Sistema di monitoraggio di impianti fotovoltaici e comparazione performance

1. Sistema di monitoraggio di impianti
fotovoltaici e comparazione performance
Stefano Alessandrini – Università degli Studi di Trieste

2. Argomenti trattati
1. Progetto ENERPLAN di Area Science Park: PdL 4
‘’LIDEA- Laboratorio Impianto Dimostrativo Energie
Alternative’’
2. Sistemi di monitoraggio degli impianti FV
3. Metodologia di analisi dei dati
4. Risultati e comparazione performance
5. Conclusioni

3. PdL 4
Articolazione e fasi del PdL 4:
1. Realizzazione di un sistema di acquisizione ed elaborazione
dati per il monitoraggio di 2 impianti FV esistenti con
tecnologia a silicio monocristallino (FV1 e FV2)
2. Realizzazione di un terzo impianto FV con tecnologia a «film
sottile» e relativo sistema di monitoraggio analogo a quello
al punto 1 (FV3)
3. Studio comparativo tre tecnologie (efficienza e reddittività
nelle medesime condizioni operative reali)
4. Sviluppo di metodologie di analisi dei dati per il
monitoraggio del mantenimento delle prestazioni sul lungo
periodo

4. PdL 4 - Ubicazione impianti
FV2 - CTB
17.94 kWp
(Sanyo)
FV3 - Q
19.44 kWp
(Miasolè)
FV1 - Q2
15.9 kWp
(Sunpower)

5. Obiettivi PdL4
1. Verifica sul campo delle prestazioni di impianti fotovoltaici di
media taglia (<20 kWp) – moduli tecnologicamente al top
2. Valutazione della reale redditività energetica sul lungo periodo
3. Studio sistematico dell’influenza dei vari parametri di
funzionamento sull’efficienza di sistemi FV, in condizioni
operative reali
4. Separazione degli effetti ambientali dagli effetti dovuti a
rendimento variabile dei pannelli e dei componenti elettrici ed
elettronici
5. Realizzazione di una database che permetta di confrontare le
prestazioni di varie tecnologie di pannelli FV

6. Impianti FV: Q2 – 15.90 kWp
- Marca e modello moduli Sunpower SPR300-WHT
- Numero moduli impianto 53
- Modello inverter SMA 6000 A – 5000 A – 3800 A
- Numero inverter 3 monofase
- Numero stringhe 8
- Numero stringhe per inverter 3 – 3 – 2
- Numero pannelli stringa 7 – 6 – 7
- Tilt moduli 10°
- Azimut moduli -35°
- Superficie del modulo fotovoltaico 1,063 m2
- Potenza modulo (Standard Test Conditions) 300 W
- Efficenza modulo (Stendard Test Conditions) 18.4 %

7. Impianti FV: CTB – 17.94 kWp
- Marca e modello moduli Sanyo HIP 230 HDE1
- Numero moduli impianto 78
- Modello inverter Power One: Aurora PVI-10.0-I-OUTD-S
- Numero inverter 2 trifase
- Numero stringhe 4
- Numero stringhe per inverter 2
- Numero pannelli stringa 13 – 26
- Tilt moduli 30°
- Azimut moduli 0°
- Superficie del modulo fotovoltaico 1,386 m2
- Potenza modulo (Standard Test Conditions) 230 W
- Efficenza modulo (Stendard Test Conditions) 16.6 %

8. Impianti FV: Q – 19.44 kWp
- Marca e modello moduli Miasolè MS135GG
- Numero moduli impianto 144
- Modello inverter Power One: Aurora PVI-10.0-I-OUTD-S
- Numero inverter 2 trifase
- Numero stringhe 12
- Numero stringhe per inverter 6
- Numero pannelli stringa 12
- Tilt moduli 5°
- Azimut moduli -35°
- Superficie del modulo fotovoltaico 1,071 m2
- Potenza modulo (Standard Test Conditions) 135 W
- Efficenza modulo (Stendard Test Conditions) 12.6 %

9. Sistemi di monitoraggio FV
STRINGHE di
MODULI

10. Sistemi di monitoraggio FV
INVERTER

11. Sistemi di monitoraggio FV
Parametri elettrici:
• Corrente di stringa
• Tensione ingresso inverter
• Corrente uscita inverter
• Tensione uscita inverter
Parametri pannello:
• Irraggiamento solare (piano pannello)
• Temperatura operativa dei pannelli FV
Parametri ambientali:
• Irraggiamento solare (piano orizzontale)
• Temperatura ambiente
• Velocità del vento
Corrente continua CC
Corrente alternata CA

12. Sistemi di monitoraggio FV
Impianto CTB ( Sanyo ) Aurora PVI 10 Aurora PVI 10 Totale
Sensore corrente stringa 3 3 6
Modulo lettura corrente 3 3 6
Modulo lettura tensione 1 1 2
Analizzatore di rete 1 1 2
Sensore temperatura ambiente 1 1
Sensore temperatura pannello 2 2
Sensore irraggiamento solare 1 1

13. Sistemi di monitoraggio FV
Impianto Q2 (Sunpower) SMA 6000A SMA 5000A SMA 3800A Totale
Sensore corrente stringa 3 3 2 8
Modulo lettura corrente 3 3 2 8
Modulo lettura tensione 1 1 1 3
Analizzatore di rete 1 1 1 3
Sensore temperatura ambiente 1 1
Sensore temperatura pannello 3 3
Sensore irraggiamento solare 1 1

14. Sistemi di monitoraggio FV
Impianto Q ( Miasolè ) Aurora PVI 10 Aurora PVI 10 Totale
Sensore corrente stringa 6 6 12
Modulo lettura corrente CC 6 6 12
Modulo lettura tensione CC 2 2 4
Analizzatore di rete 1 1 2
Sensore temperatura ambiente 1 1
Sensore temperatura pannello 4 4
Sensore irraggiamento solare 1 1

15. Metodologia di analisi
NORMATIVA DI RIFERIMENTO:
CEI EN 61724 – Rilevo delle prestazioni dei sistemi fotovoltaici: linee guida per la misura, lo
scambio e l’analisi dei dati (1999)
...ALCUNI RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI:
S. Alessandrini, I. Casula, D. Micheli, R. Radu, Analisi delle prestazioni di campi fotovoltaici
in condizioni operative caratterizzate da bassi valori di irraggiamento, 67° Congresso
Nazionale ATI, Trieste, 2012.
B. Zinsser, G. Makrides, M. Schubert, G. Georghiou, J.H. Werner, Temperature and Intensity
Dependence of Twelve Photovoltaic Technologies, Solar Energy, 2008.
C. Cornaro, D. Musella, Performance Analysis of PV Modules of Various Technologies After
More Than One Year of Outdoor Exposure in Rome, In Proceedings of the III International
Conference on Applied Energy, Perugia, 2011.

16. Metodologia di analisi
Metodologia di analisi dati utilizzata:
1. Filtraggio dei dati rilevati rispetto all’angolo di incidenza o allo
scostamento dalla linearità della dipendenza della corrente
dall’irraggiamento
2. Suddivisione dei dati filtrati in classi di irraggiamento
3. Determinazione per ogni classe del corrispondente coefficiente di
temperatura
4. Normalizzazione della potenza al valore di irraggiamento di riferimento
5. Normalizzazione della potenza alla temperatura di riferimento

17. Metodologia di analisi
CODICE FILTRAGGIO DATI
• Posizione del sole
• Range di tensione MPPT
• Angolo di incidenza
• Corrente

18. Risultati ottenuti
CORRENTE DURANTE LA GIORNATA
A PARITA’ DI
IRRAGGIAMENTO
AL POMERIGGIO LA
CORRENTE E’ PIU’ BASSA
- 2% di EFFICIENZA

19. Risultati ottenuti
INFLUENZA DELLA
TEMPERATURA DEI MODULI
SULLA POTENZA
www.sptec.it
SANYO

20. Risultati ottenuti
INFLUENZA DELLA
TEMPERATURA DEI MODULI
SULLA POTENZA
www.sptec.it
MIASOLE’

21. Risultati ottenuti
INFLUENZA DELLA
TEMPERATURA DEI MODULI
SULLA POTENZA
-20 -10 0 10 20 30 40 50
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
Temperatura moduli [°C]
PotenzaCC[W]
Irraggiamento W/m2
50 W/m2
200 W/m2
100 W/m2
300 W/m2
400 W/m2
500 W/m2
600 W/m2
700 W/m2
800 W/m2
900 W/m2
www.sptec.it
SUNPOWER

22. Metodologia di analisi
INFLUENZA DELLA TEMPERATURA: condizioni standard poco frequenti

23. Risultati ottenuti
COEFFICIENTI DI TEMPERATURA: [% K-1] 100/)( 0PTTPP panstNGNGT  
NGTP
NGP

stT
panT
0P
potenza normalizzata
rispetto ad irraggiamento
e temperatura
potenza normalizzata
rispetto all’
irraggiamento
temperatura standard
temperatura moduli
potenza di picco
sperimentale

24. Risultati ottenuti
EFFICIENZA REALE
DEI MODULI
 
GA
TGP
FV
panCC
FV


,
[%]
FVA
G
panT
: Superficie attiva[m2]
: Irraggiamento nel piano dei
moduli[W]
: Temperatura operativa[°C]
CCP : Potenza continua [W]

25. Comparazione performance
Resa energetica finale [kWh/kWp] :
Resa energetica di riferimento [kWh/kWp] :
Performance Ratio [%] :
CALCOLO DEGLI INDICI DI PRESTAZIONE DEFINITI DALLA NORMATIVA
installatapiccodiPotenza
generatatotaleEnergia
Yf 
oriferimentdintoIrraggiame
ricevutototalentoIrraggiame
Yr 

26. Comparazione performance
CTB Q2 Q
Moduli considerati 13 39 132
Potenza modulo [Wp] 230 300 135
Potenza complessiva moduli [Wp] 2990 11700 17820
Resa energetica finale Yf [kWh/kWp] 1752 1516 468
Resa energetica di riferimento Yr [kWh/kWp] 2078 1863 633
Performance Ratio PR [%] 84 81 74
Energia Prodotta [kWh/kWp] 1752 1516 468
84
17.5 MESI: dal 15 ottobre 2011 al 31 marzo 2013: CTB e Q2
8 MESI: dal 1 agosto 2012 al 31 marzo 2013: Q

27. Comparazione performance
Andamento delle performance durante l’anno (esempio impianto CTB):

28. Conclusioni
• Nell’ambito del progetto ENERPLAN sono stati installati ed è
stato messo in funzione un sistema di monitoraggio di tre
campi fotovoltaici
• Creazione di un database
• Confronto delle prestazioni tra tecnologie differenti ma
installate nello stesso luogo
• Confronto tra prestazioni reali e nominali evidenziando i
motivi della differenza riscontrata
• Sviluppo di strumenti di analisi per lo studio dell’integrazione
con altri sistemi di generazione distribuita

29. Ringraziamenti
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Ing. Stefano Alessandrini
PhD Student – Dipartimento di Ingegneria e Architettura
Università degli studi di Trieste
e-mail: salessandrini@units.it
mobile: +39 340 92 92 864