Test pannelli/stringhe in parallelo a diversi irraggiamenti.

[STAFF]

Ho fatto un piccolo esperimento per chiarire il comportamento elettrico di 2 pannelli fotovoltaici identici posti in parallelo e in condizioni di irraggiamento molto diversi.

Allo scopo ho appoggiato ad una scala i due pannelli in modo che avessero un orientamento opposto, in particolare uno rivolto a SUD e l'altro a NORD.

I pannelli sono degli Isofoton I110 24 V; come carico ho usato una lampadina da 100 Watt/24 Volt alogena .
La tensione di MPP di tali pannelli e' di 34,8 Volt
La corrente di MPP di 3,16 A.

In figura sotto e' visibile come e' stato organizzato l'esperimento fatto il 1 Gennaio 2008 alle ore 11 circa, in una giornata soleggiata e fredda ( circa 0 gradi )






Come prima operazione ho rivelato alcuni dati sui 2 pannelli in 'solitaria';
il pannello A ( quello posto a SUD ) ha una Tensione a vuoto di 44,5 Volt e una corrente di CC. pari a 2,30 A.
Il pannello B ( quello posto a NORD ) una tensione a vuoto di 35,4 Volt e una corrente di CC. pari a 0,131 A.

Da questi dati si evince subito che il pannello orientato a SUD ha un irraggiamento solare 18 volte superiore a quello orientato a NORD.
Si puo dire senza ombra di smentita che siamo in condizioni di FORTE sbilanciamento luminoso tra i 2 pannelli ; condizioni difficilissime da realizzarsi nella realta'; basti pensare che il pannello orientato a Nord oltre a non ricevere nessun contributo di energia diretta e' fortemente penalizzato anche per quella diffusa, per via del suo tilt esageratamente inclinato.

Successivamente li ho posti i parallelo con il carico (lampadina alogena ) ed ho effettuato altre misure; in particolare :

Tensione sul carico : 24,66 Volt
IA= corrente in uscita da A : 2,29 A
IB= corrente in uscita da B : 0,09 A

Potenza dissipata dal carico : 58,69 Watt.

Si puo notare che contrariamente a quanto purtroppo molti ancora credono, NON SUSSISTONO correnti inverse tra il pannello A e il pannello B nonostante il forte sbilanciamento luminoso tra essi.

I diodi di blocco, che molto spesso vengono montati tra le stringhe di pannelli in parallelo, hanno uno scopo protettivo in caso di guasti o corto circuiti MA NON SERVONO ad evitare correnti inverse nel qualcaso sussistano differenti irraggiamenti o differenti orientamenti, tra le stringhe.

Le funzioni di protezione assolte dai diodo di blocco possono egregiamente essere svolte da fusibili appositamente dimensionati che, differentemente dai diodi, costano meno e non determinano perdite di energia elettrica.

In questo esperimento si e' enfatizzato esageratamente lo sbilanciamento luminoso, che in tale misura non puo avvenire mai realmente a meno di non coprire deliberatamente i pannelli di una stringa; inoltre il carico era puramente resistivo e non era rappresentato da un moderno inverter GRID con ricerca del punto di massima potenza ( MPTT ).

Questo determina che in condizioni reali con un carico MPP, sia davvero IMPOSSIBILE avere situazioni che giustifichino l'uso dei diodi di blocco che hanno, sembra, l'unico scopo di aumentare i costi , rendere gli impianti piu' fragili, per via delle rotture tipiche di questi componenti, senza offrire nessuna controparte che ne giustifichi l'uso.

Saluti,
Fabrizio.





Particolare del carico :

[adriano]

la prova proposta non è completa. Le conclusioni di Fabrizio sono ricavabili teoricamente con il teorema di Milmann con l'unica difficoltà che si dovrebbe conoscere l'esatto punto di lavoro in modo da ricavare la resistenza differenziale interna al generatore (Diodo). Questo si può fare anche per via grafica conoscendo le curve U-I del modulo in funzione dell'illuminamento. Con il carico inserito effettivamente non ci sono grossi problemi, ma se il carico viene scollegato (ad esempio viene interrotto il prelievo di energia elettrica dall'inverter o l'inverter viene sezionato dall'impianto) le due stringhe si trovano in parallelo e una eroga energia mentre l'altra la assorbe. In questo caso il fusibile non serve a proteggere la stringa che funge da carico in quanto il fusibile stesso interviene quando il guasto è stato fatto. Personalmente, come progettista, ritengo di inserire i diodi non per paura dell'ignoto ma per le semplici considerazioni di elettrotecnica ed elettronica precedentemente citate.
Ricordo che una stringa è formata da almeno una decina di moduli e che quindi la differenza di tensione fra due stringhe sottoposte a diverso irraggiamento solare può essere notevole anche senza porre una stringa con orientamento opposto.

[STAFF]

Con il carico inserito effettivamente non ci sono grossi problemi,

Pefetto.. siamo daccordo che in presenza di carico NON esistono correnti inverse.
Se ne deduce che i DIODI di blocco non servono MAI ad aumentare la produttivita di un impianto.

Molti progettisti sono convinti del contrario .....

ma se il carico viene scollegato (ad esempio viene interrotto il prelievo di energia elettrica dall'inverter o l'inverter viene sezionato dall'impianto) le due stringhe si trovano in parallelo e una eroga energia mentre l'altra la assorbe. In questo caso il fusibile non serve a proteggere la stringa che funge da carico in quanto il fusibile stesso interviene quando il guasto è stato fatto.

Io ho fatto anche quella prova che non'ho ducumentato nell'articolo perche mi sembra poco interessante.

I risultati sono questi.
Il pannello A in parallelo con B senza carico, ha determinato una tensione di circuito di 42,1 Volt e una corrente inversa da A >> B di 0,53 A.

Ma che problema c'e' ??

Per far circolare in B la corrente inversa pari al valore di quella diretta in condizioni di STC in CC. ci sarebbero voluti :

7 pannelli posti a SUD in pieno sole
in parllelo con
1 pannello posto a NORD in piena ombra !!

Personalmente, come progettista, ritengo di inserire i diodi non per paura dell'ignoto ma per le semplici considerazioni di elettrotecnica ed elettronica precedentemente citate.

Spiegati meglio... cosa potrebbe succedere ?

Elettricamente succede che polarizzi direttamente il diodo e gli fai circolare una corrente che puo essere superiore a quella nominale SOLO se ci sono decine di stringhe in paralelo di cui UNA SOLA praticamente al buio..

Ricordo che una stringa è formata da almeno una decina di moduli e che quindi la differenza di
tensione fra due stringhe sottoposte a diverso irraggiamento solare può essere notevole anche
senza porre una stringa con orientamento opposto.

La differenza di tensione e' proporzionalmente uguale.

1 pannello determina 10 volt di differenza... 10 pannelli 100 volt che si vanno a ripartire comunque per il numero di pannelli.

Il risultato non cambia.


Ciao,
Fabrizio.

[lelex]

Buongiorno Fabrizio,

ho trovato molto interessante il tuo esperimento sui diodi di blocco.
Anch’io pensavo che non servissero a molto solo che non ho avuto tempo
per verificarlo…
L’unica cosa che volevo chiederti è questa:
in condizioni di assenza di carico hai notato una corrente inversa di
0,53A

...ma che tu sappia (ad esempio nel caso del tuo esperimento) qual è
limite max che il pannello può sopportare?
..corrisponde alla Icc del pannello stesso?
Grazie per la cortese risposta e complimenti per il sito!

[Antonio Vincenti]

Recenti studi del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, hanno dimostrato che i moduli sono in grado di sopportare correnti inverse fino a sette volte più grandi della corrente nominale di corto circuito senza essere danneggiati.
Cordiali saluti,

Antonio Vincenti

[spider61]

Salve e' il mio primo post in questo forum , anche se in altri ci siamo gia 'scontranti' con Fabrizio .....
Ritiro fuori questo post (stranamente dopo un anno preciso) per capire cosa succede se i due pannelli fossero in serie ?
Cosa che ancora non ho capito bene.

Cioe' se i due pannelli sono insolati e generano 34,6V e 3,16A mi trovo quindi con 69,2V e 3,16A , se giro un pannello a nord succede che mi becco la somma delle 2 tensioni cioe' 34,6+X(sicuramente meno) x la corrente del pannello in ombra?


grazie

[STAFF]

... se giro un pannello a nord succede che mi becco la somma delle 2 tensioni cioe' 34,6+X(sicuramente meno) x la corrente del pannello in ombra?

In questo caso, piu' o meno, si.
Ma e' una situazione piu' complessa da analizzare, sopratutto se il pannello in ombra e' uno su tanti...
..In questo caso entrano in gioco i diodi di bypass, che questa volta servono

Ciao,
F.

[spider61]

Quello che ancora non capisco e' quanto intervengono ?
Se ho una stringa di 10-12 panneli x i classici 3kw , cosa succede se mi va in ombra nei casi : parte di un pannello , 1 pannello , piu' pannelli ?! considerando che in ogni caso se un pannello va in ombra riceve sempre la parte diffusa , quindi se stava producendo (l'impianto) 1kw calera' a 100 (ad occhio) ?

grazie

[STAFF]

Quello che ancora non capisco e' quanto intervengono ?
Se ho una stringa di 10-12 panneli x i classici 3kw , cosa succede se mi va in ombra nei casi : parte di un pannello , 1 pannello , piu' pannelli ?! considerando che in ogni caso se un pannello va in ombra riceve sempre la parte diffusa , quindi se stava producendo (l'impianto) 1kw calera' a 100 (ad occhio) ?

Suggerisco questo "esercizio teorico" che ho immaginato per dedurre il comportamento di una stringa di pannelli quando uno e' in ombra...

Supponiamo di avere 10 batterie Torcia ( se non sbaglio vengono chiamate tipo D ) poste tutte in serie; avremmo una tensione di 15 Volt .
Ai morsetti applichiamo un carico lineare e fisso ( una resistenza ) da 7,5 Ohm; scorrera' una corrente di 2 A ( 15/7,5 = 2 ).

Fin qui non ci piove... e' legge di Ohm .

Ora pensiamo di togliere dalla serie una batteria e di sostituirla con una ministilo....... ( se non sbaglio e' la tipo AAA ) .

Applicando lo stesso carico lineare di 7,5 ohm, non potra' circolare la corrente di 2 A perche'
la ministilo non'e' in grado di erogarla...; cosa succede allora ?
Succede che la tensione in uscita scendera' al valore per cui la corrente che circolera' nella resistenza sara' sostenibile dalla batteria AAA e la tensione ai capi delle singole batterie non sara' uguale; in particolare ogni batteria tipo D avra' ancora ai suoi capi una tensione di 1,5 volt, MENTRE la ministilo si sobbarchera' tutto il differenziale mancante..
Questo fara' si che la tensione ai suoi capi dipendera' dalla sua capacita' di corrente e potrebbe annullarsi o anche invertire la polarita'.... in questo caso la ministilo diventerebbe un carico....

Riferendo all'esperimento precedente facciamo quest'esempio :

Corrente di corto circuito di una batteria AAA = 0,5 A

tensione ai capi della Resistenza di carico 7,5 * 0,5 = 3.75 Volt

Somma delle tensioni ai capi delle batterie tipo D = 9 * 1,5 = 13,5 VOLT

Tensione ai capi della batteria AAA = 3,15 - 13,5 = -9,75 VOLT.

- 9,75 VOLTsignifica che la batteria ministilo sta' consumando energia e non fornendola... questo la portera' ad una distruzione precoce dovuta all'aumento di temperatura per effetto joule.

E' chiaro che se mettessimo un diodo correttamente polarizzato sulla batteria AAA potremmo evitare che la tensioni ai suoi capi si inverta, a tutto vantaggio della tensione in uscita e della potenza resa dal sistema; infatti con un diodo di Bypass la tensione in uscita diventerebbe :

9 * 1,5 - 0,7 = 12,8 Volt

Anche la potenza utile aumenterebbe sulla resistenza rispetto al caso precedente tante' che si puo' affermare che il diodo di bypass, evitando il dissipamento di potenza sulla batteria piu' debole, di fatto farebbe aumentare la potenza utile resa sulla resistenza...

[spider61]

Grazie della spiegazione , quindi secondo te non c'e' un inibizione totale della stringa in caso di ombreggiamento.

Ti riporto invece cio' che mi ha scritto un ingegnere progettista nel FV :

se l'ombra sul pannello abbraccia alcune celle componenti tutte le stringhe collegate ai rispettivi diodi di by-pass inibisce quasi tutta la stringa (50%), mentre se va in ombra solo la cella di 1 stringa del pannello collegata ad un diodo di By-pass allora riduce la potenza di stringa di 1/3 (circa 30%). Dipende soprattutto dalla configurazione delle stringhe del modulo.comunque due pannelli in ombra (anche parziali) bloccano l'intera stringa.

ciao

[STAFF]

Grazie della spiegazione , quindi secondo te non c'e' un inibizione totale della stringa in caso di ombreggiamento.

La mia spiegazione verte a far capire in che modo intervengono i diodi di bypass e NON a come si comporta una stringa in caso di ombreggiamento; in tale caso infatti occorre sapere come interviene l'inverter o meglio il suo Mppt.

Se l'MPPt dell'inverter e' in grado di cercare e riposizionarsi su di un nuovo valore di tensione ottimale a seguito di un ombreggiamento, interverranno i diodi di bypass escludendo di fatto una parte o tutto il modulo ombreggiato. ( a secondo di come le celle del modulo sono connesse tra loro ).

Ti riporto invece cio' che mi ha scritto un ingegnere progettista nel FV :

se l'ombra sul pannello abbraccia alcune celle componenti tutte le stringhe collegate ai rispettivi diodi di by-pass inibisce quasi tutta la stringa (50%), mentre se va in ombra solo la cella di 1 stringa del pannello collegata ad un diodo di By-pass allora riduce la potenza di stringa di 1/3 (circa 30%). Dipende soprattutto dalla configurazione delle stringhe del modulo.comunque due pannelli in ombra (anche parziali) bloccano l'intera stringa.

ciao

Sicuramente la percentuale di perdita di energia dipende dalla configurazione delle stringhe di celle utilizzata nel modulo... tuttavia tale percentuale e' da riferirsi al solo pannello in ombra e non a tutta la stringa di pannelli.
Nella quasi totalita dei casi, essendo le celle nel modulo tutte in serie, si perde il 100% dell'energia del modulo ombreggiato... ma gli altri moduli continuano a produrre.

Ad ogni modo se intervengono i diodi di bypass allora vuol dire che la perdita si limita ai moduli in ombra... se invece l'MPPT dell'inverter non e' in grado di trovare le condizioni di carico ideali al sopraggiungere di un'ombra, allora la perdita puo si riguardare la produzione dell'intera stringa, ma in questo caso i diodi di bypass non intervengono nemmeno...

La spiegazione la si legge nell'esempio che ho fatto con le batterie.., considera le batterie torcia come moduli in pieno sole , e le batterie ministilo come moduli in ombra...

Ciao,
F.