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80 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Ricerca e tecnologia Ciò che conta veramente: potenza, rendimento, resa Cinque anni fa il Laboratorio PHO- TON ha iniziato a eseguire primi test sui moduli. Da allora è sottoposto a continui ampliamenti, mettendo a disposizione le apparecchiature per gli esami ottici (fotocamera a infrarossi e per la misura di elettroluminescenza) e soprattutto un analizzatore di potenza (flasher). Il prossimo passo previsto è la messa in funzione di una camera climatica. Tuttavia, al centro di tutto c’è ancora la misurazione con cui tutto ha avuto inizio, cioè il rilevamento della resa: quanti chilowattora di corrente produce un modulo nel corso di un anno? La domanda sembra banale, ma per fornire una risposta precisa è necessario uno sforzo notevole. I moduli, sempre tre dello stesso modello, sono installati in un’area esterna per evitare ombreggiamenti, differenze di temperatura e influssi dovuti alla riflessione. Inoltre, sono costantemente sotto carico, ovvero immettono corrente nella rete. E non per incassare la tariffa incentivante, ma perché se funzionasseri a vuoto, i moduli si riscalderebbero eccessivamente. Il riscaldamento eccessivo a sua volta incide sul rendimento Resa normalizzata mensile nel 2009 in kWh/kW e irraggiamento (sul piano dei moduli) in kWh/m 2 (2009: 1.215,47 kWh/m 2 a) Resa normalizzata in kWh/kW Irraggiamento in kWh/m 2 (che si riduce all’aumentare della temperatura) e quindi sulla potenza. Ciononostante, ovviamente la misurazione deve essere effettuata davanti all’inverter e non dietro. In caso contrario, l’inverter con i suoi eventuali difetti altererebbe il risultato. Inoltre, poiché non tutti i moduli armonizzano allo stesso modo con tutti gli inverter, si determinerebbe uno svantaggio per singoli prodotti testati. Per questo motivo, nel campo prove di PHOTON i moduli sono collegati all’inverter tramite un convertitore CC/CC e un bus in CC (CC: corrente continua). Durante la procedura di misurazione vera e propria, i moduli sono separati dalla rete per una frazione di secondo. Così viene registrata la curva caratteristica corrente/tensione (curva caratteristica I-V) con 2.000 punti di misura. Il prodotto tra corrente e tensione è la potenza (indicata in watt), che moltiplicata a sua volta per il tempo dà la resa (indicata in wattora o chilowattora). Dunque, per conoscere la resa, basta registrare un numero sufficiente di volte la curva caratteristica I-V. Nel campo prova di PHOTON ciò avviene una volta al secondo. Di conseguenza, i dati sulla resa sono il risultato di circa 3.154.600 rilevamenti della curva caratteristica all’anno. Ognuna di queste misurazioni ha una durata di circa un centesimo di secondo, dopodiché il modulo viene di nuovo collegato alla rete. Dunque, per il 99 per cento del tempo di funzionamento rimane sotto tensione. Finora i risultati annuali ottenuti da questo tipo di misurazione sono disponibili per 16 modelli di moduli. Ovviamente quando si sceglie un modulo, bisogna valutarne anche le caratteristiche costruttive, cioè la stabilità a lungo termine, oltre che la resa. Tra tutti i criteri, però, quest’ultimo è il più importante e nel medio e lungo termine permette di giudicare anche le altre qualità. Infatti, solo una produzione di qualità consente di ottenere una buona resa. L’osservazione dei risultati dei test può inoltre essere utile per fare un po’ di chiarezza su tre termini che vengono spesso confusi nei colloqui di vendita: potenza, rendimento e resa. Come già accennato, la potenza di un modulo è il prodotto tra la corrente e la tensione. Questi due valori variano a seconda dell’irraggiamento: con il cielo terso, il modulo raggiunge una potenza Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set La resa annuale dei moduli nel campo prova di PHOTON a intervalli mensili: è evidente come i mesi estivi costituiscano la parte maggiore della resa complessiva. Questo vale per tutti i tipi di moduli, anche per quelli a film sottile. Nel complesso, dunque, conta soprattutto la capacità di generare più energia possibile con l’irraggiamento solare diretto. Un buon comportamento in condizioni di scarsa luminosità, invece, è solo secondario. La tabella con i risultati dei test 2009 è riportata a pagina 142. PHOTON Febbraio 2010
maggiore rispetto a quando è nuvoloso. Il rendimento è il rapporto tra la potenza e la superficie: maggiore è il rendimento, tanto maggiore sarà la potenza generabile su una determinata area. Sia la potenza che il rendimento sono misurati in cosiddette condizioni standard di collaudo (STC, standard test conditions), ovvero con un irraggiamento di 1.000 watt per metro quadro, una temperatura delle celle di 25 gradi e uno spettro luminoso corrispondente a una massa d’aria di 1,5. I raggi solari che arrivano verticalmente percorrono un tragitto più breve attraverso l’atmosfera rispetto a quelli obliqui e quindi attraversano una massa d’aria minore; questo influisce sullo spettro luminoso. Per motivi tecnici, non è possibile produrre moduli fotovoltaici con una potenza perfettamente costante. Per questo i valori rilevanti sono due: la potenza nominale e la potenza effettiva. Il primo è il dato indicato dal produttore per un determinato modello di moduli. Si tratta sempre di un valore medio con determinate tolleranze. Minore è il margine di tolleranza, tanto meglio. La potenza effettiva invece viene rile- PHOTON Febbraio 2010 Solar-Fabrik - SF 145A MHH - MHH plus 190 BP - BP 7185 S Sharp - NT-R5E3E Kyocera - KC170GT-2 Shell - SQ 150-C Isofoton - I-110/24 Photowatt - PW 1650 Solarworld - SW 210 poly Schott Solar- ASE-300-DG-FT Evergreen - ES-180-RL CSI - CS6A-170P Evergreen - EC-120 Shell - Powermax Eclipse 80-C First Solar - FS-265 Solarfun - SF160 M5-24 Ott Nov Dic vata per ogni singolo modulo con una lampada allo xeno («flasher»). Anche questo avviene in condizioni standard di collaudo, motivo per cui si parla di potenza STC. Il relativo protocollo di misurazione («protocollo» flasher o «elenco flasher») dovrebbe essere fornito insieme al modulo. Per chiarire la differenza tra la potenza nominale e la potenza STC e il suo effetto sul rendimento, nella tabella della misurazione della resa pubblicata a pagina 142 sono riportati entrambi i valori: la potenza nominale con il relativo «rendimento nominale», così come la potenza STC con il «rendimento STC». Naturalmente il rendimento fornisce indicazioni sulla qualità del modulo fotovoltaico. Questo però consente di mettere a confronto solo i moduli con la stessa tecnologia. Paragonare un prodotto a film sottile a un modulo cristallino non avrebbe molto senso. Il gestore, comunque, è interessato soprattutto alla resa, cioè la quantità di chilowattora di corrente prodotta dal modulo. L’opinione molto diffusa, secondo cui i moduli con il rendimento più alto sono migliori degli altri e che quindi possono avere un costo più elevato, non è del tutto corretta. Nel test PHOTON, il modulo con il rendimento più basso (First Solar FS-265) è giunto al secondo posto, battuto solo di poco dal primo classificato (Solarworld Sunmodule Plus SW 210 poly). Il modulo con il rendimento più alto (BP Solar BP 7185 S), invece, si è classificato solo dodicesimo con un distacco notevole dalla vetta. Inoltre, il modulo di Solarworld è dotato di celle policristalline esattamente come il MHH plus 190 (190 Wp) di Sunways, che per giunta ha un rendimento nettamente migliore. Ciononostante la resa è sensibilmente inferiore. Un altro aspetto importante per il gestore è la differenza tra la potenza nominale e la potenza STC. Il prezzo d’acquisto, infatti, normalmente è determinato dalla potenza e più precisamente dalla potenza nominale. Se questa è maggiore del valore effettivo, si finisce per pagare qualcosa che poi non viene fornito. Nel caso contrario, cioè quando la potenza STC è maggiore di quella nominale, si riceve qualche watt gratis, per così dire. Nel test sulla produzione energetica di PHOTON, la resa è sempre norma- » lizzata in base alla potenza STC. Questo procedimento cela una piccola iniquità nella valutazione rispetto a quei produttori che, seppur in modo lodevole, forniscono indicazioni più prudenti sulla potenza nominale, cui comunque l’acquirente non ha diritto. L’ultimo classificato nella valutazione della resa del 2009, il modulo Sharp NT-R5E3E, ne è l’esempio più evidente. Infatti, in questo caso esiste una notevole differenza tra i 175 watt di potenza nominale e la potenza STC effettivamente misurata di 188 watt (la media dei tre moduli installati nel campo di prova). Normalizzando la resa di questo modulo in base alla potenza nominale, invece della potenza STC, non si otterrebbero 953, bensì 1.023 chilowattora per chilowatt, e quindi una posizione molto migliore. Al contrario, i moduli con una potenza STC inferiore rispetto al valore nominale (Photowatt PW 1650-175W, Evergreen EC-120, Isofoton I-110/24) scivolerebbero più giù nella classifica. D’altro canto, normalizzare il valore in base alla potenza nominale favorirebbe quei produttori che riducono in maniera consapevole le indicazioni della potenza per ottenere, apparentemente, una resa migliore negli impianti con i loro moduli. L’aspetto principale del test è la comparabilità, la quale è assicurata solo se la resa è normalizzata in base alla potenza STC. Per una maggiore chiarezza nell’acquisto, i moduli fotovoltaici dovrebbero essere forniti sempre con un protocollo flasher ed essere pagati solo in base alla potenza indicata in quel protocollo. Soprattutto, la resa specifica riferita al valore misurabile della potenza STC non è solo un esempio di calcolo, ma anche un indicatore per la maturità tecnologica e la qualità di fabbricazione del modulo fotovoltaico. Se in condizioni standard di collaudo, il prodotto genera una potenza di 100 watt, mentre in altre condizioni di irraggiamento, che in realtà sono molto più frequenti, la potenza diminuisce in modo sproporzionato, la resa non è buona. Se invece il modulo funziona bene in diverse condizioni, è possibile ottenere una buona resa. Dopotutto, quello che conta veramente è trasformare la luce disponibile in corrente nel modo più efficiente possibile. js 81
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