CARATTERISTICHE DI UNA CELLA FOTOVOLTAICA
In generale la caratteristica di una cella fotovoltaica è in funzione di tre variabili: intensità della radiazione solare, temperatura, e area della cella, mentre le grandezze fisiche sono: la tensione, misurata in Volt, la corrente misurata in Ampere, e l’irradianza misurata in W/m². La Potenza massima del dispositivo è determinata dal prodotto tensione e corrente (P=V*I).
- Prima variabile: l’irradianza. L’incidenza dell’irradianza sulla tensione e corrente, come si vede dal grafico (Fig.1), non incide sul valore della tensione a vuoto, mentre varia in modo proporzionale la corrente di corto circuito al variare dell’intensità dell’irraggiamento. E si nota che la tensione si attiva anche con poca irradianza e questo dato è da tener presente in fase di realizzazione dell’impianto fotovoltaico.
- Seconda variabile: la temperatura. La temperatura non ha un effetto significativo sul valore della corrente di corto circuito (Isc), per contro esiste una proporzionalità tra questa e la tensione a vuoto della cella (Fig.2). Dal grafico si deduce che la tensione diminuisce al crescere della temperatura.
- L’Area della cella non incide sul valore della tensione, invece esiste un proporzionalità tra questa e la corrente disponibile.
Nelle condizioni di corto circuito (Isc) la corrente è massima, mentre in condizioni di circuito aperto è massima la tensione (Voc). Per cui nelle condizioni di Voc e Isc la Potenza è zero (P= V x I) in quanto, in un caso o nell’altro, uno dei fattori è zero.
Negli altri punti all’aumentare della tensione aumenta la potenza raggiungendo il massimo e diminuire drasticamente quando raggiunge la Voc.
GRANDEZZE E DEFINIZIONE DI UNA CELLA FOTOVOLTAICA
Isc= CORRENTE DI CORTO CIRCUITO: è la corrente massima prodotta da un dispositivo in determinate condizioni di luce e temperatura.
Voc= TENSIONE A CIRCUITO APERTO: è la tensione massima di un dispositivo in determinate condizioni di luce e temperatura, corrispondente alla massima tensione potenziale.
Imp= CORRENTE ALLA MASSIMA POTENZA: è la corrente massima di un dispositivo in determinate condizioni di luce e temperatura, che è quella nominale di un dispositivo.
Vmp= TENSIONE ALLA MASSIMA POTENZA: è la tensione che si traduce in potenza massima in determinate condizioni di luce e temperatura.
In condizioni di corto circuito la corrente generata è massima (Isc) mentre con il circuito aperto è la tensione che è massima (Voc). Per cui nelle condizioni di circuito aperto o di corto la potenza è nulla, in quanto P=Vx I sarà nulla la corrente nel primo caso e la tensione nel secondo.
Riassumendo, noti i valori di tensione e corrente di esercizio è possibile conoscere la potenza erogata dal generatore mediante l’equazione P=V(Volt)x I (Ampere)= Watt
POTENZA NOMINALE, o MASSIMA, o di PICCO, o di TARGA DI UN PANNELLO FOTOVOLTAICO
La Potenza Nominale, o Massima, o di Picco, o di Targa (Wp) dell’impianto fotovoltaico è la potenza elettrica dell’impianto determinata dalla somma delle singole potenze nominali, o massime, o di picco, o di targa, di ciascun modulo fotovoltaico facente parte del medesimo impianto, misurate alle Condizioni Standard (temperatura pari a 25 °C e radiazione pari a 1.000 W/m², e con Air Mas AM1).
AM – Air Mass (Massa d’aria): è la radiazione solare, che per giungere al suolo terrestre deve attraversare una massa d’aria atmosferica che è minima quando il sole è allo Zenit e che aumenta via via che il sole si
abbassa sull’orizzonte.
AM0 (Air Mass 0) è la densità di radiazione solare oltre l’atmosfera (1,353kW/m²).
AM1 è la densità di radiazione solare sul suolo terrestre a mezzogiorno, in una giornata perfettamente serena (1kW/m2).
Con AM1,5 si indica la densità di radiazione nei test STC (Standard Test Condition).
Al fine di avere dei riferimenti identici per tutti i produttori, viene calcolata la potenza dei pannelli fotovoltaici alle condizioni STC (Standard Test Condition), ovvero un irraggiamento di 1000W/m², temperatura di 25°C, AM1= 1,5.
La Potenza Nominale o Massima, o di Picco, o di Targa è il punto di massima potenza e che indicheremo con Pmax= Imp x Vmp (Wp) dove:
Imp= Corrente che risulta alla massima potenza;
Vmp= la Tensione alla massima Potenza.
Un altro parametro è il Fattore di Riempimento (FF) definito come il rapporto tra la massima potenza estraibile dalla cella e il prodotto tra Voc e Isc (FF=Pmax/Voc*Isc),
Ultimo parametro è l’efficienza della cella, definita dal rapporto tra la potenza massima erogata e il valore di irradianza (Efficienza= Pmax/Irradianza)
Irradianza: il valore medio globale orizzontale che si riscontra al suolo in Italia Centrale è pari a 180 W/m², nella Pianura Padana 160 W/m², al Sud 200 W/m²).
La Potenza Nominale o Massima, o di Picco, o di Targa è in Watt di picco (Wp). Pmax=Voc x Isc x FF
η=Voc x Isc x FF/ Pin (potenza in ingresso)
η(%)=efficienza della cella fotovoltaica in condizioni STC che variano a secondo le differenti tipologie.
La Potenza Nominale o Massima, o di Picco (misurata in Wp), alle condizioni SCT è difficile da raggiungere in condizioni di reale funzionamento ed è misurato in laboratorio.
RENDIMENTO DEL PANNELLO FOTOVOLTAICO
Il rendimento di un pannello fotovoltaico è la quantità di energia solare che un pannello riesce a convertire in energia elettrica per unità di superficie, ed è sempre il massimo rendimento alle condizioni STC di cui sopra.
Il calcolo del rendimento di un pannello fotovoltaico è abbastanza semplice conoscendo la potenza di picco e le dimensioni (l’ingombro massimo del modulo).
Per il calcolo semplificato si può utilizzare la seguente formula:
Rendimento % = (Potenza / Superficie / 1000) * 100
La potenza è la potenza di picco espressa in Watt, la superficie è la superficie del pannello in m² compresa la cornice, 1000 è l’irraggiamento di 1000W/m², 100 serve per ottenere il rendimento in percentuale.
Se il rendimento di picco del pannello è del 19 %, questo significa che in un momento della giornata con irraggiamento al suolo di 1000W/mq e temperatura 25°C il nostro pannello convertirà in energia elettrica il 19% della radiazione solare. Le dimensioni e la potenza di picco sono rilevabili sulle schede tecniche dei pannelli o sulle etichette degli stessi.
Occorre precisare che stiamo parlando solo del rendimento di picco alle condizioni STC (Standard Test Condition) e di come calcolarlo, non stiamo parlando della produttività degli impianti fotovoltaici che dipende da calcoli più complessi.
Possiamo anche dire che se non ci sono problemi di spazio il rendimento del pannello è un dato importante, mentre se ne dovrà tenere conto in modo molto più importante quando si dovranno realizzare impianti con la massima potenza possibile nella superficie a disposizione. In quest’ultimo caso la potenza di picco per unità di superficie non può essere trascurata.
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