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Temperatura di funzionamento di un pannello fotovoltaico

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  • Temperatura di funzionamento di un pannello fotovoltaico

    Ciao a tutti, questo è il mio primo post, spero di non aver sbagliato sezione, nel caso fosse così, chiedo scusa in anticipo.

    Sono uno studente di ingegneria meccanica molto prossimo alla laurea e, all'interno della mia tesi, è previsto il progetto di un impianto fotovoltaico.
    Mi sono imbattuto, però, in quello che, almeno per me, è un problema di difficile risoluzione.
    Siccome l'efficienza delle celle fotovoltaiche dipende anche dalla loro temperatura, come faccio a capire a che temperatura queste lavorano?
    Supponendo che l'impianto sia installato in una località dove le temperature variano fra i 17°C di gennaio e i 40°C di aprile e dove la temperatura media annuale risulta essere 28°C, come faccio a capire a che temperatura funzionano le celle fotovoltaiche?
    Mi servirebbe saperlo per poter calcolare, di conseguenza, le perdite legate a questo fattore.
    Il problema è che non ho idea sul dove mettere le mani
    So che dovrei ricavare una temperatura di equilibrio del pannello facendo il bilancio termico fra l'energia irraggiata sul piano dei moduli non convertita in elettricità e quella persa per convezione ma.....
    Come si fa?
    Io non ne ho davvero idea.
    Spero che qualcuno di voi possa aiutarmi, intanto vi ringrazio in anticipo.
    Carlo

  • #2
    il ragionamento che fai è giusto.
    solo che l'irraggiaimento cambia in base alle nuvole (imprevedibili) e la T ambiente in base ale nuvole ma anche in base alla circolazione aria globale (ciclonica o anticiclonica, umidita, etc)

    Per cui ti servirebbe un data base statistico con irraggaimento di ogni zona specifica (sotto montagne si annuvola di piu che in mezzo alla pianura..etc etc) e della T oraria dele ore diurne, di tutti i giorni dell'anno.
    Poi dovresti scontare il fatto che hai OSTACOLI che schermano il sole all'orizzaonte (esempio montagne..oppure ombre vicine che cadono sul tetto)

    Con quello il calcolo è facile..il problema è il data base.

    Morale..la Comunità Europea ha fatto il lavoro lei per tutti..e ga valenza quasi legale..nel senso che anche gli schemi di incentivo fanno riferimento a quello..sta qui JRC's Institute for Energy and Transport - PVGIS - European Commission

    mettersi a ricalcolarlo sarebbe l'esercizio piu inutile del pianeta..anche a scopo didattico..

    Se invece nela tesi devi solo dimostarre di conoscere la relazione T-Produzione.. per una certa T puntuale..è facile.
    CASA NO GAS: Costruzione anni '30, No Cappotto, Doppi Vetri, Isolamento Solaio,4 lati liberi SUPERFICIE RISCALDATA: 250 mq su 2 Piani (Radiante) + Taverna 120 mq (Fancoil, in modo discontinuo) GENERATORE: PDC 12 kW Zubadan Mitshubishi+ Boiler 200 Lt per ACS RAFFRESCAMENTO: Aermec on-off FV: 15,18 kW di Sunpower + Tigo (pesanti ombre) CUCINA Induzione

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    • #3
      c'era anche un sito italiano che ti prevedeva in base al luogo,con i dati meteo di temperatura,e deve tenere conto
      di orientamento e inclinazione,che ad una certa ora avevi una data produzione,ma poi influisce anche la ventilazione
      del sito,provato ci andava vicino

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      • #4
        Intanto grazie marcober per la risposta
        Conosco quel sito e il suo database, l'ho usato per vedere l'irraggiamento giornaliero del luogo in cui andrebbe installato l'impianto, ma non ho trovato niente riguardo al rapporto fra la temperatura e la potenza disponibile.
        Lo so, sono di coccio ma quel che continuo a non capire è come faccio a sapere a che temperatura lavorano le celle.
        Forse, non è interessante saperlo perchè i dati sull'irraggiamento presenti nel database in questione tengono già conto degli effetti dipendenti dalla temperatura?
        Scusami ma sono davvero andato nel pallone...
        Per rispondere alla tua ultima frase ti dico, semplificando il più possibile, che:

        - il campo fotovoltaico serve ad alimentare delle utenze che richiedono una certa potenza
        - il mio scopo è, quindi, quello di trovare la superficie di pannelli fotovoltaici che renda disponibile questa potenza
        - ovviamente io conosco la potenza richiesta dalle utenze
        - essendo presenti perdite di potenza dovute alla temperatura delle celle, devo calcolare queste perdite al fine di avere a disposizione la potenza necessaria alle utenze

        ho davanti a me ben 7 libri di testo ma, sebbene tutti trattino il problema delle perdite legate alla temperatura di funzionamento delle celle, nessuno spiega come calcolare questa temperatura.
        Grazie ancora,
        Carlo


        EDIT: grazie anche a te pox1964, hai postato mentre rispondevo

        Purtroppo il sito in cui si presume essere l'impianto è in Cameroon, quindi, molti database italiani non hanno i dati a riguardo

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        • #5
          allora giusto per darti un'idea...i produttori calcolano la produzione delle celle a temperatura di 25°C (riferita alla temperatura della cella stessa e non di quella ambientale)detto questo in estate le temperature arrivano a superare i 34-36°C e con queste temperature avresti le celle che s scaldano fino a 70°C...in media per ogni grado superiore a quei 25°C che il produttore ti dice quanto produce quelle celle tu avrai un calo di potenza che in media si aggira attorno al coefficiente di 0,40% per ogni grado in più della cella...il calcolo è semplice quindi se in estate a 35°C le celle arrivano a 70°C basterà fare 70-25=45 e moltiplicare per 0,4...che equivale ad una riduzione di potenza del 18%...metti che un pannello produca a temperatura delle celle di 25°C (secondo caratteristiche del produttore) 200watt togli il 18%= 36watt in meno in quella circostanza...
          impianto 2,8kwp Mariano del Friuli GO del 2008
          azimuth 11° inclinazione 18°
          pannelli schott solar inverter sunny boy

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          • #6
            Originariamente inviato da carlo1986 Visualizza il messaggio
            I
            Forse, non è interessante saperlo perchè i dati sull'irraggiamento presenti nel database in questione tengono già conto degli effetti dipendenti dalla temperatura?
            Esatto..se provi a posizionare impianto senza ombre e con orizzonte libero in pianura e su un rilievo a 1000 metri ma distante magari in linea d'aria 5 km dal precedente..vedrai che ti cambia la produzione, perche tiene conto della quota e quindi a parita di irraggimento, nuvolosità media , latidudine..al fresco rende di più.
            Il loro data base gia sconta le info su quanto è velato il cielo in media in ogni luogo e la T media..e calcola lui il decadimento da calore (in bqase anche ala tecnologia del pannello, selezionabile!).
            Ovvio, essendo un data base prende i dati medi storici...di una rete di centraline ...e poi interpola dove manca il dato puntuale..ma meglio di cosi.

            E' stato affinato negli anni..la nuova versione è la SAF.

            Poi ovvio devi aggiunger le perdite degli apparati, inverter, cavi, etc...

            entrando nello specifico..se miri a dimensionare un campo FV per POTENZA, non vai da nesuna parte.
            La P di un campo varia in continuo e quindi se hai una utenza di X, il tuo campo dara X probabilmnete 2 volte al giorno..quando ci arriva alendo dal basso e quando ci torna scendendo dall'alto..lungo una gaussiana che è la sua curva di produzione giornaliera.
            Tieni conto che magari succede in estate..e in inverno e X "alto", manco ci arriva.
            Poi anche in estate non ci arriva se non c'è sole.

            Quindi dire ..io ho una utenza da X kw, quanti pannelli metto, è un aprocio che nessuno usa.
            Anche perche pure assorbimento utenza varia, non ne conosco di "fisse"

            Comuqnue non puoi inseguire il carico con un impinato FV

            Il dimensionamento di fa per Energia e no per Potenza..e gia cosi è un problema perche l'energia vari ain base ala stagione e al tip di giornata.
            Poi c'è da capire se è connesso a rete..com eè connesso..o se deve avere batterie...

            Il conto sul calore e calo potenza ti è stato spiegato sopra...penso che sino s li ci eri arrivato da solo leggendo un data shett di qualsiasi pannello..va beh che sei "meccanico", pero sempre ing...
            Ultima modifica di marcober; 01-12-2015, 19:16.
            CASA NO GAS: Costruzione anni '30, No Cappotto, Doppi Vetri, Isolamento Solaio,4 lati liberi SUPERFICIE RISCALDATA: 250 mq su 2 Piani (Radiante) + Taverna 120 mq (Fancoil, in modo discontinuo) GENERATORE: PDC 12 kW Zubadan Mitshubishi+ Boiler 200 Lt per ACS RAFFRESCAMENTO: Aermec on-off FV: 15,18 kW di Sunpower + Tigo (pesanti ombre) CUCINA Induzione

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            • #7
              Il problema e' che non state rispondendo alla domanda di Carlo
              lui vuol sapere se esiste un metodo di calcolo della T della cella a un determinato irraggiamento (quindi corrente che scorre nella cella) , T ambiente , etc ;

              secondo me non esiste , l'unica cosa che si avvicina e' il NOCT che viene dato dal costruttore , ma e' un dato a 800w/m2 , AM di 1,5 , 20° di ambiente e 1ms di vento , quindi avere un NOCT di 45° vuol dire che a quella potenza la cella va a 25° in piu' dell'ambiente , a questo punto si puo' stabilire una funzione lineare , cioe' : quando ho 40° esterni ho 65° di T cella ?! io non lo so.....
              AUTO BANNATO

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              • #8
                si ma siccome poi influiscono tutti i parametri che hai citato (irraggiamento del sole verso pannello, ma anche irraggiamento del pannello verso la volta celeste, t ambiente, velocita aria ma anche direzione vento visto che poi pannello ha una esposizione e quindi non è la stessa cosa se viene colpito di faccia, di retro o di taglio....) forse servirebbe un'equazione abbastanza complessa.
                Comuqnue qui dei dati per zone del Camerun..li moltiplichi per la resa pannello, al netto della perdita potenza dovuta al caldo (ti cerchi il dato di t media diurna della zona). poi come etto

                CASA NO GAS: Costruzione anni '30, No Cappotto, Doppi Vetri, Isolamento Solaio,4 lati liberi SUPERFICIE RISCALDATA: 250 mq su 2 Piani (Radiante) + Taverna 120 mq (Fancoil, in modo discontinuo) GENERATORE: PDC 12 kW Zubadan Mitshubishi+ Boiler 200 Lt per ACS RAFFRESCAMENTO: Aermec on-off FV: 15,18 kW di Sunpower + Tigo (pesanti ombre) CUCINA Induzione

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                • #9
                  Intanto, nuovamente grazie a tutti!

                  Cercherò di rispondere a ciascuno di voi

                  Originariamente inviato da guby25 Visualizza il messaggio
                  allora giusto per darti un'idea...i produttori calcolano la produzione delle celle a temperatura di 25°C (riferita alla temperatura della cella stessa e non di quella ambientale)detto questo in estate le temperature arrivano a superare i 34-36°C e con queste temperature avresti le celle che s scaldano fino a 70°C...in media per ogni grado superiore a quei 25°C che il produttore ti dice quanto produce quelle celle tu avrai un calo di potenza che in media si aggira attorno al coefficiente di 0,40% per ogni grado in più della cella...il calcolo è semplice quindi se in estate a 35°C le celle arrivano a 70°C basterà fare 70-25=45 e moltiplicare per 0,4...che equivale ad una riduzione di potenza del 18%...metti che un pannello produca a temperatura delle celle di 25°C (secondo caratteristiche del produttore) 200watt togli il 18%= 36watt in meno in quella circostanza...
                  Si, è esattamente quello che volevo arrivare a fare ed è proprio per questo motivo che cercavo un modo per calcolare la temperatura di funzionamento della cella!


                  Originariamente inviato da marcober
                  Esatto..se provi a posizionare impianto senza ombre e con orizzonte libero in pianura e su un rilievo a 1000 metri ma distante magari in linea d'aria 5 km dal precedente..vedrai che ti cambia la produzione, perche tiene conto della quota e quindi a parita di irraggimento, nuvolosità media , latidudine..al fresco rende di più.
                  Il loro data base gia sconta le info su quanto è velato il cielo in media in ogni luogo e la T media..e calcola lui il decadimento da calore (in bqase anche ala tecnologia del pannello, selezionabile!).
                  Ovvio, essendo un data base prende i dati medi storici...di una rete di centraline ...e poi interpola dove manca il dato puntuale..ma meglio di cosi.

                  E' stato affinato negli anni..la nuova versione è la SAF.

                  Poi ovvio devi aggiunger le perdite degli apparati, inverter, cavi, etc...

                  entrando nello specifico..se miri a dimensionare un campo FV per POTENZA, non vai da nesuna parte.
                  La P di un campo varia in continuo e quindi se hai una utenza di X, il tuo campo dara X probabilmnete 2 volte al giorno..quando ci arriva alendo dal basso e quando ci torna scendendo dall'alto..lungo una gaussiana che è la sua curva di produzione giornaliera.
                  Tieni conto che magari succede in estate..e in inverno e X "alto", manco ci arriva.
                  Poi anche in estate non ci arriva se non c'è sole.

                  Quindi dire ..io ho una utenza da X kw, quanti pannelli metto, è un aprocio che nessuno usa.
                  Anche perche pure assorbimento utenza varia, non ne conosco di "fisse"

                  Comuqnue non puoi inseguire il carico con un impinato FV

                  Il dimensionamento di fa per Energia e no per Potenza..e gia cosi è un problema perche l'energia vari ain base ala stagione e al tip di giornata.
                  Poi c'è da capire se è connesso a rete..com eè connesso..o se deve avere batterie...

                  Il conto sul calore e calo potenza ti è stato spiegato sopra...penso che sino s li ci eri arrivato da solo leggendo un data shett di qualsiasi pannello..va beh che sei "meccanico", pero sempre ing...

                  Hai ragione, nel tentare di riassumere il tutto in poche parole sono stato poco chiaro e impreciso.
                  Ho fatto tutto il dimensionamento in base all'Energia e non alla Potenza.
                  L'utenza in questione è un generatore di idrogeno e io ho dimensionato l'impianto fotovoltaico in modo da ottenere il quantitativo di idrogeno richiesto considerando che ci saranno giorni in cui ne verrà prodotto di più ed altri in cui se ne produrrà di meno.
                  Per far ciò, ho preso, dal database che successivamente mi hai consigliato anche tu, i dati relativi all'irraggiamento giornaliero del luogo dell'impianto.
                  Pensavo di aver finito e di aver fatto tutto correttamente ma poi è arrivata la domanda del prof che mi ha mandato in crisi:
                  "che temperatura delle celle hai considerato nel fare il dimensionamento dell'impianto?"
                  mi sono venuti mille dubbi, non sapevo che i dati di quel database tenessero conto anche della temperatura, ma pensavo che si riferissero alle condizioni standard.
                  A quel punto mi è stato chiesto di calcolare la temperatura di esercizio delle celle e da là il buio totale.
                  Per quanto riguarda il conto sul calo della potenza... beh quello è semplice, ogni datasheet indica la perdita % di potenza per ogni °C in più, il problema è sempre il conoscere la temperatura di esercizio della cella! -.-''


                  Originariamente inviato da spider61

                  Il problema e' che non state rispondendo alla domanda di Carlo
                  lui vuol sapere se esiste un metodo di calcolo della T della cella a un determinato irraggiamento (quindi corrente che scorre nella cella) , T ambiente , etc ;


                  secondo me non esiste , l'unica cosa che si avvicina e' il NOCT che viene dato dal costruttore , ma e' un dato a 800w/m2 , AM di 1,5 , 20° di ambiente e 1ms di vento , quindi avere un NOCT di 45° vuol dire che a quella potenza la cella va a 25° in piu' dell'ambiente , a questo punto si puo' stabilire una funzione lineare , cioe' : quando ho 40° esterni ho 65° di T cella ?! io non lo so.....
                  non lo so nemmeno io


                  Originariamente inviato da marcober
                  Comuqnue qui dei dati per zone del Camerun..li moltiplichi per la resa pannello, al netto della perdita potenza dovuta al caldo (ti cerchi il dato di t media diurna della zona). poi come etto
                  mi potresti spiegare meglio questo passo?
                  conosco le temperature medie, minime e massime (di ogni mese) del sito in questione.
                  conosco anche la temperatura media annuale che è 28°C.
                  mi rendo conto dell'idiozia della domanda, ma meglio chiedere che rimanere con il dubbio

                  ancora mille grazie a tutti voi, siete davvero gentilissimi e disponibilissimi!

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                  • #10
                    Devi fare delle semplificazioni...ad esempio per sbagliare in difetto, considera che stai tutto il mese alla T media diurna...e la usi per fare il conto che diceva spider
                    CASA NO GAS: Costruzione anni '30, No Cappotto, Doppi Vetri, Isolamento Solaio,4 lati liberi SUPERFICIE RISCALDATA: 250 mq su 2 Piani (Radiante) + Taverna 120 mq (Fancoil, in modo discontinuo) GENERATORE: PDC 12 kW Zubadan Mitshubishi+ Boiler 200 Lt per ACS RAFFRESCAMENTO: Aermec on-off FV: 15,18 kW di Sunpower + Tigo (pesanti ombre) CUCINA Induzione

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                    • #11
                      Originariamente inviato da marcober Visualizza il messaggio
                      Devi fare delle semplificazioni...ad esempio per sbagliare in difetto, considera che stai tutto il mese alla T media diurna...e la usi per fare il conto che diceva spider

                      si, mal che vada farò così...
                      girando in internet ho trovato qualche altra cosa interessante, ad esempio c'è un approccio che permette di trovare la temperatura delle celle partendo dalla misura del voltaggio a circuito aperto, si chiama EN (IEC) 60904-5 standard...
                      c'è anche la formula ma non la capisco molto bene:




                      T è la temperatura di funzionamento della cella
                      To è la temperatura di funzionamento della cella in condizioni di riferimento (che però è diversa da quella standard che è: Tstc = 25°C)

                      ? è la variazione % del voltaggio, a circuito aperto, in base all'aumento di temperatura [V/°C]
                      Voc voltaggio a circuito aperto [V]
                      Voc,o voltaggio a circuito aperto in condizioni di riferimento [V]
                      D voltaggio termico [V]
                      Ns numero delle celle
                      Go irraggiamento solare alle condizioni di riferimento [W/m2]
                      Gt irraggiamento solare sul piano del collettore [W/m2]

                      Quali sono queste condizioni di riferimento?
                      Per quanto riguarda D, è un valore dipendente dalla qualità del diodo, qualora questa non si conoscesse, è data una formula per ricavarsela attraverso la misura del voltaggio a circuito aperto con due differenti livelli di irraggiamento.
                      La formula è questa:



                      in cui

                      Voc1 è la tensione a circuito aperto con il primo livello di irraggiamento
                      Voc2 è la tensione a circuito aperto con il secondo livello di irraggiamento
                      Gt1 è il primo livello di irraggiamento
                      Gt2 è il secondo livello di irraggiamento

                      Quel che ho pensato di fare è: partire con il calcolo di D. Il primo valore di irraggiamento è quello nelle condizioni standard, il secondo è quello nelle condizioni di ottimo (di solito sono valori forniti nel datasheet della cella)
                      Il problema è dopo: quali sono le condizioni di riferimento? Come le scelgo?
                      Inoltre, secondo voi, che intende per irraggiamento solare sul piano del collettore (Gt)? L'irraggiamento che arriva alla cella, quindi, quello che leggo nel famoso database?

                      Ho scoperto di avere anche un altro problema: nel caso di sistemi fotovoltaici a concentrazione, le temperature sulla cella aumentano di parecchio, come mi regolo in quel caso?

                      Poi avrei un'ultima domanda: nel database a questo PV potential estimation utility nel caso in cui io cerchi il PV ESTIMATION mi da i dati al netto delle varie perdite.
                      Fa la stessa cosa anche nel caso in cui i dati che io ricerchi siano quelli relativi alla DAILY RADIATION? Mi spiego meglio, nel caso non fossi stato chiaro, i dati, forniti dal database, relativi alle varie ore del giorno nei vari mesi dell'anno, sono anch'essi calcolati al netto delle varie perdite? perchè nel caso del PV ESTIMATION viene chiaramente specificato che i dati sono al netto delle perdite, mentre nel caso della DAILY RADIATION non è specificato nulla.

                      Grazie ancora a chi avrà nuovamente la voglia di aiutarmi
                      Ultima modifica di carlo1986; 02-12-2015, 12:06.

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