analisi della produzione di energia degli impianti pv e cvp della sede di macchiareddu - malgorzata...

REPUBBLICA ITALIANA

Cagliari 13 febbraio 2015

I primi risultati delle attività nel progetto Cluster - sviluppo di sistemi energetici integrati e innovativi

Analisi della produzione di energia

da impianti fotovoltaici

e sviluppo del modello di previsione

di produzione dall’impianto CPV

Malgorzata Gawronska

http://europa.eu/index_it.htm

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Analisi della produzione di energia di impianti fotovoltaici

Descrizione della dotazione impiantistica

Attività di modellizzazione della produzione dell’impianto CPV


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Impianti di generazione elettrica da FER attualmente installati presso sede di Macchiareddu

Impianto fotovoltaico tradizionale

(FV)

Impianto fotovoltaico a concentrazione

(CPV)

Descrizione della dotazione impiantistica


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Impianto fotovoltaico tradizionale (FV)

18,7 kWp

194 m2


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Impianto fotovoltaico tradizionale (FV)

FV1 FV 1 FV1 FV 2

FALDA SUD EST

Tipologia modulo P singolo modulo [W]

P [kW]

60 amorfo

86 5,16

24 monocristallino

215 5,16

Potenza totale falda 10,32

FALDA SUD OVEST

Tipologia modulo P singolo modulo [W]

P [kW]

30 amorfo

86 2,58

27 monocristallino

215 5,81

Potenza totale falda 8,39


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Impianto fotovoltaico a concentrazione (CPV)

Sistema CPV

Essiccamento ad aria

Controllo inseguitore

Inseguitore biassiale

Moduli CPV


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Sistema CPV




Moduli CPV

Impianto costituito da 90 moduli CPV Ogni modulo CPV costituito da 200 celle Tipologia della cella: a tripla giunzione Sistema di concentrazione: lenti di Fresnel Superficie captante: 28,8 m2


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Sistema CPV




Moduli CPV

Accuratezza di inseguimento:

0,1°


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Sistema CPV




Moduli CPV

Algoritmi di controllo dell’inseguimento:

• basato sulle effemeridi

• basato sui segnali del sensore a 4 quadranti

• basato sull’inseguimento della massima potenza

• algoritmo misto


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Sistema CPV




Moduli CPV

Cicli di funzionamento: attivati da sensore di monitoraggio Flusso di aria calda attivato ogni mattina


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Potenza nominale: 6,2 kW (per la DNI 850 W/m2)


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Campagna di monitoraggio di due impianti

FV CPV


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Radiazione solare diretta (DNI) sul mondo


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Radiazione solare diretta (DNI) in Europa


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Giornate serene

Tempo [h]

Irra

ggia

men

to [

W/m

2]

Pote

nza

[kW

pro

do

tto /

kW

pic

co]

kWh / kWp kWh / m2

CPV FV CPV FV

6,15 2,74 1,35 0,27


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Giornate parzialmente nuvolose

Irra

ggia

men

to [

W/m

2]

Pote

nza

[kW

pro

do

tto /

kW

pic

co]

Tempo [h]

kWh / kWp kWh / m2

CPV FV CPV FV

3,69 3,55 0,81 0,34


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Giornate nuvolose

Tempo [h]

Irra

ggia

men

to [

W/m

2]

Pote

nza

[kW

pro

do

tto /

kW

pic

co]

kWh / kWp kWh / m2

CPV FV CPV FV

-0,06 1,45 -0,01 0,14


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Rese giornaliere dell’impianto CPV

Nov

‘13

Mar

‘14

Apr

‘14

Giu

‘14

Lug

‘14

Ago

‘14

Set

‘14

Ott

‘14

Nov

‘14

Dic

‘14

Gen

‘15


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Produzione dell’impianto CPV


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Modellizzazione della produzione della energia elettrica di un sistema CPV


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Modellizzazione della produzione della energia elettrica di un sistema CPV

caratterizzazione di un singolo modulo CPV

caratterizzazione sistema CPV

validazione sperimentale del modello


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Vista esterna ed interna del modulo CPV

Caratterizzazione di un singolo modulo CPV

condizioni ambientali • irraggiamento • temperatura • spettro della radiazione solare

allineamento tra il piano dei moduli ed il fascio solare

Potenza elettrica prodotta dalle celle a multipla giunzione varia in funzione di

Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione


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Akkutrack Sensore a 4 quadranti / Heliotrack Modulo CPV Inseguitore solare




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Stazione meteorologica: • sensore della temperatura

ambiente • anemometro • pireliometro

Carico elettronico, per misurare la curva I-V Schede di acquisizione dati della National Instruments




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Influenza delle condizioni atmosferiche - temperatura ambiente


Aumento della temperatura dentro il modulo



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Non si è osservata la correlazione

tra temperatura ambiente

e le prestazioni del modulo

Influenza delle condizioni atmosferiche - temperatura ambiente



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Influenza delle condizioni atmosferiche - DNI



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Caratterizzazione ottica




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Caratterizzazione sistema CPV

Influenza della DNI

Fig 3.3



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Influenza della DNI




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Influenza dello spettro

Schema della cella a tripla giunzione


Lunghezza d’onda [nm]

Rad

iazio

ne

so

lar

[W/m

2]

Spettro solare

GaInP

GaInAs

Ge

Spettro solare

GaInP

GaInAs

Ge



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Principali parametri dell’atmosfera che influenzano lo spettro solare:

• Air mass (AM); • Aerosol (AOD); • Vapore acqueo (PWV)

Spettro solare extraterrestre e spettro solare diretto al livello del mare




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Influenza dello spettro – AIR MASS (AM)

Variazione dell’air mass in funzione dell’angolo di zenith

Effetto dell’air mass sullo spettro della radiazione solare



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Influenza dello spettro – AIR MASS (AM)

Valori di AM tra le 6:20 e le 20:20 del 23 giugno 2014 presso la sede di Macchiareddu di Sardegna Ricerche




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Influenza dello spettro – AEROSOL (AOD)




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Influenza dello spettro – VAPORE ACQUEO (PWV)




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Air mass (AM)

Potenza AC normalizzata del sistema CPV in funzione dell’AM

Vapore acqueo (PWV) Aerosol (AOD)

Caratterizzazione sistema CPV Soitec



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Influenza della temperatura

Aumento di 100 W/m2 dell’irraggiamento solare diretto

Aumento di circa 0,5 [°C] della temperatura della cella

Tcella = Tdietro_modulo + Rth_cella_dietro_modulo * Pth_cella

Tcella = Tdietro_modulo + 0,00536*DNI


• Tdietro_modulo: la temperatura

misurata dietro il modulo [°C];

• Rth_cella_dietro_modulo: la resistenza

termica equivalente tra la cella e la

parte posteriore del modulo

[°C/W];

• Pth_cella: la potenza termica

prodotta dalla singola cella [W]



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Influenza del vento

Potenza AC normalizzata del sistema CPV in funzione della velocità del vento

Effetto positivo : raffreddamento dei moduli Effetto negativo: “effetto vela”

Caratterizzazione sistema CPV Soitec



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Modellizzazione di un sistema fotovoltaico CPV

• DNI • T della cella • Spettro - AM

(per i valori di AM>2) • Errore dell’inseguimento

Le simulazioni svolte nell’ambiente Matlab Considerando intere giornate di produzione del sistema Fornendo in ingresso i dati campionati ogni due minuti

Altri fattori di perdita: • Mismatch tra i moduli CPV • Perdite nell’inverter

fotovoltaico



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Validazione sperimentale del modello



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Monitoraggio di due impianti fotovoltaici Analisi dell’impatto della unità UPS sulla microrete Ottimizzazione del modello di previsione della produzione dall’impianto CPV Applicazione del modello di previsione della produzione all’impianto FV


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Malgorzata Gawronska [email protected] www.sardegnaricerche.it

Grazie per l’attenzione

I primi risultati delle attività nel progetto Cluster relative allo sviluppo di sistemi energetici integrati e innovativi

13 Febbraio 2015 - Macchiareddu


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