Gestione dell'effetto Hot Spot nei moduli fotovoltaici
L'effetto hot spot nei moduli fotovoltaici è un problema comune causato da diversi fattori e sono disponibili misure preventive corrispondenti che possono essere adottate:
Cause dell'effetto Hot Spot
- Ombreggiatura: Quando una parte delle celle del modulo fotovoltaico è ombreggiata (da foglie, polvere, escrementi di uccelli, ecc.), tali celle possono entrare in uno stato di polarizzazione inversa, consumando energia e causando aumenti localizzati della temperatura. Questo calore accumulato può causare punti caldi, potenzialmente danneggiando le celle o i materiali di incapsulamento.1118
- Difetti interni: Problemi di qualità all'interno delle celle, come difetti interni o saldature scadenti, possono anche portare all'effetto hot spot. Questi problemi creano un'elevata resistenza anomala durante il funzionamento, portando a un aumento del consumo di energia e a un riscaldamento localizzato.4
- Progettazione scadente del modulo:Se la progettazione dei moduli fotovoltaici è inadeguata, ad esempio con celle ravvicinate o una disposizione non corretta, possono verificarsi ombreggiamenti e punti caldi.111819
Impatti dell'effetto Hot Spot
- Riduzione delle prestazioni del modulo: L'effetto hot spot riduce significativamente la potenza in uscita delle celle ombreggiate, influendo sulle prestazioni complessive del modulo fotovoltaico. I dati sperimentali mostrano che gli effetti hot spot possono ridurre la potenza di picco in uscita di circa 10%.2
- Pericoli per la sicurezza:Gli effetti prolungati dei punti caldi accelerano l'invecchiamento dei moduli e possono innescare incendi, mettendo a rischio la sicurezza degli impianti fotovoltaici.19
Misure preventive
- Installare diodi di bypass
- Principio di funzionamento: Un diodo di bypass è collegato in parallelo a entrambe le estremità di ogni stringa di celle. Quando una cella ombreggiata entra in uno stato di polarizzazione inversa, il diodo conduce, cortocircuitando la parte ombreggiata e riducendo la corrente che scorre attraverso, riducendo così la generazione di calore.123
- Verifica dell'effetto: Simulazioni e test effettivi dimostrano che l'installazione di diodi di bypass può ridurre notevolmente la tensione su entrambi i lati delle celle ombreggiate, impedendo un flusso di corrente eccessivo e controllando efficacemente gli effetti dei punti caldi. I dati sperimentali indicano che con i diodi di bypass installati, la riduzione della corrente è significativa e la degradazione massima della potenza di uscita non supera 5%.2
- Progettare con attenzione i sistemi fotovoltaici
- Spaziatura tra array:Quando si progettano impianti fotovoltaici, è fondamentale stabilire una spaziatura adeguata tra i moduli per evitare ombreggiamenti reciproci.23
- Altezza di supporto: Progettare correttamente l'altezza dei telai di supporto, soprattutto nelle aree con vegetazione. È necessaria una manutenzione regolare per evitare che la vegetazione eccessiva causi ombreggiatura.3
- Ambiente circostante: Durante la progettazione e la costruzione di impianti fotovoltaici, tenere in considerazione l'ambiente circostante per evitare che gli edifici creino ombra sui pannelli solari.2
- Gestione delle operazioni e della manutenzione
- Pulizia regolare: Pulire regolarmente le superfici dei moduli fotovoltaici per rimuovere polvere ed escrementi, riducendo così la formazione di punti caldi.23
- Rilevamento guasti: Utilizzare il rilevamento a infrarossi e le misurazioni elettriche per controllare regolarmente lo stato operativo dei moduli fotovoltaici, identificando e affrontando tempestivamente i problemi dei punti caldi. Il rilevamento a infrarossi può osservare accuratamente i punti caldi e supportare la generazione automatica di report, aiutando il personale addetto alla manutenzione nel processo decisionale.
- Strategie di prevenzione innovative
- Resistori in serie: L'introduzione di resistori nelle stringhe di celle può condividere la tensione inversa sperimentata dalle celle hot spot, riducendo sia la perdita di potenza che la temperatura. Il circuito di prevenzione progettato include comparatori di tensione, MOSFET di potenza, diodi e resistori divisori di tensione per controllare efficacemente gli effetti hot spot.7
- Ottimizzare la topologia dell'array fotovoltaico:Ottimizzando la topologia dei pannelli fotovoltaici, ad esempio collegando in serie moduli solari compatibili o ristrutturando la disposizione dei pannelli tramite circuiti di commutazione, è possibile attenuare gli effetti dei punti caldi causati dall'ombreggiamento.4
Conclusione
Per prevenire e controllare efficacemente l'effetto hot spot, è necessario un approccio multiforme. I produttori dovrebbero gestire rigorosamente i loro processi di produzione per garantire celle e moduli di alta qualità; gli utenti dovrebbero scegliere produttori di celle affidabili durante l'approvvigionamento; un layout ragionevole dovrebbe essere stabilito nella progettazione dell'impianto per evitare ombreggiamenti; e una pulizia e un monitoraggio regolari dovrebbero essere condotti durante la gestione della manutenzione per affrontare tempestivamente i guasti.
Strategie innovative, come i resistori in serie e le topologie ottimizzate dei pannelli fotovoltaici, sebbene più costose, possono controllare più efficacemente gli effetti dei punti caldi, migliorando l'efficienza di generazione e l'affidabilità dei sistemi fotovoltaici.
