I ricercatori dell’Università Politecnica di Madrid sostengono di aver individuato una nuova causa di rendimento inferiore alle aspettative negli impianti fotovoltaici a terra che utilizzano inseguitori solari.
“Abbiamo avviato questo studio dopo aver ricevuto diverse richieste di chiarimenti presso l’IES-UPM, in cui ci veniva chiesto perché il guadagno di irraggiamento degli inseguitori negli impianti fotovoltaici su larga scala fosse inferiore a quello stimato in fase di progettazione”, ha dichiarato a pv magazine l’autore corrispondente Juan Santamaría Sancho. “Per affrontare questo problema, abbiamo analizzato i dati operativi reali provenienti da oltre 7.000 inseguitori distribuiti in sette impianti fotovoltaici di grandi dimensioni. I risultati mostrano che gli angoli degli inseguitori vengono sovrascritti per evitare gli effetti di ombreggiamento causati da un terreno leggermente ondulato, il che porta a guadagni di irraggiamento da inseguimento inferiori alle aspettative, poiché gli angoli operativi effettivi sono più inclinati rispetto a quelli ipotizzati nelle simulazioni standard.”
“Questo comportamento rivela una nuova categoria di perdite energetiche, definite come perdite di backtracking subottimali, che spiegano parte del divario tra la resa energetica simulata e quella effettiva. Quantifichiamo queste perdite utilizzando il nostro strumento di simulazione fotovoltaica Sisifo, riscontrando differenze fino al 2% nei guadagni di irraggiamento legati all’inseguimento tra le aspettative modellate standard e il funzionamento reale”, ha proseguito.
Il backtracking negli impianti fotovoltaici è una strategia di controllo utilizzata nei sistemi di inseguimento solare per ridurre l’ombreggiamento tra file adiacenti di pannelli. Anziché puntare sempre direttamente verso il sole, gli inseguitori si inclinano leggermente all’indietro quando il sole è basso, per evitare che una fila proietti ombre su un’altra. Ciò contribuisce a massimizzare la resa energetica complessiva dell’impianto, specialmente in configurazioni ad alta densità o nelle ore del primo mattino e del tardo pomeriggio.
Gli scienziati hanno spiegato che, ipotizzando un terreno pianeggiante, l’ombreggiamento viene evitato con precisione e la resa energetica corrisponde ai risultati della simulazione, mentre gli impianti fotovoltaici reali presentano spesso piccole differenze di altezza tra le file di inseguitori a causa del terreno irregolare. Queste deviazioni introducono un ombreggiamento inaspettato durante il backtracking se si utilizzano angoli ideali.
Immagine: Polytechnic University of Madrid, Renewable Energy, CC BY 4.0
Per evitare ciò, i controller degli inseguitori applicano una sovracorrezione, riducendo leggermente l’inclinazione per eliminare l’ombreggiamento tra le file. Questa sovracorrezione porta alla comparsa di modelli visibili di illuminazione del suolo, che indicano una perdita di irraggiamento non catturato dai moduli solari. Tali effetti sono particolarmente evidenti durante i periodi di inversione di rotta nelle transizioni mattutine e pomeridiane, mentre le osservazioni sul campo confermano che questo fenomeno è assente a mezzogiorno, quando gli inseguitori seguono direttamente il sole.
“Gli indicatori di prestazione standard come il rapporto di rendimento non rilevano queste perdite perché si basano su ipotesi di irraggiamento nel piano”, hanno spiegato gli scienziati. “Di conseguenza, la discrepanza tra la resa energetica simulata e quella effettiva diventa difficile da rilevare attraverso le metriche convenzionali.”
I ricercatori hanno confrontato gli angoli di rotazione degli inseguitori misurati sperimentalmente dai sistemi Scada degli impianti fotovoltaici con i valori teorici calcolati per un terreno perfettamente piano in condizioni ideali di backtracking. Tutti gli impianti analizzati utilizzavano sistemi di inseguimento monoassiali installati su siti nominalmente orizzontali.
I dati operativi hanno evidenziato scostamenti rispetto al comportamento simulato. Tali scostamenti sono stati determinati dalle strategie di correzione delle irregolarità integrate negli algoritmi di controllo dei tracker e dai ritardi o disallineamenti intrinseci al tracciamento. Inoltre, i dati delle serie temporali relativi a tracker rappresentativi sono stati analizzati e confrontati con diversi approcci modellizzati di correzione del backtracking; il modello di correzione più adeguato per ciascun impianto fotovoltaico è stato identificato minimizzando gli scostamenti tra gli angoli misurati e quelli simulati.
“I risultati hanno mostrato che anche gli impianti su terreno pianeggiante presentano modifiche angolari sistematiche durante il backtracking, confermando la presenza di strategie di correzione nascoste nei controllori reali”, ha affermato Santamaría Sancho. “Ulteriori simulazioni utilizzando Sisifo indicano che l’integrazione di angoli misurati o corretti migliora significativamente la corrispondenza con la produzione energetica reale rispetto alle ipotesi idealizzate”.
L’analisi ha inoltre dimostrato che le perdite annuali attribuibili agli effetti legati all’inseguimento possono superare il 5% se confrontate con simulazioni ideali prive di vincoli operativi. Nel complesso, i risultati hanno dimostrato che il comportamento reale degli inseguitori si discosta sistematicamente dai modelli ideali di backtracking a causa di adattamenti pratici del controllo. Queste deviazioni hanno un impatto misurabile sulla cattura dell’irraggiamento e contribuiscono a spiegare parte del divario tra le prestazioni fotovoltaiche simulate e quelle effettive.
«Un’analisi dei dati relativi all’angolo di rotazione degli inseguitori provenienti da sistemi forniti da diversi produttori e operanti con configurazioni diverse in sette impianti fotovoltaici reali, distribuiti in cinque regioni geografiche con una potenza complessiva di circa 1 GW, ha dimostrato che il problema deriva dal fatto che le simulazioni ipotizzano generalmente un terreno perfettamente pianeggiante, mentre i siti reali presentano vari livelli di irregolarità del terreno», ha affermato il ricercatore.
“È importante sottolineare che queste perdite sono particolarmente rilevanti dal punto di vista economico, poiché si verificano durante periodi senza limitazioni di produzione e quando i prezzi dell’energia sono tipicamente più elevati”, hanno concluso gli scienziati. “Ciò rende significative in termini di ricavi anche deviazioni apparentemente piccole, comprese tra l’1% e il 3%, nell’irraggiamento catturato”.
I risultati sono disponibili nello studio “Modelling energy losses arising from overridden backtracking in utility-scale photovoltaic plants on slightly undulating terrain: Implementation in the SISIFO tool for performance pre-assessment”, pubblicato su Renewable Energy.
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