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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

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

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)

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 %)

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

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

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

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

PID: prove di suscettibilità

PID test

Procedura 1 Procedura 2

Ambiente di prova Camera climaticaLaboratorio con T

controllata

Condizioni di prova 60°C, 85% RH 25°C, <60% RH

Collegamentoelettrico

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):

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

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)

PID: prove di suscettibilità, selezione campioni

EL iniziale EL finaleP iniziale

[W]P finale

[W]Degrado %

Combinazione 1:

Cella PID sensibleEVA PID resistant

67,7 66,3 -2,1%

Combinazione 2:

Cella PID resistantEVA PID resistant

68,5 68,0 -0,7%

Combinazione 3:

Cella PID sensibleEVA PID sensible

67,0 7,1 -89,4%

Combinazione 4:

Cella PID resistantEVA 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)

PID: prove di suscettibilità, risultati

Prove su moduli da 60 celleProve su moduli

da 16 celle

Polarità stress test

P initial [W] P final [W] ∆ % Limite Pass/FailDegrado %

medioIEC 62804

Degrado %Test rapido

Combinazione 1:Cella PID sensibleEVA 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 resistantEVA 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 sensibleEVA 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 resistantEVA 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

Comb.3-12%

-10%

-8%

-6%

-4%

-2%

0%

2%

De

grad

o %

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

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)

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

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

Grazie per l’attenzione!

Collaborations:

Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca per ilSistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo di Programma traRSE S.p.A. ed il Ministero dello Sviluppo Economico - D.G.Nucleare, Energie rinnovabili ed efficienza energetica - inottemperanza del DM, 8 marzo 2006.

Dario Bertani

dario.bertani@rse-web.it