Perché la tensione Voc in una stringa FV è troppo bassa?

Quando si misura la tensione Voc su tutte le stringhe di pannelli di un sistema, si dovrebbe sempre farlo con due dispositivi di misurazione e confrontare ogni stringa con una di riferimento. Se la differenza di tensione è maggiore di 7-8 Volt, di solito c’è un problema di qualche tipo. In questo articolo, vorremmo dare uno sguardo più da vicino sulle varie anomalie che possono portare ad una differenza di tensione Voc, e come distinguerle tra loro.

Per comprendere gli errori tipici che portano ad una tensione inferiore di 1/3, 2/3, o anche di un intero pannello, dobbiamo prima tornare al principio di come pannelli solari sono strutturati. Come mostra l’immagine sotto la maggior parte dei pannelli solari cristallini disponibili sul mercato hanno 6 colonne di celle.

Per evitare che un ombreggiamento parziale metta fuori gioco l’intero pannello, un diodo di bypass è collegato a ciascun 1/3 del pannello; in caso di ombreggiamento, il diodo di by-pass può quindi diventare conduttivo, riducendo la tensione del pannello di un terzo.
Ecco quindi la struttura tipica di un pannello solare:

Se un modulo ha una tensione a vuoto Voc ridotta di un terzo, che significa una differenza di circa 11 Volt (per pannelli con 60 celle) o 13 Volt (per pannelli con 72 celle) tra un modulo che funziona correttamente e uno con un problema su una serie di celle. Tuttavia, tenete presente che la tensione Voc varia in funzione della temperatura, diventando leggermente inferiore alle alte temperature e leggermente superiore alle basse temperature. Comunque i valori indicati sono generalmente un buon dato di riferimento.

Questa immagine mostra il caso tipico di un diodo di bypass cortocircuitato – nel caso specifico quello centrale. I pannelli interessati da questo problema possono essere identificati in diversi modi; la termografia, per esempio, mostra l’andamento tipico in cui le singole celle nella parte centrale del pannello sono molto più calde di altre.

Se si analizza lo stesso difetto con la termografia a corrente inversa, il terzo del pannello con il diodo difettoso avrà una temperatura di circa 2-4 °C inferiore rispetto agli altri pannelli della stringa. Siccome il diodo crea un cortocircuito, l’energia elettrica in corrispondenza del diodo difettoso non scorre attraverso le celle, che quindi non si possono riscaldare.

Nel caso di analisi con elettroluminescenza outdoor (EL), il difetto si manifesta in modo analogo: nessuna energia infrarossa viene emessa dalle celle solari bypassate dal diodo difettoso. Nell’immagine EL qui sotto, il diodo di bypass sul modulo a destra è cortocircuitato.

Per quale altra ragione potrebbe esserci una tensione troppo bassa?

C’è anche un’altra situazione in cui la tensione Voc della stringa interessata dal pannello è inferiore dei soliti 11 o 13 Volt, ma nessuno dei diodi di bypass è difettoso. Cioè se c’è un’interruzione tra la scatola di giunzione e le celle solari. In questo caso l’elettricità fluisce sempre attraverso il diodo di bypass in quanto il percorso attraverso le celle solari viene interrotto a un certo punto. L’immagine seguente schematizza questo secondo caso.

Quando l’irraggiamento è elevato, è possibile identificare facilmente il guasto utilizzando la termografia. Il termogramma mostrerà che 1/3, 2/3, o un intero modulo è più caldo rispetto ai pannelli non difettosi. Potreste anche essere in grado di vedere che i connettori dei moduli con il difetto hanno una temperatura leggermente più alta, dal momento che tutta l’elettricità non passa dalle celle solari, ma attraverso i diodi di bypass.

Al fine di comprendere l’immagine, tenete a mente che le celle solari in circuito aperto sono circa 2-5 °C più calde rispetto alle celle funzionanti basato sul punto di massima potenza (MPP). Questo perché in un circuito aperto, tutta l’energia solare, che non è riflessa dal pannello viene trasformata in calore nel pannello; nel caso di un modulo funzionante in MPP, invece, parte dell’energia viene convertita nelle celle e ricavata sotto forma di energia elettrica. Diversamente, nel caso di un diodo di bypass in corto circuito, con questo difetto non si visualizzerà l’immagine tipica con alcune celle molto più calde, come nel termogramma sopra. In questo caso, tutte le celle nella zona interessata sono ugualmente calde, e il connettore del modulo sembra molto più caldo rispetto a quelli adiacenti.

 

Utilizzando il metodo a corrente inversa è possibile rilevare subito questo errore, dal momento che il percorso attraverso le celle viene interrotto e il diodo di bypass blocca la corrente inversa. Nel migliore dei casi, si può sacrificare il diodo di bypass e aumentare la tensione fino a quando non si rompe. Anche se questo danneggia il diodo di by-pass, sarà possibile individuare il modulo difettato per sostituirlo. Se i diodi di bypass integrati non sono diodi Schottky (con tensione di cutoff di 50 Volt), ma diodi al silicio con una tensione di cutoff elevata, comunque la tensione potrebbe essere troppo elevata per questo fenomeno, nel caso peggiore.

Conclusioni:
Se le singole stringhe di moduli si distinguono perché hanno una tensione Voc di circa 11 a 13 Volt inferiore alle altre stringhe, ci sono un paio di ragioni diverse possibili. Nel caso più semplice, il problema è causato da diodi di bypass in cortocircuito che possono essere riparati finché la scatola di giunzione non è sigillata. La situazione è peggiore quando un ribbon di collegamento si è interrotto da qualche parte nel laminato del modulo e parte del pannello non è quindi in grado di fornire corrente. In questo caso, è necessario chiamare uno specialista per tagliare e aprire il laminato, ripristinare la connessione, e quindi applicare una membrana di riparazione. Nella maggior parte dei casi, tuttavia, questi pannelli saranno semplicemente sostituiti.

 

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A cura di Giovanni Guiotto – MRP Srl

Novembre 2017