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La ricerca Enel sulle tecnologie
fotovoltaiche
Gianluca Gigliucci
Enel Ingegneria & Ricerca
Giornata di Studio su tecnologie, tecniche impiantistiche e mercato del fotovoltaico
Mondello, 15 Ottobre 2012
Il mondo Enel
Il mercato del fotovoltaico nel mondo
Europe
Asia Pacific
America
2000 dC
1.400 MW
China
2011 dC
69.700 MW
Middle east
africa
Rest of the
world
Source: EPIA, Global Market Outlook for Photovoltaics until 2016, May 2012.
3
Il mercato del fotovoltaico in Italia
2012
15,6 GW
445.000
Source: GSE, Atlasole, Ottobre 2012.
Previsioni
Source: EPIA, Global Market Outlook for Photovoltaics until 2016, May 2012.
4
Laboratorio Solare di Catania
Mission
• Individuare le tecnologie in grado di
garantire la generazione di elettricità a
basso costo da fonte solare
Strumento di
competitività
• Prevedere in modo accurato
l’energia producibile per l’intera vita
da impianti fotovoltaici
• Definire le metodologie ottimali di
esercizio e manutenzione di ciascuna
tecnologia
• Prevedere la producibilità degli
impianti a 72 ore
L’evoluzione del laboratorio: 2007 - 2012
2007
2012
Il laboratorio fotovoltaico oggi
Principali attività
• Test moduli outdoor: verifica delle
prestazioni in condizioni reali
Camere
climatiche
Simulatore solare
Stazione
meteo
• Test moduli indoor: verifica dei dati di
targa dei moduli commerciali ed analisi
malfunzionamenti in condizioni di
invecchiamento accelerato
• Test di sistemi completi: test di sistemi
al suolo e integrati negli edifici, test di
sistemi a concentrazione
• Modellazione di moduli e impianti:
sviluppati modelli elettrici e a reti neurali
per predire le prestazioni in energia con
errori minori dell‘1%
Test moduli e sistemi outdoor
Il laboratorio fotovoltaico Enel consente di
verificare e prevedere le prestazioni di
componenti e impianti nelle reali condizioni
di esercizio
• Diagnostica remota impianti: messo a
punto un sistema di diagnostica per
l’ottimizzazione dell’esercizio degli impianti
• Previsione della produzione a 72 ore:
accoppiamento di previsioni meteo con
modelli di impianto o utilizzo di algoritmi
genetici
Il know-how sviluppato fino ad ora
• Test di tutte le principali tecnologie sul mercato e innovative
• Moduli c-Si: oltre 20 tecnologie già provate, sia monocristallino che
policristallino e tegole fotovoltaiche
• Moduli a film sottile: oltre 10 tecnologie, compresi moduli a giunzione multipla
(doppia e tripla) e eterogiunzione
• Sistemi a concentrazione: 3 tecnologie già testate, 1 in corso di
caratterizzazione, 4 da testare nell’ambito del progetto SCOOP.
• Tecniche dedicate per la caratterizzazione di tecnologie non
convenzionali (film sottili, giunzioni multiple, spettro solare)
• Modelli fisici avanzati per l‘identificazione delle tecnologie e delle
modalità di installazione più adatte a ciascuna località
• Sistema avanzato di monitoraggio, diagnostica e forecasting per
l’ottimizzazione dell’esercizio delle centrali fotovoltaiche
Collaborazioni Nazionali e Internazionali
Sophia
(EU-FP7, Laboratori di ricerca
sul fotovoltaico)
Sviluppo e validazione delle migliori tecniche
per la caratterizzazione di moduli e impianti
fotovoltaici e modellazione del decadimento
delle prestazioni nell’intera vita
SCOOP
(Industria 2015, Fotovoltaico
a concentrazione)
Creazione di una filiera industriale Italiana
per lo sviluppo e la commercializzazione di
sistemi fotovoltaici a concentrazione
APOLLON
(EU-FP7, Fotovoltaico a
concentrazione)
Sviluppo
di
sistemi
concentrazione innovativi
fotovoltaici
a
Condivisione a livello europeo delle migliori
tecniche di misura dello spettro solare
RSE
(Ricerca di Sistema,
Fotovoltaico piano)
Confronto delle prestazioni di impianti
fotovoltaici in siti differenti (Pisa, Milano)
EPRI
Fotovoltaico piano e a
concentrazione
Verifica delle prestazioni di impianti piani e a
concentrazione in condizioni di elevato
irraggiamento (Colorado, USA)
Alcuni risultati significativi
Valutazione delle prestazioni nel lungo periodo
Efficienza media mensile
(riportata alle condizioni di riferimento)
Le prestazioni effettive e il decadimento del tempo delle nuove tecnologie ha grande
variabilità Le misure in campo risultano fondamentali per valutare gli investimenti in
modo affidabile
Indagine del decadimento prestazionale
Tecnologia non degradata
Tecnologia degradata
Analisi della resistenza all’invecchiamento
Effetti evidenti
Delaminazione
Cicli di invecchiamento in
camera climatica
(-40°C÷+80°C)
20h
Formazione di bolle retro-modulo
4h
n. matr. 916
n. matr. 224
n. matr. 910
Analisi della resistenza all’invecchiamento
Effetti invisibili a occhio nudo
Immagine elettroluminescenza
Tipi di difetti individuabili:
• Non uniformità del processo di produzione
• Rotture e cortocircuiti locali
• Delaminazioni a livello locale, che avviano
processi di degradazione
Immagine termografica
Foto pannello
Caratterizzazione di sistemi a concentrazione
Indagini sperimentali
• Caratterizzazione delle prestazioni di
moduli singoli e dell’intero sistema
• Valutazione dell’affidabilità
• Sensibilità ai parametri ambientali e allo
spettro solare
Monthly AC Efficiency [%]
35
30
25
20
15
10
5
100
200
300
400
500
600
DNI [KWh/m2 ]
700
800
900
1000
Monitoraggio, diagnostica e forecasting
Meteo
forecast 72h
Analisi performance
Acquisizione
dati on-line
Modelli di moduli,
stringhe, impianto
Sistema di
monitoraggio,
diagnostica e
forecasting Enel
Ricerca
Diagnistica remota
e ottimizzazione
manutenzione
Forecast
produzione
fotovoltaica
La diagnostica remota permette di ottimizzazione l’esercizio e la manutenzione
degli impianti, massimizzando i ricavi ottenuti.
L’edificio
Laboratorio di prova per gli edifici del futuro
Già esempio di eccellenza
L’edificio del futuro
• Edificio progettato negli anni ‘80
come
dimostrativo
di
concetti
innovativi
per
il
risparmio
e
energetico
• Differenti tipologie di moduli di
facciata passive per il risparmio
energetico
Edificio laboratorio per lo studio di:
• Integrazione rinnovabile negli edifici
• Componenti ad alta efficienza e risparmio
energetico
• Domotica
Il laboratorio solare Enel di Catania:
ricerca avanzata al servizio del business
THE REAL REVOLUTION
IS NOT TO CHANGE THE WORLD
RATHER THAN CHANGING THE PLANET,
WE HAVE ALWAYS PREFERRED TO CHANGE OURSELVES