Le insidie del Mismatching negli impianti fotovoltaici

Una soluzione pratica

Quando si sente parlare di impianti fotovoltaici la prima cosa che viene in mente non è certo la complessità data dal misto di grandezze fisiche che governano il funzionamento dell’impianto e che garantiscono che questo possa convertire l’energia del sole in energia elettrica da utilizzare nelle nostre case o aziende.

Difatti i moduli riusciranno a lavorare alle migliori condizioni solo se riceveranno una combinazione di tensioni e correnti specifiche ottimali.

Uno dei fenomeni più conosciuti che riducono la producibilità dell’impianto nel suo complesso è l’effetto Mismatching. Il Mismatching avviene quando i moduli fotovoltaici, collegati in serie, non hanno le medesime proprietà elettriche, oppure quando questi sono esposti a diverse condizioni ambientali. Infatti, il Mismatching è una condizione innata tra moduli fotovoltaici sin dai primi modelli prodotti ed è risaputo che ogni modulo fornisce la propria potenza massima (Pmpp) in corrispondenza di una combinazione di corrente (lmpp) e tensione (Vmpp) differente rispetto agli altri.

Inverter con MPPT (Maximum Power Point Tracker) centralizzati

Prima dell’avvento dell’ottimizzazione per singolo modulo, la generazione dell’energia veniva gestita da inverter centralizzati. Lavorando in modo, appunto, centralizzato, gli inverter tradizionali non sono in grado, per come sono stati progettati, di identificare le curve IV (curve Tensione-corrente) ottimali per ciascun modulo, tanto meno di regolare la corrente e la tensione di ogni pannello, singolarmente. 

In questo tipo di configurazione, gli inverter tradizionali tracciano un unico punto di massima potenza per tutti i moduli collegati nella medesima stringa, legando la produzione di energia al rendimento dei moduli più deboli presenti in stringa. 

Il mismatching può verificarsi per almeno nelle seguenti situazioni

1. Ombreggiamento parziale e differenti esposizioni alla luce
Generalmente, le fonti di ombreggiamento possono essere le più svariate: comignoli, antenne, parabole, cavi aerei al di sopra delle coperture attraversano l’installazione, ecc. Modificando l’intensità della luce anche su pochi moduli, il risultato che otterremmo sarebbe una riduzione sulla produttività totale della stringa. 

2. Sporcizia
Un’altra fonte di mismatching negli impianti è il deposito di sporcizia sui moduli. Proprio come l’ombreggiamento parziale, Ia sporcizia comporta una riduzione dell’area illuminata sui moduli. La sporcizia può essere causata da qualsiasi elemento: dalla caduta di foglie, dalla polvere, o da escrementi di uccelli. Vista che questi fattori non coinvolgono mai tutti i moduli nello stesso modo, si creano fenomeni di disaccoppiamento tra i moduli stessi. Questi effetti possono incidere maggiormente in alcune località dove sabbia o sporco si accumulano facilmente, oppure in diversi tipi di installazione come, ad esempio, le stalle. 

3. Cambiamenti dinamici
Uno degli elementi più trascurati quando si parla di mismatching è, sicuramente, l’effetto delle nuvole e dei cambiamenti dinamici che queste creano sulla luce che andrà a colpire il nostro impianto. Difatti il passaggio delle nuvole può cambiare molto rapidamente le condizioni di funzionamento dell’impianto. In questi casi il punto di massima potenza varia spesso e con grande rapidità rendendo complicato il lavoro del tracker centralizzato.

4. Differenti temperature
Per quanto possa sembrare strano, sul medesimo impianto si possono rilevare differenti temperature anche a distanza di pochi metri. Tali differenze possono raggiungere (e a volter superare) anche i 10°C. Scenari come questo si verificano, ad esempio, quando il vento assorbe calore dai moduli più vicini alle estremità della serie e lo trasportano all’interno della stringa stessa.

6. Età
L’invecchiamento dei moduli fotovoltaici è un fenomeno noto da molti anni. Sebbene però sia noto che i moduli fotovoltaici possano perdere fino all’1%/anno (ora decisamente meno) è meno noto (o meno considerato) che questa perdita non avviene sempre con la stessa velocità e che quindi questa differenza può creare ulteriore mismatching che va a sommarsi alle cause già citate sopra.

Per concludere
Il mismatching è un fenomeno che non può essere evitato con accorgimenti progettuali o installativi di tipo passivo. Le diverse fonti di mismatching sopra riportante ci dicono che, anche riuscendo a gestire ottimamente gli ombreggiamenti fissi e la sporcizia, saremmo comunque esposti a problematiche dovute a fenomeni dinamici (vento, nuvole, invecchiamento ecc.)

L’unica soluzione che riteniamo essere valida è l’utilizzo di ottimizzatori a livello di singolo modulo fotovoltaico. Applicando la tecnologia a livello di ciascun modulo, si può produrre più energia, virtualmente, da qualsiasi installazione. 

Noi di LumenWatt utilizziamo questa tecnologia per permettere al cliente una maggiore sicurezza e garanzia di efficienza dei pannelli. 
Gli ottimizzatori di potenza, difatti, eseguono un tracciamento del punto di massima potenza a livello di modulo regolando la corrente e la tensione ai valori ottimali e garantendo che lo stesso funzioni sempre alle migliori condizioni possibili in quel dato momento, indipendentemente dagli altri moduli della stessa stringa.

Dovremmo abituarci ad accettare la diversità dei moduli come parte della sua natura di ogni impianto e guardare all’ottimizzazione della potenza a livello di singolo pannello come la strada da perseguire.

Approfondimento a cura di Zamboni Daniele
Progettista elettrotecnico presso LumenWatt