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Photovoltaic generators and systems
02ITTRV
A.A. 2022/23
Course Language
Inglese
Degree programme(s)
Doctorate Research in Ingegneria Elettrica, Elettronica E Delle Comunicazioni - Torino
Course structure
| Teaching | Hours |
|---|---|
| Lezioni | 14 |
| Esercitazioni in aula | 11 |
Lecturers
| Teacher | Status | SSD | h.Les | h.Ex | h.Lab | h.Tut | Years teaching |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Spertino Filippo | Professore Ordinario | IIND-08/B | 14 | 0 | 0 | 0 | 13 |
Co-lectures
Context
| SSD | CFU | Activities | Area context | *** N/A *** | 5 |
|---|
Inizio: febbraio 2023
Il corso ha come scopo di presentare la struttura e il funzionamento dei sistemi fotovoltaici: i metodi per il corretto dimensionamento dei loro componenti e per la loro simulazione, la sperimentazione sui componenti, per stimare la produzione energetica. Si illustra la valutazione economica dell'investimento. Si affrontano i problemi legati alla regolazione della tensione e alla power quality.
PERIOD: February 2023
The course is devoted to present the Photovoltaic power systems and the methods to correctly design, simulate and test the main components, to estimate the energy production with the economic analysis of investment. The grid connection in terms of voltage control and power quality is analysed.
Elementi di elettrotecnica.
Basic concepts of electric circuit theory.
Caratterizzazione dell’energia solare: radiazione diretta, diffusa riflessa e globale.
Vantaggi e svantaggi della tecnologia fotovoltaica.
Struttura e funzionamento della cella solare come giunzione p-n, prima al buio e poi sotto la luce solare.
Curva caratteristica corrente-tensione (I-V) e circuito equivalente della cella solare: dipendenza dall'irradianza e dalla temperatura di giunzione.
Approfondimento su un problema applicativo: connessione di celle in serie/parallelo; mismatch delle caratteristiche I-V e shading effect; hot spots e breakdown; diodi di bypass e di blocco.
Realizzazione del modulo fotovoltaico e prove di tipo per ottenere un invecchiamento accelerato. Termografia ed elettroluminescenza.
Aspetti atipici dei generatori FV: uso o meno di diodi contro correnti inverse in stringhe oscurate, gestione progettuale dell'ombra in modo concentrato in una stringa o equamente distribuito sulle stringhe.
Uso dei transistor per la conversione da DC a AC con gli inverter per connessione alla rete: circuiti e parametri di controllo; schemi e algoritmi per gli inseguitori della potenza massima (MPPT).
Valutazione della produzione energetica FV: calcolo convenzionale dell’energia FV con valutazione delle fonti di perdita nella producibilità.
Procedura innovativa per la valutazione energetica: sistema automatico di acquisizione dati; circuiti di misura ad hoc; risultati sperimentali su alcuni impianti FV funzionanti; analisi economica col metodo del Valore Attuale Netto (VAN).
Progettazione di un impianto connesso a rete: accoppiamento ottimale tra moduli FV ed inverter.
Connessione alla rete in relazione agli aspetti di regolazione della tensione e di power quality.
Solar energy characterization, models of solar radiation for average and clear sky: use of "ad hoc" software (PVGIS).
Pros and cons of Photovoltaics. Structure of the semiconductors: energy bands; doping; p-n junction and electric field; losses in the energy conversion. Spectral response and efficiency of the main technologies: single, multi-crystalline and amorphous silicon, Cadmium Telluride, Copper-Indium- Diselenide. Surface covering per installed kilowatt.
Equivalent circuit of the solar cell, I-V and P-V characteristics at variable irradiance and cell temperature.
Focus on an application problem: series/parallel connection of cells; I-V curve mismatch and shading effect; hot spots and breakdown; bypass and blocking diodes.
Datasheets of the commercial PV modules, thermal coefficients of the electrical quantities. Calculation of the electrical parameters of the PV modules in ambient conditions different from the STC by datasheet of the manufacturers.
DC-AC converters for the grid connection: Maximum Power Point Tracking (MPPT); active/reactive power control; interface protections; protections against over-current and direct/indirect contacts.
Costs of installed power and produced energy.
Conventional calculation of energy production: causes of losses in the productivity, economic analysis by the Net Present Value (NPV). Automatic Data Acquisition System, typical testing procedure and experimental results on operating PV plants. Calculation of the energy production in a PV system.
Sizing of the components in a PV plant: coupling of PV array/inverter: power/voltage/current constraints.
Grid connection according to the requirements of voltage control and power quality.
Modalità mista
Mixed mode
Presentazione report scritto
Written report presentation
P.D.1-1 - Febbraio
P.D.1-1 - February