PERIODO: MARZO 2018

L’insegnamento tratta le problematiche connesse alla produzione di energia elettrica da tecnologia fotovoltaica con impianti connessi a rete. Vengono trattati aspetti legati alla caratterizzazione della sorgente di energia, alla conversione in energia elettrica e alle relative applicazioni impiantistiche.

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.

Caratterizzazione dell’energia solare: radiazione diretta, diffusa riflessa e globale. Vantaggi e svantaggi del fotovoltaico. Struttura dei dispositivi fotovoltaici: bande energetiche nei semiconduttori; drogaggio di tipo "p" e "n"; giunzione e campo elettrico; foto-corrente come coppia elettrone - lacuna; perdite nel processo di conversione. Risposta spettrale ed efficienza delle principali tecnologie: silicio mono-cristallino, poli-cristallino ed amorfo, tellururo di cadmio e diseleniuro di indio-rame (gallio).
Principio di funzionamento e circuito equivalente della cella solare. Curve caratteristiche corrente - tensione (I-V) e potenza – tensione (P-V): dipendenza da irradianza e temperatura. 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 l’invecchiamento accelerato.
Aspetti atipici dei generatori fotovoltaici. Conversione da corrente continua in corrente alternata con l’elettronica di potenza (inverter); 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 e inverter; protezione contro sovracorrenti e contatti diretti/indiretti. Schemi di impianto e costi della potenza installata e dell’energia prodotta.

Solar energy characterization, models of solar radiation for average and clear sky: use of "ad hoc" software. 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. Sizing of the components in a PV plant: coupling of PV array/inverter: power/voltage/current constraints. 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.