È da tempo riconosciuto che le radiazioni ultraviolette (UV) rappresentano un fattore chiave nella degradazione dei moduli fotovoltaici. Tuttavia, questo fattore è significativamente sottovalutato negli attuali standard di collaudo, in particolare per i moderni sistemi e nelle regioni ad alta irradianza.
Tenendo conto di ciò, un gruppo di ricercatori dell’Università del Nuovo Galles del Sud (Unsw) in Australia ha sviluppato un modello globale di irradianza UV ad alta precisione su superfici inclinate, che tiene conto dell’impatto della progettazione del sistema, del clima e delle condizioni atmosferiche.
“Il nostro nuovo modello dimostra che tecnologie modulari identiche si degradano in modo diverso a seconda del luogo di installazione, evidenziando la necessità di una valutazione dell’affidabilità specifica per il clima”, ha dichiarato a pv magazine l’autore corrispondente Bram Hoex . “Offre inoltre una strada per andare oltre i test accelerati generici verso la modellazione del degrado e i protocolli di qualificazione rilevanti a livello regionale.”
I ricercatori hanno evidenziato che l’irradiazione UV globale può variare da meno di 30 W/m² nelle regioni ad alta latitudine a oltre 80 W/m² nei deserti e nei climi aridi. In alcune località, la dose di UV specificata nello standard IEC 61215, pari a soli 15 kWh/m², può essere raggiunta in meno di due mesi. Al contrario, l’esposizione reale durante l’intero ciclo di vita di un modulo è di ordini di grandezza superiore.
“Le attuali soglie di test sono semplicemente troppo basse per replicare le condizioni di funzionamento a lungo termine sul campo”, hanno osservato gli autori, aggiungendo che anche i protocolli più avanzati non riescono a simulare 25-30 anni di attività.
Uno dei risultati più sorprendenti dello studio riguarda la progettazione del sistema. I ricercatori hanno confrontato gli impianti a inclinazione fissa con i sistemi di inseguimento ad asse singolo (SAT) e hanno scoperto che i tracker ricevono una quantità significativamente maggiore di radiazioni UV a causa del loro orientamento verso il sole durante tutto il giorno.
Nelle regioni ad alta irradianza, come i deserti, i sistemi di inseguimento a singolo asse (SAT) possono essere esposti a una quantità di radiazioni UV fino a 1,5 volte superiore rispetto ai sistemi a inclinazione fissa, con conseguenti tassi di degrado quasi doppi. Ciò si traduce in tassi di degrado annuali dovuti ai raggi UV fino allo 0,35% per i sistemi SAT, rispetto a circa lo 0,25% all’anno per gli impianti a inclinazione fissa.
Nel corso della tipica vita utile di un progetto, questa differenza può accumularsi fino a raggiungere diversi punti percentuali di perdita di potenza aggiuntiva, con un impatto diretto sulla redditività e sulle prestazioni a lungo termine dell’impianto fotovoltaico.
Lo studio ha anche dimostrato che moduli fotovoltaici identici possono degradarsi a velocità notevolmente diverse a seconda del luogo di installazione. I fattori chiave che determinano questa variabilità includono l’irradiazione UV, la temperatura, l’umidità e le condizioni atmosferiche come i livelli di ozono, gli aerosol e la copertura nuvolosa. Tra gli ambienti più critici si annoverano le regioni tropicali e desertiche, dove l’elevata esposizione ai raggi UV si combina con un intenso stress termico e ambientale, accelerando il degrado dei moduli.
“Gli standard attuali sottovalutano significativamente l’esposizione reale ai raggi UV, in alcuni casi di diversi ordini di grandezza rispetto alle condizioni di utilizzo durante l’intero ciclo di vita”, ha sottolineato Hoex. “L’esposizione ai raggi UV varia notevolmente in base alla posizione e alla configurazione del sistema, con i sistemi di inseguimento solare che subiscono tassi di degrado fino a due volte superiori nelle regioni ad alta irradianza. Nei climi aridi e tropicali, il degrado indotto dai raggi UV può raggiungere circa lo 0,25-0,35% all’anno, contribuendo in modo sostanziale alla perdita di prestazioni a lungo termine”.
Il nuovo modello ad alta precisione per la stima della radiazione UV nei sistemi fotovoltaici è stato presentato nell’articolo “Closing the UV-Induced Photodegradation Gap Through Global Scale Modeling of Fixed Tilt and Tracking Photovoltaic Systems”, pubblicato sull’IEEE Journal of Photovoltaics .
“Questo lavoro si inserisce nel più ampio impegno del nostro gruppo volto a collegare i meccanismi fondamentali di degrado con gli impatti a livello di sistema sul campo, combinando test accelerati mirati, come quelli relativi a raggi UV , calore umido e contaminazione, con modelli basati sulla fisica e sui dati a livello di sistema, al fine di quantificare come le modalità di guasto, sia consolidate che emergenti, si traducano in perdite di rendimento energetico reali in diversi climi e configurazioni di sistema”, ha concluso Hoex.
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