Moduli fotovoltaici riconfigurabili in serie-parallelo con elevata tolleranza all’ombreggiamento

Un gruppo di ricercatori della Delft University of Technology (TU Delft) dei Paesi Bassi ha sviluppato un nuovo progetto di moduli fotovoltaici riconfigurabili che, secondo quanto riferito, può fornire un rendimento energetico superiore del 10% rispetto ai pannelli fotovoltaici convenzionali resistenti all’ombra con interconnessioni fisse e sei diodi di bypass in scenari di ombreggiamento parziale.

“In genere, un modulo fotovoltaico riconfigurabile è costituito da due o più blocchi di celle solari collegati a una matrice di commutazione”, hanno spiegato gli scienziati. “La matrice di commutazione può modificare dinamicamente le interconnessioni elettriche tra i blocchi in base alle condizioni di illuminazione e massimizzare la potenza di uscita del modulo”.

Nello studio “Electrical performance of a fully reconfigurable series-parallel photovoltaic module” (Prestazioni elettriche di un modulo fotovoltaico serie-parallelo completamente riconfigurabile), pubblicato su Nature Communications, il gruppo di ricerca afferma che il suo lavoro rappresenta il primo tentativo di convalidare i moduli riconfigurabili utilizzando prototipi installati in condizioni operative realistiche.

Gli studiosi hanno implementato una matrice di commutazione con MOSFET, che secondo loro consente al modulo di adottare 27 diverse configurazioni elettriche serie-parallelo. Queste sono classificate come s1p6, s2p3, s3p2 e s6p1, con il primo numero che indica quanti blocchi sono collegati in serie a formare una stringa e il secondo numero che indica quante stringhe di blocchi collegati in serie sono collegate in parallelo.

Gli scienziati hanno detto di essere riusciti a identificare la migliore configurazione del modulo considerando le condizioni di illuminazione attraverso un algoritmo di riconfigurazione sincrona, che misura la corrente di cortocircuito dei sei blocchi di celle.

“Quando il modulo fotovoltaico è illuminato in modo uniforme, viene scelta la configurazione s6p1, che fornisce la corrente più bassa e riduce al minimo le perdite di Joule”, hanno spiegato. “D’altra parte, quando il modulo fotovoltaico diventa parzialmente ombreggiato, si sceglieranno configurazioni con blocchi interconnessi in parallelo per ridurre le perdite di disadattamento di corrente”.

Il team ha confrontato le prestazioni di un prototipo di pannello riconfigurabile con quelle di un pannello di riferimento con interconnessioni fisse per quattro mesi in diverse condizioni di ombreggiamento. “Sono state utilizzate barre di diversa lunghezza per ombreggiare e dis-ombreggiare progressivamente i blocchi durante l’alba e il tramonto”, si legge.

I test hanno dimostrato che, in assenza di ombreggiamento, il pannello di riferimento produceva l’1,9% di energia in più rispetto al modulo riconfigurabile, a causa delle perdite resistive aggiuntive nella matrice di commutazione di quest’ultimo. Al contrario, il modulo fotovoltaico riconfigurabile ha prodotto dal 4,8% al 13,7% di energia in più rispetto al pannello di riferimento in condizioni di ombreggiamento, con un rendimento medio superiore del 10,2%.

Il gruppo ha specificato che il rendimento del modulo riconfigurabile non include l’energia consumata dalla matrice di commutazione e dai circuiti di rilevamento”.

“Durante tutti gli esperimenti di ombreggiamento, circa il 40% dell’energia è stata fornita dalla configurazione s1p6, in cui tutti e sei i blocchi di celle sono collegati in parallelo”, hanno dichiarato i ricercatori.” Sebbene la s1p6 sia la più tollerante all’ombreggiamento tra le 27 configurazioni possibili, è anche quella che genera le correnti più elevate e quindi può portare alle maggiori perdite a livello di sistema”.