DARIO BERTANI, RSE - CLAUDIO LICIOTTI

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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