Degrado e valutazione della prestazione energetica del mono

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13066 (2023) Citare questo articolo

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Il degrado riduce nel tempo la capacità di produzione solare fotovoltaica (PV). Gli studi sul degrado dei moduli fotovoltaici si basano generalmente su esperimenti accelerati o sul campo, dispendiosi in termini di tempo e manodopera. Comprendere le modalità e le metodologie di degrado è fondamentale per certificare una durata di vita dei moduli fotovoltaici di 25 anni. Sia le condizioni tecnologiche che ambientali influenzano il tasso di degrado del modulo fotovoltaico. Questo articolo indaga il degrado di 24 moduli fotovoltaici in silicio monocristallino montati sul tetto dell'istituto egiziano di ricerca elettronica (ERI) dopo 25 anni di funzionamento all'aperto. I tassi di degradazione sono stati determinati utilizzando il rapporto prestazioni del modulo, le perdite di temperatura e la resa energetica. L'ispezione visiva, la misurazione delle caratteristiche I-V e il tasso di degradazione sono stati tutti calcolati come parte del processo di valutazione del fotovoltaico. I risultati dimostrano che la potenza massima dei moduli (\({P}_{max}\)) è diminuita in media del 23,3% nel tempo. I tassi di degradazione della corrente di cortocircuito (\({I}_{sc}\)) e della corrente massima (\({I}_{m}\)) sono rispettivamente del 12,16% e del 7,2%. I tassi di degrado della tensione a circuito aperto (\({V}_{oc}\)), della tensione massima (\({V}_{m}\)) e del fattore di riempimento (\(FF\)) sono del 2,28% , 12,16% e 15,3%, rispettivamente. Il rapporto di prestazione complessivo ottenuto per l'impianto fotovoltaico è pari all'85,9%. Dopo un lungo periodo di funzionamento in condizioni esterne, i cinque parametri del modello a diodo singolo vengono utilizzati per l'identificazione dei parametri di ciascun modulo per studiare l'effetto dell'invecchiamento sulle prestazioni del modulo fotovoltaico.

La questione energetica continua ad essere cruciale per il progresso sociale ed economico della società1. I problemi ambientali derivano dall’utilizzo di fonti di combustibile non rinnovabili, in particolare con l’aumento del costo del petrolio e gli effetti negativi della combustione di combustibili fossili sull’ambiente. Diverse fonti di energia rinnovabile oggi forniscono flessibilità e affidabilità sufficienti in un’ampia gamma di tecnologie per ridurre al minimo la carenza di energia dovuta all’aumento della domanda1,2. Oggi l’energia solare occupa una posizione significativa nel mercato delle energie rinnovabili. L'energia solare viene utilizzata sia per scopi commerciali che residenziali2. I suoi vantaggi includono l'essere infinito, privo di inquinamento, abbondante, silenzioso, privo di parti rotanti e in grado di convertire l'elettricità in modo efficace indipendentemente dalle dimensioni. Sebbene i moduli fotovoltaici abbiano in genere una durata di circa 25 anni, diversi fattori possono influenzarne le prestazioni nel tempo2,3,4,5,6. Poiché l'installazione fotovoltaica avviene all'aperto, è esposta a fattori ambientali come l'irraggiamento solare, la temperatura, l'umidità e lo stress fisico, che hanno un impatto significativo sulle sue prestazioni nel tempo7,8,9. L'invecchiamento/degrado del modulo è uno dei fattori chiave che influenzano la riduzione della capacità di alimentazione del modulo10.

Esistono diversi tipi di degrado che possono colpire i moduli fotovoltaici. Includono: Degrado indotto dal potenziale (PID): questo tipo di degrado è spesso causato da una differenza di potenziale di tensione tra il sistema di messa a terra e le parti conduttive dei moduli, che porta a una corrente di dispersione che può danneggiare il modulo nel tempo8,11,12 . Il secondo tipo è il degrado indotto dalla luce derivante dall'esposizione alla luce che causa il degrado dei moduli fotovoltaici. In questo tipo, soprattutto la luce ultravioletta (UV) può rompere i materiali incapsulanti e causare scolorimento delle celle FV, riducendone l'efficienza. Questo è noto anche come fotodegradazione4,5,8. Un altro tipo è il degrado dovuto a fattori ambientali8,10: i principali fattori ambientali che inducono il degrado dei moduli fotovoltaici sono la temperatura, la luce solare, la pioggia, il vento, l'umidità, lo stress meccanico e l'accumulo di sporco/sabbia che causano danni fisici ai componenti del modulo, portando al degrado. Questi fattori spesso interagiscono e si combinano per ridurre l’efficienza e la longevità dei pannelli solari nel corso della loro vita. Una corretta sigillatura, installazione e manutenzione dei moduli possono contribuire a mitigare alcuni di questi effetti di degrado ambientale.