FAQ - Ha senso installare degli ottimizzatori a livello di singolo modulo?

Ha senso installare degli ottimizzatori a livello di singolo modulo? nell'articolo cerchiamo di dare una risposta a questa domanda.

Prima di vedere se ha o meno senso installare degli ottimizzatori partiamo dallo spiegare cosa sono e cosa fanno questi dispositivi.

Cosa sono gli ottimizzatori, o meglio la tecnologia module-level power electronics (MLPE)

Gli ottimizzatori sono dei dispositivi che possono essere incorporati in un sistema fotovoltaico per migliorarne le prestazioni in determinate condizioni (soprattutto dove è presente ombra) e per ottenere una serie di altri vantaggi soprattutto di tipo manutentivo.

Gli ottimizzatori possono migliorare la produzione di energia di un sistema solare fotovoltaico attraverso l'inseguimento del punto di massima potenza a livello di modulo, anziché a livello di stringa. Il monitoraggio del punto di massima potenza (MPPT) si riferisce al modo in cui gli inverter (e gli ottimizzatori) gestiscono un modulo o una stringa di moduli in modo che questo o questi funzionino secondo una specifica combinazione di corrente e tensione che massimizzi la potenza erogata.

Gli inverter e gli ottimizzatori CC eseguono il monitoraggio del punto di massima potenza rispondendo alle variazioni nella corrente e nella tensione dell'impianto (ad esempio, una diminuzione della corrente derivante dall'ombra che cade sul pannello). In questi casi gli inverter o gli ottimizzatori rispondono a queste variazioni regolando la tensione per massimizzare la potenza erogata.

Quali sono i vantaggi nell’utilizzo degli ottimizzatori

Ci sono diversi modi di valutare l’opportunità di mettere o meno degli ottimizzatori, ma sicuramente si può dire, in tutta tranquillità, che questi dispositivi:

• Gestiscono ogni singolo modulo singolarmente, di conseguenza il singolo modulo non viene intaccato da eventuali problemi sulla stringa;
• Consentono di monitorare ogni modulo singolarmente e di effettuare interventi mirati anche su impianti posati su tetto (aspetto da non sottovalutare);
• Riducono la tensione in uscita dal modulo a livelli di sicurezza in caso di guasto o di pericolo nell’area di installazione. Parliamo, tipicamente, di tensioni tra 0 e 1 V a ottimizzatore.

I tre punti sopra sono un dato di fatto, non sono opinioni. Ora veniamo agli svantaggi.

Quali sono gli svantaggi nell’utilizzo degli ottimizzatori

Abbiamo visto sopra quali sono i vantaggi, va da sé che, come per buona parte delle cose di questo mondo, esiste un’altra faccia della medaglia. Andiamo per punti:

• Il costo di acquisto del sistema è più elevato. Innegabile;
• Il numero di componenti necessari a realizzare un impianto è superiore. All’aumentare del numero di componenti, la probabilità che si presenti un guasto è più alta. Anche questo è difficile da smentire;
• La producibilità complessiva dell’impianto è più bassa perché la tecnologia MLPE assorbe energia per “poter fare quello che fa”. Su questo punto ci sono molte discussioni e diverse ricerche arrivano a conclusioni tra loro opposte.

La gestione degli ombreggiamenti e il Global Maximum Power Point

Negli ultimi anni i produttori di inverter di stringa non sono rimasti a guardare è hanno implementato soluzioni software che promettono di migliorare significativamente la produzione negli scenari non ideali.

Eccoci qui a parlare del GMPPT o Global Maximum Power Point Tracker.

Un sistema di questo tipo promette di risolvere gli ombreggiamenti parziali attraverso un continuo scan della curva tensione-corrente della stringa. Come si vede dall’immagine sopra esiste un punto di massima potenza locale e globale. Ovviamente il G-MPPT ha una potenza di generazione maggiore perché è in grado di testare diversi punti della curva fino a trovare il migliore.

I diodi di bypass e la tecnologia half-cut cell

I moduli fotovoltaici, ormai da molto tempo, sono equipaggiati con dei diodi di bypass. Le celle dei moduli fotovoltaici sono di solito combinate con tre diodi che, nel caso in cui il modulo fotovoltaico vada in ombra, il diodo diventa conduttore e la parte del modulo interessata viene bypassata. Gli altri moduli, tuttavia, continuano a funzionare (qui poi entra in gioco l’MPPT dell’inverter).

Negli ultimi anni, poi, i produttori di moduli sono passati alla tecnologia a mezza cella installando celle con dimensioni ridotte (in genere grandi la metà) e collegando le celle in modo che il modulo risulti praticamente diviso in due parti.

Questo rende ancora più funzionale il lavoro dei diodi di bypass perché limita il sezionamento del singolo modulo fotovoltaico al 16-17% del totale.

Conclusione

Se guardiamo al bilanciamento tra vantaggi e svantaggi sembrerebbe che, oggi, installare degli ottimizzatori non abbia molto senso.

Al solito, però, stiamo guardando il problema da una sola prospettiva, quella che punta alla massimizzazione del rendimento per unità di costo e che considera lo scenario base senza prendere in considerazione eventuali guasti a livello di singolo modulo.

Mi spiego meglio, prendiamo come esempio questo caso tratto da un impianto di recente realizzazione (meno di un anno dalla posa) con 54 moduli PERC half-cut di un produttore top 3.

Come vedete è presente un disaccoppiamento in tensione su uno dei 27 moduli che compongono la stringa. Potrebbe trattarsi di problemi dovuti al PID (degrado indotto dal potenziale), diodi guasti, degrado accelerato ecc.

L’ottimizzatore risolve il problema che potrebbe riverberarsi su tutta la stringa ma non è questo il punto che vorrei analizzare.

Il punto su cui vorrei portarvi a ragionare è che sappiamo di avere questo problema perché abbiamo un sistema di questo tipo ed è un problema che si è presentato dopo pochissimo tempo e che sarebbe complicato scoprire in assenza di un monitoraggio così dettagliato.

Molto spesso ragioniamo sulle garanzie sui difetti di fabbricazione dei moduli fotovoltaici oppure sulla garanzia lineare di rendimento, ma se ci pensiamo non è così semplice fare in modo che questa garanzia possa essere utilizzata proprio perché non sempre abbiamo dati sufficienti per accorgerci di problemi di questo tipo.

Con questo voglio dire che tutti gli impianti debbano essere equipaggiati con ottimizzatori? no, ovviamente.

Però credo che la discussione, sulla scelta o meno di utilizzare sistemi di questo tipo, debba prendere in considerazione più scenari. Uno di questi è sicuramente il miglioramento significativo della manutenzione predittiva e a guasto.

Approfondimento a cura di Zamboni Daniele
Responsabile Tecnico Div. Fotovoltaico - LumenWatt