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Diagnostica Impianti Fotovoltaici

Tecnologia fotovoltaica – Presente e futuro

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Trend di mercato

• Integrazione architettonica • Integrazione nelle Smart Grid • Raggiungimento della grid parity

Sfide tecnologiche

• Incremento delle prestazioni • Massimizzazione della resa • Fornire informazioni dettagliate sul campo

Applicazioni

• Diagnostica • Monitoraggio

Applicazioni – Diagnostica

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• Agenti atmosferici e difetti di produzione provocano un progressivo degrado del pannello. • Il degrado può infine causare danni irreversibili al pannello (riduzione della produzione). • Individuare e sostituire i pannelli danneggiati richiede tempo e lavoro, soprattutto nei grandi impianti. • Individuare rapidamente il danno riduce perdite di potenza e costi di manutenzione.

Individuazione dei guasti

• Le migliori prestazioni si ottengono se i pannelli connessi ad uno stesso ingresso dell’inverter sono omogenei in termini di condizioni atmosferiche (temperatura, irradianza) e caratteristiche elettriche. • Individuare le perdite di potenza causata da ombreggiamento parziale o mismatch dei pannelli consente di ottimizzare la produzione di potenza.

Individuazione del mismatch

Descrizione del sistema di monitoraggio

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• Sistema innovativo per diagnostica e monitoraggio degli impianti fotovoltaici a livello pannello. • Una scheda di misura viene installata su ciascun pannello, misurandone i parametri elettrici fondamentali. • Comunicazione wireless fra schede di misura e coordinatore. • Comunicazione Modbus fra coordinatori e stazione remota. • Interfaccia web e sistema di allarme consentono a proprietari e manutentori del campo di:

confrontare la produzione attesa con quella reale; controllare lo stato di ogni pannello; individuare guasti e possibili cause; localizzare immediatamente i pannelli da sostituire, anche in grandi impianti; individuare le perdite di potenza.

Scheda di misura – Caratteristiche

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• Scheda di misura da pannello. • Alimentazione energy harvesting a supercondensatori. • 4 modalità di funzionamento:

funzionamento normale test bypass manutenzione

• 4 parametri elettrici fondamentali misurati: corrente di stringa e tensione del pannello (funzionamento normale) corrente di corto circuito e tensione di circuito aperto (test, bypass e manutenzione)

• Comunicazione wireless (2.4 GHz, protocollo 802.15.4 MiWi) con il coordinatore (PV Unit) per controllo e trasmissione dati. • Installazione semplice e rapida:

montaggio sul telaio del pannello connettori di potenza standard per pannello e stringa nessun cavo aggiuntivo per alimentazione e dati

Quando l’interruttore di disconnessione è aperto la corrente di stringa circola in un solo diodo di bypass. La potenza persa in bypass è minore rispetto ai due o più diodi di bypass del pannello.

La scheda di misura assorbe una potenza trascurabile dal pannello tramite uno stadio energy harvesting: nessun cavo aggiuntivo per l’alimentazione. I supercondensatori sono più resistenti e affidabili delle batterie al litio.

Scheda di misura – Struttura

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La misura della corrente di stringa viene effettuata nello stato di funzionamento normale.

L’interruttore di disconnessione si apre durante la fase di test (2 ms, perdita di potenza trascurabile), quando viene rilevato il funzionamento in bypass, o per attività di manutenzione.

Comunicazione wireless 2.4 GHz 802.15.4 (MiWi), distanza massima 60 m : nessun cavo aggiuntivo per i dati.

Misura dei parametri elettrici fondamentali (Vpanel in funzionamento normale, Voc e Isc nelle altre modalità). E’ possibile individuare il funzionamento in bypass.

Scheda di misura – Misure effettuate

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Misure effettuate Grandezze e informazioni ottenute

• Tensione del pannello. • Corrente di stringa.

• Potenza istantanea del pannello e della stringa. • Individuazione del funzionamento in bypass.

Funzionamento normale

• Il pannello è normalmente connesso alla stringa. • La corrente di stringa circola nel pannello. • Il punto di lavoro del pannello è influenzato dal resto della stringa.


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• Corrente di corto circuito. • Tensione di circuito aperto.

• Stima della massima potenza di pannello e stringa. • Stima della perdita di potenza.

Test

• Il pannello è brevemente disconnesso dalla stringa. • Punto di lavoro e misure non sono influenzati dal resto della stringa. • Potenza persa trascurabile grazie alla brevità della disconnessione (2 ms).


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• Corrente di corto circuito. • Tensione di circuito aperto.

• Stato del pannello (bypass o manutenzione). • Stima della massima potenza di pannello e stringa e della perdita di potenza.

Bypass / Manutenzione

• Disconnessione automatica del pannello quando lavora in bypass. • La tensione sul pannello resta positiva anche in bypass. • Minore probabilità di hot spot: pannello più affidabile. • Si può disconnettere da remoto il pannello per effettuare operazioni di manutenzione.

Scheda di misura – Installazione

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PV Unit

• L’installazione delle schede di misura è semplice e rapida. • Le schede di misura vanno avvitate sulla cornice del pannello. • I collegamenti con pannello e stringa sono realizzate tramite connettori standard. • Il verso di montaggio necessario per la comunicazione wireless è chiaramente indicato su schede di misura e PV Unit tramite una doppia freccia. • Le schede di misura vanno installate in un raggio di 60 m dalla PV Unit di riferimento.

Montaggio e connessione

PV Monitor – Struttura del sistema

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• PV Monitor è una rete di sensori wireless estesa a tutto l’impianto FV. • Le PV Unit fungono da router, dividendo la rete in sottoreti. • La struttura della rete non deve necessariamente seguire quella dell’impianto. • Ogni sottorete può avere fino a 100 nodi. • Le PV Unit sono connesse come slave su Modbus (RS485).

PV Unit


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• La Stazione Remota funge da bus master sul Modbus, smistando dati e comandi fra il campo e un database server tramite Internet. • Un’applicazione server raccoglie ed elabora i dati ricevuti dal campo. • Interfaccia web e sistema di allarme consentono a proprietari e manutentori di controllare lo stato dell’impianto.

Gestione dei dati

PV Monitor – Interfaccia web

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Vista gerarchica

• L’interfaccia web consente di gestire più impianti fotovoltaici. • I dati raccolti organizzati in una struttura ad albero seguendo la struttura dell’impianto (campo, inverter, parallelo di stringhe, stringa). • Analisi dei dati e gestione degli allarmi sono possibili ad ogni livello della struttura.


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Vista pannelli

• Selezionando un nodo dell’albero l’interfaccia visualizza automaticamente tutti i pannelli appartenenti al nodo stesso e ai suoi discendenti. • Un LED di stato posizionato su ciascun pannello ne indica la modalità di funzionamento. • La vista pannelli consente di controllare lo stato del sistema in modo semplice e rapido.

funzionamento normale

avaria wireless

corrente di stringa nulla

pannello in bypass

pannello in manutenzione


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Strumenti di analisi

• Gli strumenti di analisi sono disponibili per ogni nodo. • E’ possibile confrontare i dati relativi al nodo e ai suoi discendenti. • La finestra temporale può essere selezionata da un elenco di valori predefiniti (giorno, settimana, mese) o scelta manualmente. • I dati disponibili per singolo pannello, stringa e parallelo di stringhe sono:

potenza reale e stima della massima potenza; correnti di corto circuito e di funzionamento, stima della corrente dell’MPP; tensione di circuito aperto e di funzionamento, stima della tensione dell’MPP.

nelle slides seguenti si mostra il funzionamento del pannello 9 (pannello viola)

nodo selezionato (stringa, in questo caso)

tutti i pannelli relativi ad un nodo e ai suoi discendenti

stima massima potenza della stringa

potenza reale della stringa

PV Monitor – Misure di potenza

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Impianto di prova a Valle di Maddaloni (CE) – 1 giugno 2012

Potenza di stringa

Vengono mostrate potenza reale e stima della massima potenza di stringa. Si può determinare la potenza persa.

Potenza dei pannelli

Viene mostrata la potenza reale dei pannelli. E’ possibile rilevare ombreggiamenti, difetti e danni.

il pannello viola è ombreggiato l’ombreggiamento parziale provoca la perdita di potenza mostrata sopra

potenza persa differenza fra potenza reale e stima massima potenza

PV Monitor – Misure di corrente

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Correnti dei pannelli

Vengono mostrate le correnti di corto circuito (linea continua) e di funzionamento (linea tratteggiata).


Viene mostrata la potenza reale dei pannelli. E’ possibile rilevare ombreggiamenti, difetti e danni.

il pannello viola è in bypass la corrente attraverso il pannello si annulla

le misure vengono eseguite anche col pannello in bypass

PV Monitor – Misure di tensione

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Tensioni dei pannelli

Vengono mostrate le tensioni di circuito aperto (linea continua) e di funzionamento (linea tratteggiata).


Viene mostrata la potenza reale del pannello. E’ possibile rilevare ombreggiamenti, difetti e danni.

il pannello viola è in bypass la tensione del pannello si annulla

la forma a gradini di tensione e potenza è dovuta ai diodi di bypass

PV Monitor – Dati di targa

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Dati pannello

Tensione massima (Voc) 45 V

Corrente massima (Isc) 13 A

Dati meccanici

Temperatura operativa - 35 °C ÷ 85 °C

Protezione involucro IP 65

Raffreddamento Natural Convection

Dimensioni [mm] 45 x 90 x 145

I/O

Wireless 2.4 GHz IEEE 802.15.4

Power Supply

Corrente assorbita max 40 mA

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