiantistica ottimale al fine di soddisfare le indicazioni del cliente
  • Realizzazione dei relativi Business Plan
  • Finanziamento diretto del progetto
  • Realizzazione del progetto preliminare e presentazione della domanda di connessione alla rete elettrica
  • Realizzazione dei progetti, definitivo ed esecutivo, e del relativo piano di sicurezza del cantiere
  • Realizzazione dello Scheduling dell’impianto
  • Produzione di tutta la documentazione dell’impianto sin dalla D.I.A. (Denuncia Inizio Attività) fino al        riconoscimento della tariffa incentivante
  • Installazione dell’impianto fotovoltaico, relativo collaudo tecnico e allaccio alla rete elettrica nazionale
  • Consulenza post-installazione e gestione dei rapporti con il GSE (Gestore dei Servizi Energetici).

 

Hcpv d.o.o. si pone, nella sua veste di EPC Contractor, come garante per la corretta esecuzione dei lavori di realizzazione dell’impianto. Tale garanzia e’ fondamentale per l’ottenimento delle tariffe incentivanti che consentono il rilascio dei necessari finanziamenti.

 

Richiedi preventivo e simulatore di produzione:

Per informazioni tecniche:

MANUTENZIONE INTEGRATA PER OTTIMIZZARE IL TUO INVESTIMENTO NEL FOTOVOLTAICO "Sun

MANUTENZIONE INTEGRATA PER OTTIMIZZARE IL TUO INVESTIMENTO NEL FOTOVOLTAICO "Sun - Sunflower hcpv

Gli impianti fotovoltaici, per funzionare al meglio durante il proprio ciclo vitale non devono essere abbandonati a se stessi, ma per ottimizzare l’investimento e prolungare il massimo rendimento, necessitano di un piano di manutenzione ordinaria e di una corretta gestione contabile verso il GSE e fiscale verso l’Agenzia delle Dogane.

Attraverso le specifiche competenze, offre un servizio di manutenzione integrata di alta qualità, che va dalla gestione delle pratiche UTF e GSE, alle verifiche impiantistiche e pulizia dei moduli in sito, utilizzando opportuna strumentazione ed operatori qualificati.
CASO REALE
Un impianto fotovoltaico installato da una ditta della zona nel 2010, della potenza di 170 kW, orientato a sud e inclinazione su falda di 12° ha registrato nel primo anno di esercizio una produzione inferiore del 31% rispetto a quella preventivata che già era sottostimata e di conseguenza il piano di rientro dell’investimento ha subito un ritardo enorme già dopo un solo anno. Le cause della scarsa redditività dell’impianto nel mese di marzo 2012 e dalle analisi in sito sono risultate tre lacune maggiori: errato dimensionamento, inverter di scarsissima qualità con rendimenti inferiori al 75%, 3 inverter completamente fermi da tempo non stabilito pari a 27 kW di potenza annullata.
L’intervento di manutenzione straordinaria, considerando l’aumento di produzione superiore del 12% a quella preventivata, ha un tempo di ritorno pari a 2 anni.
La manutenzione programmata ordinaria di un impianto fotovoltaico prevede le seguenti attività, volte a prevenire l’insorgere di eventi straordinari che creerebbero fermi macchina non previsti e riduzione quindi della redditività di impianto.
1. Attività impiantistiche
- monitoraggio giornaliero dell’impianto da remoto: attraverso il vostro data-logger è possibile monitorare ogni giorno il funzionamento delle componenti del vostro impianto (energia prodotta, inverter non funzionanti a regime, assenza di rete, pannelli fotovoltaici non produttivi). L’attività di verifica delle condizioni d'esercizio è volta a prevenire danni in occasione di eventi straordinari non controllati. Se non disponete dello strumento fondamentale di monitoraggio chiamate sunflower cpv, vi fornirà la soluzione corretta di installazione ed attivazione;
- verifica periodica in sito: comprende le verifiche del corretto funzionamento dei contatori fondamentale per la valorizzazione in denaro dell’energia prodotta,  la verifica del corretto e stabile montaggio delle strutture a supporto dei pannelli fotovoltaici, la verifica dell’integrità dei moduli fotovoltaici (vetri scoppiati, presenza di fenomeni di ossidazione o di interruzione dei conduttori interni mediante l’uso anche delle termo-camera) la verifica del funzionamento e della sicurezza di cavi elettrici, quadri, trasformatori, inverter, verifica delle correnti di stringa, manutenzione della cabina di trasformazione MT e tutti i suoi componenti consigliata dalla norma UNI CEI 0-15 e  le verifiche di rispetto delle normative specifiche per ogni componente o sistema;
- verifiche prestazionali: calcolo del rendimento dell’impianto complessivo come indicato da normativa specifica al fine di verificare se sono confermate le previsioni di rendimento del progetto e valutazione delle azioni da intraprendere nel caso di rendimenti disattesi che riducono la redditività dell’investimento;
- pulizia moduli fotovoltaici: il lavaggio dei pannelli fotovoltaici, la cui efficacia per il rendimento dell’impianto è ormai indiscussa, deve essere svolto con le dovute precauzioni: usando acqua demineralizzata, evitando l’uso di spazzole che rigano il vetro dei pannelli e prestando attenzione alle differenze di temperature tra l’acqua ed il vetro del pannello, nonché avendo cura nell’utilizzo della strumentazione in modo da evitare danni meccanici.
2. Attività contabili-amministrative
- gestione on-line rapporti e contabilità GSE: comprende la gestione delle pratiche con il GSE e della contabilità mensile ed annuale ma anche la verifica degli importi pagati dal GSE rispetto a quanto l’impianto ha realmente prodotto;
- gestione pratiche Agenzia Dogane: comprende le pratiche per la gestione dell’officina elettrica, ossia la dichiarazione di consumo annuale, la corretta registrazione dei dati di produzione e scambio sul registro, la consegna e vidimazione dei registri nuovi, il pagamento degli oneri per il mantenimento del diritto dell’officina elettrica e l’aggiornamento delle certificazioni che regolarizzano l’impianto secondo le norme dell’Agenzia delle Dogane;
- gestione pratiche AEEG: comprende le pratiche di dichiarazione annuale on line per il pagamento del contributo all’AEEG istituito per legge e l’adeguamento alla Delibera n. 84/2012/R/EEL degli impianti superiori ai 50 kw connessi alla rete MT. Si ricorda che il tempo massimo per eseguire l’adeguamento è previsto per il 31703/2013. Il mancato adeguamento comprometterà l’emissione della tariffa incentivante da parte del GSE;
- assicurazione dell’impianto: per evitare perdite di reddito per fermi macchina o per furti o per malfunzionamenti è buona pratica attivare una polizza all-risk.
Durante le attività in sito di manutenzione ordinaria programmata, in particolare dal calcolo del rendimento dell’impianto, spesso emergono grossolani errori di progettazione e scarsa qualità dell’installazione.
La manutenzione straordinaria di un impianto fotovoltaico, data la “giovinezza” degli impianti installati, spesso deriva da installazioni o progettazioni non di qualità o addirittura errate.
La necessità di attivare attività di manutenzione straordinaria che spesso prevede la sostituzione di componenti di impianti (inverter, moduli difettosi, trasformatori), nasce generalmente durante la verifica del rendimento dell’impianto in sito o dal confronto dell’energia prodotta riconosciuta dal GSE e quanto preventivato in fase progettuale.
I tipi di interventi di manutenzione straordinaria possono essere di natura diversa: sostituzione di inverter poco performanti o inverter di produttori scomparsi dal mercato che si rompono, sostituzione di pannelli fotovoltaici difettosi, sostituzione di contatori difettosi o di trasformatori, verifiche di tensione della rete di distribuzione che disturbano il regolare funzionamento degli inverter, ma anche interventi strutturali, come il rifacimento di strutture di supporto di pannelli fotovoltaici che sono risultate instabili e quindi pericolose.
Assistenza e manutenzione
Sunflower cpv  è la nuova realtà dedicata alla gestione completa dei servizi post-vendita, per soddisfare le esigenze del cliente nella gestione dell'impianto lungo l'intero corso della sua vita utile. Sunflower cpv  è in particolar modo specializzata nella gestione degli impianti fotovoltaici grazie all’esperienza maturata dai Soci fondatori.
Dopo la messa in servizio dell'impianto è consigliabile assicurare il corretto funzionamento del sistema attraverso opportune attività di manutenzione: affidarsi a Sunflower cpv significa avvantaggiarsi dell'esperienza maturata nella gestione di oltre 20 MWp di impianto fotovoltaici, contando sull'impiego di manodopera specializzata e su un'estesa capillarità territoriale.


Sunflower cpv   è in grado di fornire un servizio modulare di manutenzione e assistenza post vendita su tutta Italia


Check-up impianto
Manutenzione ordinaria
Il Progetto
Sunflower cpv  si propone alle Aziende ed agli Enti Pubblici con una gamma completa di servizi rivolti all’ottimizzazione dell’efficienza energetica dei processi produttivi e degli edifici. 
1) ANALISI ENERGETICHE
  • Analisi delle forniture di energia elettrica;
  • Proposte dei risparmi derivanti dalla eventuale ricontrattualizzazione delle forniture di energia;
  • Servizio di monitoraggio dei consumi di energia;
  • Check up energetico degli impianti e degli edifici;
2) STUDIO DI FATTIBILITA’ E PROFITTABILITA’
Studio di fattibilità preliminare relativo agli interventi di efficienza energetica e autoproduzione dell’energia
  • illuminazione a led,
  • impianti fotovoltaici,
  • impianti solare termico,
  • pompe di calore,
  • micro e mini cogenerazione,
  • bonifica eternit e rifacimenti     coperture,
  • isolamenti e cappottature.
3) CONSULENZA PER ACCEDERE AI FINANZIAMENTI
Servizio analisi opportunità bandi e finanziamento agevolato e gestione delle pratiche relative.
4) PROGETTAZIONE ESECUTIVA
Progettazione preliminare ed esecutiva degli interventi di efficienza energetica e autoproduzione dell’energia;
5) GESTIONE PRATICHE
  • Gestione pratiche autorizzative;
  • Gestione pratiche con Distributore di Rete;
  • Gestione pratiche con Enti (GSE, UTF, ecc..);
6) REALIZZAZIONE INTERVENTI
Realizzazione degli interventi di efficienza energetica e autoproduzione dell’energia;
7) GARANZIA E ASSICURAZIONE
  • Gestione garanzia fornitori e procedure di estensione garanzia;
  • Servizio Assicurazione Impianti;
8) SERVIZI DI ASSISTENZA E MANUTENZIONE
  • Servizi di manutenzione e gestione degli impianti elettrici, cabine MT/BT, impianti termici e     impianti di produzione energia da fonte rinnovabile;
  • Servizio Sportello Energia;
 L’esperienza di Sunflower cpv  un punto di riferimento nel mercato dei servizi di risparmio e autoproduzione di energia elettrica.
 
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SISTEMI FOTOVOLTAICI DI ULTIMA GENERAZIONE CELLE TRIPLA GIUNZIONE

SISTEMI FOTOVOLTAICI DI ULTIMA GENERAZIONE CELLE TRIPLA GIUNZIONE - Sunflower hcpv

La concentrazione solare al contrario della tecnologia a film sottili, in questo ambito tecnologico, la quantità di materiale fotovoltaicamente attivo viene fortemente ridotta, proporzionalmente al fattore di concentrazione e sostituita con materiale meno costoso, quale è, ad esempio, il vetro utilizzato per costruire le lenti. L’utilizzo della concentrazione solare sta trovando un rinnovato interesse, perché in parte sta beneficiando delle ricadute tecnologiche sviluppate in campo spaziale, così come era successo nei primi anni settanta per la tecnologia del silicio, dall’altra, le sperimentazioni fino ad oggi condotte hanno trovato sintesi in nuovi prodotti estremamente interessanti. La Spectrolab, della compagnia Boeing in California, annunciava, nella conferenza europea di Barcellona, di avere superato il record precedente con una cella multi giunzione avente l’efficienza del 39% a 236 soli. Bisogna comprendere la portata di tali risultati: le previsioni indicano la possibilità di rendere nel medio periodo questa tecnologia competitiva rispetto alla tradizionali forme di produzione di energia. Anche l’Italia gioca un ruolo di primo piano nel panorama internazionale riguardante lo sviluppo del solare a concentrazione. 

I sistemi a concentrazione:

Un sistema a concentrazione è composto fondamentalmente di tre parti: il ricevitore, l’ottica di focalizzazione e l’inseguitore solare. Il ricevitore è il componente che comprende sia la cella solare che il sistema di dissipazione del calore.
L’ottica di focalizzazione è l’elemento che permette di concentrare la luce solare sul ricevitore e può essere costituita da lenti o specchi. Poiché i sistemi a concentrazione lavorano con la componente diretta della luce solare, il ricevitore e l’ottica di focalizzazione richiedono l’utilizzo di un inseguitore solare, che può essere a singolo asse o a doppio asse, per consentire un miglior puntamento del sole in ogni istante. Esistono svariate tipologie di sistemi a concentrazione, in funzione della diversa tecnica di focalizzazione della luce solare e del tipo di ricevitore che si utilizza. Le lenti possono essere di tipo ad immagine (cioè capaci di focalizzare in un punto l’immagine della sorgente di luce) o del tipo senza immagine (in questo caso non viene riprodotta nel punto focale l’immagine della sorgente). Queste ultime permettono di ridurre uno dei maggiori problemi che caratterizzano i sistemi a concentrazione, ovvero, la richiesta di una elevata precisione di puntamento dell’inseguitore solare. Generalmente, infatti, i sistemi point focus richiedono un angolo di accettazione inferiore a ± 0.5°. Questo significa che se l’angolo formato tra la semiretta congiungente il modulo a concentrazione ed il sole con l’asse del sistema ottico di raccolta fosse maggiore di 0,5° si determinerebbero considerevoli perdite nelle prestazioni del modulo a concentrazione. Le lenti senza immagine vengono impiegate proprio perché permettono di ampliare l’angolo di accettazione di alcuni gradi. Per ridurre i problemi di puntamento, viene adottata anche la soluzione di inserire sotto la lente principale delle ottiche secondarie, che possono consistere di piccoli coni la cui superficie interna è riflettente.
 
Si riporta l’esempio di un sistema a concentrazione tipo ”point focus‘ in cui è presente un’ottica di focalizzazione costituita da una lente di Fresnel e da un’ottica secondaria, rappresentata dal cono di colore giallo
 
Nei sistemi point focus generalmente si utilizzano celle ben separate una dall’altra con dimensione estremamente ridotta (con area di qualche mm2). Questa soluzione è interessante perché permette di utilizzare sistemi di dissipazione di tipo passivo e per i ricevitori, la tecnologia di fabbricazione utilizzata per i LED a semiconduttore.
Si prevede, quindi, una facilitazione nell’industrializzazione di tali sistemi. I sistemi line focus possono fare uso di lenti senza immagine con maggiori angoli di accettazione e vengono utilizzati  anche con inseguitori a singolo asse. La criticità dei sistemi che fanno uso di ottiche rifrattive, come i sistemi point focus e line focus risiede nella necessità di dover controllare l’aberrazione cromatica, ovvero la focalizzazione della luce a diverse lunghezze d’onda in punti focali differenti.
Per ottenere potenze maggiori ed evitare i problemi legati all’aberrazione cromatica, si utilizzano i sistemi dense array, in cui, al contrario dei sistemi precedenti, le celle solari assumono una dimensione maggiore (qualche cm2), sono disposte una vicino all’altra e la luce viene concentrata con degli specchi parabolici. In questo caso si rende necessario un sistema di raffreddamento di tipo attivo e la messa a punto di ricevitori più complessi, proprio per la necessità di rendere efficace la dissipazione del calore. Occorre comunque notare che è necessaria una maggiore precisione nella lavorazione degli specchi di quella richiesta per le lenti dei sistemi point focus. Se la parte centrale dello specchio, ad esempio, possedesse un errore di forma e fosse inclinata rispetto a quella ideale di un angolo a, allora il raggio riflesso sarebbe deviato rispetto al raggio ideale di un angolo d =2 a. Un errore di forma si ripercuoterebbe quindi in un doppio errore nella riflessione dallo specchio ed il raggio riflesso inciderebbe sul target tanto più lontano dal punto di incidenza ideale tanto più lontano è posizionato il target rispetto alla superficie riflettente.
Per diminuire la sensibilità necessaria nella lavorazione dello specchio è opportuno considerare specchi con un distanza focale dello specchio dal target minore possibile. Sono stati realizzati anche sistemi a concentrazione ibridi costituiti cioè sia da un ottica rifrattiva che riflessiva. Tali sistemi permettono di raggiungere fattori di concentrazione elevati (pari a 1000 soli) ed utilizzando ottiche senza immagine, consentono angoli di accettazione di circa ± 1.5°. Attualmente questi sistemi presentano delle uniformità di illuminazione sulle celle solari non ottimali e richiedono ancora dei miglioramenti nell’ottica di focalizzazione. Per diminuire i problemi termici che caratterizzano i dense arrays  sono stati sviluppati i sistemi a micro dish (micro specchi) che permettono fattori di concentrazione minori dei primi ma non necessitano di sistemi di raffreddamento di tipo attivo. Essendo gli specchi di piccola dimensione, è anche minore il rischio di determinare errori di forma e risulta più facile anche il puntamento del sole. Ovviamente, tali sistemi presentano una maggiore complessità di realizzazione. Per cercare di ottimizzare la raccolta della luce solare e diminuire i problemi legati alla dissipazione del calore sono stati progettati sistemi a concentrazione che utilizzano i filtri dicroici. Tali filtri permettono, ad esempio, di suddividere la luce solare in due principali regioni spettrali (una nell’infrarosso ed una nella regione che va dal visibile all’ultravioletto). Quando questi filtri vengono abbinati a degli specchi parabolici, è possibile inviare le diverse regioni spettrali su gruppi di dispositivi diversi, ognuno capace di raccogliere in modo ottimale lo spettro incidente. Ad esempio, si utilizzano dispositivi al GaSb o al Silicio per raccogliere la componente infrarossa dello spettro solare e celle all’InGaP o a multi giunzione InGaP/GaAs per raccogliere la componente visibile ed ultravioletta dello spettro solare. Questi sistemi sono stati sviluppati di recente e sono ancora tra una fase di studio ed ottimizzazione. A conclusione di questa sintetica e certamente non esaustiva descrizione delle tipologie dei sistemi a concentrazione esistenti, si considerano i sistemi v-trough, che utilizzano dei semplici specchi ai bordi di pannelli di tipo standard. Il nome deriva dalla configurazione geometrica degli spechi, il cui prolungamento forma, il profilo appunto di una v. In questo caso la realizzazione dei sistema a concentrazione è estremamente semplificata; il prezzo da pagare è legato al basso fattore di concentrazione ottenibile (circa 2 soli). Tra i sistemi a concentrazione menzionati non è possibile ancora definire un sistema concentrazione migliore, perché mancano ancora delle sperimentazioni di lunga durata sulle quali basarsi per esprimere un giudizio ponderato. Nel futuro potrà essere vincente il sistema a concentrazione che permetterà di essere realizzato con metodologie industriali a basso costo, quindi, mediante una tecnologia facilmente riproducibile e che si dimostrerà affidabile quanto i sistemi fotovoltaici piani oggi disponibili sul mercato. Occorre comunque osservare, che il rinnovato interesse nella tecnologia del solare fotovoltaico a concentrazione, trova fondamento, sia dalle numerose ed ingegnose soluzioni di sistema individuate, ma soprattutto nei recenti successi ottenuti sulle celle solari, che costituiscono il cuore di questi sistemi. È opportuno, quindi, soffermarsi a descrivere il funzionamento, le criticità e le prospettive di sviluppo di questi dispositivi innovativi quali sono le celle solari a multigiunzione basate sui composti III-V della tavola periodica degli elementi.
 
PANNELLI FOTOVOLTAICI A CONCENTRAZIONE
 
In figura 2.2 e 2.3 vengono riportati due dei pannelli fotovoltaici a concentrazione sviluppati presso il dipartimento di fisica all’università di Ferrara, in questo capitolo verranno in particolar modo spiegati la tecnologia di deposizione utilizzata per creare i film dicroici (reactive magnetron sputtering) ed i materiali utilizzati.
Il principio dei concentratori ottici fotovoltaici è semplicemente di utilizzare un collettore ottico di radiazione a riflessione o rifrattivo (specchio o lente), che concentri la luce solare su una ridotta quantità di celle fotovoltaiche ad alta efficienza. La riduzione del silicio impiegato rispetto ad un sistema piano è pari al valore della concentrazione ottica.
 
L'Inseguimento
Tutti i sistemi aventi concentrazione ottica superiore a 5 devono necessariamente essere dotati di un sistema di movimentazione del concentratore solare che mantenga il sole nella regione di accettanza ottica massima. La precisione richiesta ai sistemi meccanici aumenta con la concentrazione ottica, l’inseguimento garantisce una maggiore produzione di energia elettrica su base annua stimabile, alle nostre latitudini, in oltre il 35% di l'incremento rispetto ad un sistema piano fisso di analoga potenza nominale. Prima cella a concentrazione al silicio Le comuni celle fotovoltaiche al silicio non sono adatte, senza modifiche, a raccogliere la radiazione solare concentrata. Variando alcune caratteristiche, senza rivoluzionare la struttura della cella, è possibile produrre celle adatte alle esigenze della concentrazione.
Seconda cella INGAP e terza in GaAs Si stanno sviluppando substrati virtuali di Si/Ge mediante reattore al plasma sulle quali è possibile depositare strutture fotovoltaiche con elementi del tipo III-V (singole e doppie giunzione). Si ottengono così substrati adatti per la produzione di celle InGaP e in GaAs da utilizzare in sistemi fotovoltaici concentratori a separazione spettrale ad elevata efficienza realmente competitivi in termini di prezzo.
 
Coating dicroici
La radiazione incidente viene separata in diverse componenti cromatiche, la separazione della radiazione è ottenuta tramite opportuni coating dicroici che agiscono come filtri ottici selettivi .
La differente componente cromatica separata e riflessa viene raccolta da distinte celle fotovoltaiche progettate per essere più sensibili alle differenti frequenze provenienti, appunto, dai differenti film dicroici.
In realtà assemblando più elementi riportati ,non si ottiene come struttura finale, ma una struttura più complicata derivante dalla sovrapposizione di due diverse parabole. Polarizzazione per dicroismo e modello dell'oscillatore meccanico Il fenomeno del dicroismo è dato dall'assorbimento da parte di un materiale della componente in una data direzione del campo elettrico di una radiazione luminosa incidente. In genere i materiali dicroici naturali sono materiali birifrangenti che, come ad esempio la tormalina, per certe lunghezze d'onda presentano proprietà di assorbimento della luce lungo una direzione. Si ricade quindi nel modello dell'oscillatore meccanico in cui però una coppia di molle in una direzione sono tali da generare oscillazioni elettroniche fortemente smorzate. Un modello fisico elementare alternativo per un mezzo dicroico è una griglia composta da conduttori paralleli fra loro. Le dimensioni e le distanze dipenderanno dalla lunghezza d'onda della radiazione utilizzata. Se un'onda elettromagnetica attraversa tale sistema, la componente del campo elettrico parallelo ai conduttori viene assorbita in quanto genera all'interno delle correnti elettriche con conseguente dissipazione dell'energia per effetto Joule. L'altra componente ortogonale invece non potrà interagire se non molto debolmente con gli elettroni dei conduttori e quindi sarà quasi completamente trasmessa. Tale fenomeno è facilmente riproducibile in laboratorio usando le microonde e una griglia macroscopica composta da fili elettrici distanziati fra loro di qualche centimetro.
 
Dicroismo
Quando la luce attraversa un materiale trasparente puό, attraverso il campo elettrico, eccitare gli elettroni legati delle molecole costituenti, che assorbono energia e successivamente la riemettono. Le dimensioni e le distanze dipenderanno dalla lunghezza d'onda della radiazione utilizzata. Se un'onda elettromagnetica attraversa tale sistema, la componente del campo elettrico parallelo ai conduttori viene assorbita in quanto genera all'interno delle correnti elettriche con conseguente dissipazione dell'energia per effetto Joule. L'altra componente ortogonale invece non potrà interagire se non molto debolmente con gli elettroni dei conduttori e quindi sarà quasi completamente trasmessa. Tale fenomeno è facilmente riproducibile in laboratorio usando le microonde e una griglia macroscopica composta da fili elettrici distanziati fra loro di qualche centimetro.
La Spiegazione dell’indice di rifrazione “n”, ovvero del fatto che la velocità di propagazione nella sostanza v=c/n risulti minore che nel vuoto e funzione della frequenza della luce. Se la sostanza è costituita da molecole a simmetria sferica, questi processi di assorbimento e riemissione avvengono in modo indipendente dal verso del campo elettrico “Ei” della luce incidente. In altre parole non c’è dipendenza dalla polarizzazione della luce incidente, la propagazione avviene allo stesso modo in tutte le direzioni, ovvero si ha l’isotropia, tipica delle sostanze amorfe. Esistono sostanze che per la loro costituzione si comportano in modo diverso da quello sinora descritto. Sono sostanze per la maggior parte costituite da molecole che sono allungate in una certa direzione, per cui sono dotate di un loro asse di simmetria, che viene detto asse ottico della sostanza. La prima caratteristica di queste sostanze è che la velocità di propagazione dell’onda è diversa se la direzione del campo elettrico della luce è parallela o perpendicolare all’asse delle molecole. Poiché la velocità di propagazione di un’onda elettromagnetica è caratterizzata da un indice di rifrazione n, ci saranno due indici di rifrazione: uno detto ordinario “no” associato al campo elettrico e perpendicolare all’asse ottico e uno straordinario “ns” associato al campo elettrico E parallelo all’asse ottico. Il fenomeno è detto birifrangenza. Sono sostanze birifrangenti i cristalli monoassici quali quelli del sistema romboedrico, esagonale, tetragonale, tra i quali la calcite e il quarzo. Un’ altra proprietà che possono avere le sostanze birifrangenti è nota come dicroismo, e consiste nel fatto che l’assorbimento della luce da parte della sostanza dipende dalla polarizzazione della luce. Quando il campo elettrico della luce è parallelo all’asse ottico, esso puό porre in oscillazione gli elettroni lungo l’asse della molecola: gli elettroni assorbono una quantità di energia proporzionale al quadrato dell’ampiezza dell’ oscillazione, che riemettono successivamente, diffondendola in tutte le direzioni. Se il campo elettrico è perpendicolare all’asse ottico della molecola, l’ampiezza dell’oscillazione risulta molto più piccola, per cui l’assorbimento è molto minore. In tal senso si parla di assorbimento selettivo. Nel corso della propagazione all’interno della sostanza una delle due componenti dell’onda viene dunque progressivamente assorbita e diffusa in tutte le direzioni e, se lo spessore è sufficiente, scompare praticamente lungo la direzione di propagazione, mentre l’altra prosegue quasi inalterata. Tra le sostanze dicroiche ricordiamo la tormalina (borosilicato di alluminio che cristallizza nel sistema romboedrico) e l’erapatite (cristalli di iodosolfato di chinino, materiale organico artificiale).
  
Struttura di un a cella solare a multigiunzione. Nella parte destra della figura si evidenzia la raccolta selettiva dello spettro solare da parte di ogni giunzione componente la struttura.
 
tre giunzioni, che convertono rispettivamente le diverse parti dello spettro solare, sono tra loro collegate in serie da diodi tunnel caratterizzati da una caratteristica corrente-tensione di tipo ohmico nell’intervallo di corrente in cui le tre giunzioni operano. L’ottimizzazione di questa struttura avviene con codici di calcolo derivati dalla fisica dei dispositivi a semiconduttore. La giunzione superiore, realizzata con InGaP, assorbe e converte la radiazione blu dello spettro solare. La restante radiazione viene trasmessa alla giunzione intermedia, realizzata in InGaAs, che converte in particolare la parte visibile dello spettro solare. Infine, la radiazione infrarossa raggiunge la terza giunzione realizzata con il germanio.
In questo modo è possibile ottimizzare la raccolta della luce solare e ottenere valori di efficienza di conversione più elevati. Le celle solari a tripla giunzione sono caratterizzate da una tensione a vuoto (Voc) che è data dalla somma delle tensioni delle tre sotto-celle, tipicamente di 2.5 V a un sole, mentre raggiungono valori prossimi a 3 V in concentrazione. Ovviamente, le tre giunzioni, essendo collegate in serie elettricamente, devono essere ottimizzate in modo da produrre all’incirca la stessa corrente di corto circuito (Isc), così da non penalizzare l’efficienza di conversione complessiva. La condizione di match tra le correnti si ottiene a condizioni di illuminazione standard, ma si modifica all’alba e al tramonto, in quanto lo spettro solare si impoverisce nelle basse lunghezze d’onda (blu). In questo caso, si verifica una diminuzione dell’efficienza del dispositivo, in quanto la cella superiore (InGaP) produce una minor corrente e limita la corrente prodotta dalle giunzioni più sensibili alle alte lunghezze d’onda (visibile e rosso). Un progetto adeguato della struttura solare permette però di limitare la perdita di efficienza. Un importante problema associato all’utilizzo di celle a tripla giunzione collegate in serie elettricamente, come accade tipicamente in un dense array, è la protezione delle celle alla polarizzazione inversa. Nel funzionamento può accadere che una porzione dell’array di celle si trovi ad essere illuminato dalla radiazione solare ad un livello di concentrazione inferiore a quello delle altre celle componente l’array stesso. Quando, in una stringa  di celle solari collegate in serie, alcune celle si trovano ad operare ad una corrente più bassa, la corrente generata dalle celle completamente illuminate forza le celle meno illuminate a portarsi in condizioni di polarizzazione inversa.
Le celle solari che fanno parte dell’array con un minor livello di insolazione dovrebbero dunque poter sopportare e resistere alla polarizzazione inversa senza esserne danneggiate. Il funzionamento in polarizzazione inversa non è congeniale alle celle solari, le quali possono danneggiarsi facilmente, ad esempio in conseguenza del fenomeno noto come hot spot: ad elevate tensioni, tipicamente prima che si inneschi il fenomeno della moltiplicazione a valanga, alcuni punti della cella (denominati difetti) iniziano a lasciare passare la corrente inversa che viene forzata dalle altre celle (più illuminate) della stringa. Poiché l’area in cui la corrente fluisce è estremamente ridotta, la conseguente densità di corrente è elevatissima; per effetto Joule, il materiale subisce un forte riscaldamento locale, fino a deteriorarsi e creare di conseguenza percorsi di corto circuito (denominati shunt).
Tali percorsi sono creati in modo irreversibile, per cui anche quando l’array di celle ritorna ad essere uniformemente illuminato, i percorsi shunt permangono, ed il pannello solare perde di efficienza. Le celle solari a multi giunzione sono più esposte ad un danneggiamento rispetto a quelle a singola giunzione, proprio perché la presenza di più giunzioni in serie determina tensioni
inverse di cella più elevate (tipicamente, maggiori di 20V), e le potenze dissipate per effetto Joule sono notevoli.
La soluzione da adottare prevede l’uso di criteri di protezione delle singole celle del pannello contro il possibile danneggiamento derivante dal funzionamento in condizioni di polarizzazione inversa, mediante la connessione di un diodo di by-pass; tale diodo è collegato alla cella con polarità invertita rispetto alla cella stessa, ed attraverso di esso scorre la corrente della stringa quando la cella in questione si trova in ombra.
 
Schema elettrico di protezione di una cella solare a tripla giunzione
Le prospettive di sviluppo delle celle a multi giunzione sono molto interessanti. Il grafico di figura 2.9 mostra l’incremento dell’efficienza di conversione delle varie tipologie di celle solari nel corso degli ultimi 30 anni. Le celle a tripla giunzione basate sui composti III-V della tavola periodica degli elementi, impiegate nei sistemi a concentrazione, sono indicate nella figura con il colore amaranto. Come si può osservare le celle solari hanno raggiunto valori di efficienza vicini al 40%, che rappresenta un valore tipico assunto da una centrale termoelettrica. Se si ipotizza un trend di incremento nel valore di efficienza secondo l’andamento riportato nel grafico con la linea tratteggiata, è possibile verificare il superamento della soglia del 40% nei prossimi 5 anni. Questo significa che la tecnologia delle celle a concentrazione basate sui composti III-V della tavola periodica, in una prospettiva non troppo lontana, ha le potenzialità per diventare competitiva con gli attuali sistemi di generazione dell’energia.
 
Evoluzione dell’efficienza di conversione nel corso degli anni per varie tipologie di celle solari (best results). Al grafico è stato arbitrariamente aggiunta la linea di tendenza tratteggiata per mostrare le possibili prospettive di sviluppo nei prossimi anni.
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