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“O&M&P” DEL PARCO IMPIANTI FOTOVOLTAICI
TECNOLOGIE INNOVATIVE E BEST PRACTICE
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Analisi del degrado delle caratteristiche dei
moduli affetti dai fenomeni «PID - Potential
Induced Degradation» e «bave di...
Introduzione
• Solo in Italia installati oltre 90mln di moduli FV
• I moduli sono sottoposti a controlli di qualità (CEI E...
PID (Potential Induced Degradation)
Fenomeno già noto in passato con il nome
di ‘polarizzazione superficiale’
limitatament...
PID: possibili cause
Principali cause che portano al manifestarsi del PID (tutt’ora non chiarite fino
in fondo) possono es...
PID: effetti
Effetti irreversibili: corrosione TCO (limitatamente a moduli in film sottile)
Effetti reversibili: effetto p...
PID: effetti
J. Berghold PID and correlation with field experiences – Berlin PI; S.Pingel, Potential induced degradation o...
Diverse possibilità per impedire l’insorgere del PID:
• A livello di sistema: messa a terra del polo negativo (non sempre ...
PID: prove di suscettibilità
PID test
Procedura 1 Procedura 2
Ambiente di prova Camera climatica
Laboratorio con T
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PID: prove di suscettibilità, primi risultati
Sample# PID test First Ratio Last Ratio Degrado % Limite % Pass/Fail
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Fast PID test
Ambiente di prova Tank appositamente realizzato
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PID: prove di suscettibilità, selezione campioni
EL iniziale EL finale
P iniziale
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Prove su moduli da 60 celle
Prove su moduli
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Polarità
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Snail Trails: prove sperimentali
• Moduli in silicio policristallino (già certificati CEI EN 61215);
• Installati nel 2010...
Snail Trails: prove sperimentali
• Diminuzione Pmp inferiore al limite ipotizzato per tutti i campioni:
degrado delle prop...
Snail Trails: in corso
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installato a Bolzano e affetto dal fenomen...
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Analisi del degrado delle caratteristiche dei moduli affetti dai fenomeni ‘PID - potential induced degradation’ e ‘bave di lumaca’: progress report di prove sperimentali

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DARIO BERTANI, RSE - CLAUDIO LICIOTTI

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Analisi del degrado delle caratteristiche dei moduli affetti dai fenomeni ‘PID - potential induced degradation’ e ‘bave di lumaca’: progress report di prove sperimentali

  1. 1. WWW.SOLAREXPO.COM TECHNOLOGY & MARKET FOCUS “O&M&P” DEL PARCO IMPIANTI FOTOVOLTAICI TECNOLOGIE INNOVATIVE E BEST PRACTICE DI OPERATION & MAINTENANCE & PERFORMANCE A SOSTEGNO DEL ROI DEGLI IMPIANTI 09.30 Ammissione preferenziale in sala dei partecipanti pre-registrati 09.45 Introduzione. Da O&M a O&M&P: massimizzare la performance degli asset solari per salvaguardare la tenuta dei business plan CHAIR: SALVATORE GUASTELLA, RSE – RICERCA PER IL SISTEMA ENERGETICO 10.00 Valutazione delle prestazioni di impianti FV dopo anni di esercizio; misure in campo e analisi dei dati di funzionamento secondo le norme tecniche SALVATORE GUASTELLA, RSE 10.15 Norme CEI 0-16 e CEI 0-21: aggiornamento delle prescrizioni per la connessione alla rete e adeguamenti degli impianti esistenti FRANCESCO GROPPI , CEI CT82 10.30 Monitoraggio analitico di impianti FV come strumento per la manutenzione predittiva: diagnostica e valutazione delle prestazioni GIORGIO BELLUARDO, EURAC & IEA-PVPS, Task 13: Performance and Reliability of PV Systems 10.45 Discussione 11.05 Analisi del degrado delle caratteristiche dei moduli affetti dai fenomeni ‘PID - potential induced degradation’ e ‘bave di lumaca’: progress report di prove sperimentali DARIO BERTANI, RSE - CLAUDIO LICIOTTI, BRANDONI SOLARE 11.20 L'EPC - Energy Performance Contract come strumento di finanziamento della risoluzione del PID: caso studio e sguardo al futuro delle tecnologie O&M ELEONORA DENNA, OMRON 11.35 Minimizing risks of accelerated degradation of rooftop PV systems: results from field surveys to evalutate the impact of field exposure on materials in the real-life environment STEPHAN PADLEWSKI, DUPONT 11.50 Discussione 12.10 Un modello di O&M&P: dalla garanzia di performance ratio alla protezione del rendimento finanziario; presentazione di casi studio GIUSEPPE D'ELIA, SOLON 12.25 I grandi parchi fotovoltaici del 'boom italiano': trasformare difficoltà figlie del passato in opportunità per il futuro TOMMASO LANDI, ABB 12.40 I droni per l’ispezione aerea di impianti e parchi fotovoltaici : il quadro normativo nazionale PAOLO MARRAS, ASSORPAS Ispezioni aeree geospaziali su campi fotovoltaici con piccoli droni e multi-sensori ANTONIO D’ARGENIO, PANOPTES 13.05 Discussione 13.25 Conclusioni SALVATORE GUASTELLA, RSE 9 APRILE 2015 | ORE 09.30 – 13.30 | MICO – MILANO CONGRESSI | SALA AMBER 1
  2. 2. Analisi del degrado delle caratteristiche dei moduli affetti dai fenomeni «PID - Potential Induced Degradation» e «bave di lumaca»: progress report di prove sperimentali 9 Aprile 2015 Dario Bertani dario.bertani@rse-web.it
  3. 3. Introduzione • Solo in Italia installati oltre 90mln di moduli FV • I moduli sono sottoposti a controlli di qualità (CEI EN 61215) e controlli di sicurezza (CEI EN 61730); • Nuove condizioni operative e nuove tecnologie costruttive hanno causato l’insorgere di difetti sin qui sconosciuti (non riscontrabili con l’applicazione dell’attuale metodologia di prova); • Attività di ricerca internazionale per sperimentare nuove sequenze di prova Di seguito si presenta l’esperienza di RSE nell’ambito della Ricerca per il sistema elettrico, in collaborazione con operatori FV italiani, riguardo a due dei fenomeni più ricorrenti: • PID (Potential Induced Degradation) • Bave di lumaca (o Snail Trails)
  4. 4. PID (Potential Induced Degradation) Fenomeno già noto in passato con il nome di ‘polarizzazione superficiale’ limitatamente ad alcune tipologie di moduli, quali ad esempio: • Moduli in Si-mono ad elevata efficienza • Moduli in film sottile (CdTe, Si-amorfo) Sempre maggiore n°di impianti FV in silicio cristallino affetti da PID, con conseguenze anche importanti sulla produzione energetica (calo produzione energetica anche di decine di punti %)
  5. 5. PID: possibili cause Principali cause che portano al manifestarsi del PID (tutt’ora non chiarite fino in fondo) possono essere raggruppate in differenti ‘livelli’: • Sistema: elevato valore della tensione verso terra vista dal modulo FV (importante soprattutto il segno); • Modulo/cella: tipologia vetro, composizione EVA, strato anti-riflettente (ARC), profondità emettitore. Più in generale risulta determinante la qualità dell’isolamento elettrico del modulo. • Ambiente: il manifestarsi del fenomeno è accelerato dall’incremento di umidità e temperatura AE Advanced Energy – Understanding Potential Induced Degradation
  6. 6. PID: effetti Effetti irreversibili: corrosione TCO (limitatamente a moduli in film sottile) Effetti reversibili: effetto polarizzante, accumulo di carica statica tra superficie cella ed EVA con diverse possibili conseguenze: • Formazione di un campo elettrico con effetto anti-passivante (aumento perdite per ricombinazione); • Accumulo di carica positiva causa parziale neutralizzazione dell’effetto dopante, la diminuzione del campo elettrico a cavallo della giunzione p-n e quindi dell’effetto fotovoltaico della cella. • Accumulo ioni Na+ in corrispondenza difetti cristallografici silicio: corto circuiti localizzati Naumann et. Al - Explanation of potential-induced degradation of the shunting type by Na decoration of stacking faults in Si solar cells
  7. 7. PID: effetti J. Berghold PID and correlation with field experiences – Berlin PI; S.Pingel, Potential induced degradation of solar cells and panels • Fenomeno relativamente facile da individuare, tramite analisi ad elettroluminescenza (o termografia). • Effetti reversibili tramite inversione polarità. Pingel et al. - Recovery methods for PID
  8. 8. Diverse possibilità per impedire l’insorgere del PID: • A livello di sistema: messa a terra del polo negativo (non sempre possibile); • A livello di modulo: scelta della tipologia di vetro frontale (es. vetro al quarzo), ottimo isolamento elettrico (e/o EVA con ridotta permeabilità agli ioni); • A livello di cella: modifiche a determinate proprietà dell’ARC o dell’emettitore, consentono di impedire efficacemente il verificarsi del fenomeno (comportano però un aumento dei costi di produzione e/o riduzione dell’efficienza). Non è possibile determinare se un modulo è immune al PID a partire delle caratteristiche elettriche e dai materiali utilizzati (spesso non noti): necessità di una procedura di prova riconosciuta a livello internazionale PID: prevenzione
  9. 9. PID: prove di suscettibilità PID test Procedura 1 Procedura 2 Ambiente di prova Camera climatica Laboratorio con T controllata Condizioni di prova 60°C, 85% RH 25°C, <60% RH Collegamento elettrico Messa a terra della cornice metallica Foglio di alluminio sulla superficie frontale Durata 96h (4 giorni) 168h (7 giorni) Tensione applicata ±1000V ±1000V Criterio Pass/Fail ∆Pmp < 5% ∆Pmp < 5% Technical Specification IEC in fase di preparazione per moduli in silicio cristallino (CEI EN 62804), pubblicazione attesa per 08/2015. Perplessità riguardo alle modalità con cui incrementare la conduttività superficiale del modulo (inizialmente proposti due metodi):
  10. 10. PID: prove di suscettibilità, primi risultati Sample# PID test First Ratio Last Ratio Degrado % Limite % Pass/Fail A - 1 - - - - B1 Camera climatica 0,959 0,956 -0,3% -5% P B2 Camera climatica 0,967 0,956 -1,1% -5% P C - 1 - - - - D1 Camera climatica 0,998 1,005 0,7% -5% P D2 Camera climatica 0,996 1,003 0,7% -5% P A - 1 - - - - E1 Al foil 0,986 0,983 -0,3% -5% P E2 Al foil 0,988 0,983 -0,5% -5% P sample# PID test First Ratio Last Ratio Degrado % Limite % Pass/Fail 2013493 - 1 - - - - 2013494 Camera climatica 0,988 0,973 -1,5 -5 P 2013524 Camera climatica 0,992 0,984 -0,8 -5 P Moduli in silicio policristallino: Tecnologia HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) • Degrado inferiore al limite previsto per tutti i campioni • Risultati conseguiti non risolutivi
  11. 11. PID: prove di suscettibilità, prosecuzione Fast PID test Ambiente di prova Tank appositamente realizzato Condizioni di prova 65°C ± 2°C Collegamento elettrico Messa a terra della cornice metallica Durata 8h Tensione applicata -2000V Criterio Pass/Fail N/D Test setup: Sperimentate differenti combinazioni di materiali (celle FV ed EVA) ritenuti sensibili o immuni al PID Sensitivity of different bill of materials to pid: fast test method” Proceedings of 29th European Photovoltaic Solar Energy Conference (WIP, Amsterdam 2014) Selezione campioni di qualità nota tramite screening test «veloce» sviluppato da Brandoni Solare, eseguibile su mini-moduli da 16 celle appositamente realizzati (ulteriori info: proceedings EUPVSEC 2014)
  12. 12. PID: prove di suscettibilità, selezione campioni EL iniziale EL finale P iniziale [W] P finale [W] Degrado % Combinazione 1: Cella PID sensible EVA PID resistant 67,7 66,3 -2,1% Combinazione 2: Cella PID resistant EVA PID resistant 68,5 68,0 -0,7% Combinazione 3: Cella PID sensible EVA PID sensible 67,0 7,1 -89,4% Combinazione 4: Cella PID resistant EVA PID sensible 68,0 63,2 -7,1% Quattro combinazioni di materiali selezionate tramite PID test «rapido» Con gli stessi materiali realizzati moduli FV di dimensioni reali da sottoporre alla procedura ufficiale (camera climatica)
  13. 13. PID: prove di suscettibilità, risultati Prove su moduli da 60 celle Prove su moduli da 16 celle Polarità stress test P initial [W] P final [W] ∆ % Limite Pass/Fail Degrado % medio IEC 62804 Degrado % Test rapido Combinazione 1: Cella PID sensible EVA PID resistant controllo - - - - - - -2,1%neg 234,7 231.2 -1,5% -5% P -1,1%neg 237,8 236.1 -0,7% -5% P Combinazione 2: Cella PID resistant EVA PID resistant controllo - - - - - - -0,7%neg 241,7 242.5 0,3% -5% P 0,3%neg 241,8 242.3 0,2% -5% P Combinazione 3: Cella PID sensible EVA PID sensible controllo - - - - - - -89,4% neg 236,8 224.9 -5,0% -5% P -2,8%neg 237,6 236 -0,7% -5% P pos 237,8 235.9 -0,8% -5% P -0,7%pos 238,4 237.1 -0,5% -5% P Combinazione 4: Cella PID resistant EVA PID sensible controllo - - - - - - -7,1%neg -0,3% -5% P -0,7%neg -1,1% -5% P • Degrado inferiore al limite previsto per tutti i campioni (anche combinazione 3 PID sensible!) • Evidenziata corrispondenza tra i risultati delle due metodologie di prova
  14. 14. Comb.3 -12% -10% -8% -6% -4% -2% 0% 2% Degrado% Confronto degrado: basso irraggiamento vs STC Low Irr STC PID: prove di suscettibilità, risultati • Livello di stress previsto da procedura ufficiale appare troppo ridotto per discriminare efficacemente moduli sensibili e resistenti al manifestarsi del PID • Difficoltà nell’incrementare severità del test senza sottoporre i moduli a stress che non si verificherebbero durante il reale funzionamento in campo • (attenzione alle prestazioni a bassi irraggiamenti!) 200 W/m2 1000 W/m2 Comb.2Comb.1
  15. 15. Snail Trails: prove sperimentali • Moduli in silicio policristallino (già certificati CEI EN 61215); • Installati nel 2010 in un comune lombardo ed affetti da Snail Trails in modo evidente; • 9 moduli prelevati e sottoposti nuovamente alla sequenza di certificazione completa (CEI EN 61215)
  16. 16. Snail Trails: prove sperimentali • Diminuzione Pmp inferiore al limite ipotizzato per tutti i campioni: degrado delle proprietà elettriche ed ottiche inferiori ai limiti previsti dalla norma; • Verificata corrispondenza tra il percorso delle bave e quello delle micro- fratture presenti all’interno delle celle FV; • I moduli con caratteristiche peggiori (potenza iniziale inferiore, maggior n° di cricche, peggiore isolamento, ecc.) hanno mostrato un degrado più marcato delle prestazioni in seguito alle prove 61215; • Analisi ad EL e misura Riso in ambiente umido si confermano le prove più adatte per valutare l’entità del fenomeno
  17. 17. Snail Trails: in corso Avviato monitoraggio del funzionamento di un impianto FV installato a Bolzano e affetto dal fenomeno «Snail Trails» Moduli: Si-poli Pnom: 2,07 kWp Ad oggi nessun effetto sensibile sulle prestazioni dell’impianto
  18. 18. Grazie per l’attenzione! Collaborations: Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero dello Sviluppo Economico - D.G. Nucleare, Energie rinnovabili ed efficienza energetica - in ottemperanza del DM, 8 marzo 2006. Dario Bertani dario.bertani@rse-web.it

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