Ottimizzazione della potenza di un campo fotovoltaico mediante monitoraggio attivo ad alta granularità

In questa tesi di dottorato si studia l'ottimizzazione della conversione dell'energia da fonte fotovoltaica identificando la struttura frammentaria del campo e la disuniformità  della distribuzione dei parametri (illuminazione e temperatura) come causa primaria della perdita di potenza. Si propongono allora metodi di ottimizzazione basati sul monitoraggio attivo a granularità  molto spinta (livello cella e livello pannello). La tesi si apre con un'analisi delle principali problematiche relative alla conversione dell'energia da fonte fotovoltaica in presenza mismatch (Capitolo 1). In questa sede vengono introdotte le pi๠comuni cause di mismatch e l'effetto dell'azione dei diodi di bypass sulla caratteristica potenza-tensione delle stringhe di pannelli fotovoltaici. I risultati sperimentali ottenuti dalla caratterizzazione di un inverter commerciale mostrano con chiarezza come la disuniformità  dei parametri (effetti di ombreggiamento locale) possa produrre notevoli perdite di potenza. Si propone, in base all'analisi svolta, il monitoraggio attivo ad alta granularità  come strumento di ottimizzazione e si discutono i limiti dei sistemi di monitoraggio esistenti. La trattazione prosegue (Capitolo 2) introducendo il monitoraggio a due livelli di granularità . A livello cella, gli effetti della frammentarietà  della struttura sono evidenziati con l'utilizzo del modello circuitale calibrato del campo. Si presentano metodi di estrazione dei parametri delle singole celle incapsulate nei pannelli già  installati in stringa. In particolare si descrive un metodo di estrazione innovativo della resistenza shunt, identificata come parametro di qualità  delle celle. Lo studio dell'evoluzione dei parametri nel tempo ਠindicato come affidabile metodo di diagnostica. A livello pannello, il monitoraggio si specializza nella caratterizzazione elettrica dei pannelli in termini di corrente e tensioni di lavoro, e di corrente di corto circuito (Isc) e tensione di circuito aperto (Voc). La descrizione della rete di sensori wireless autoalimentati preposti all'acquisizione dei parametri di funzionamento dei singoli pannelli ਠfornita nel dettagio. Vengono, inoltre, descritti risultati sperimentli che mostrano le prestazioni dei prototipi realizzati. In seguito si discute l'utilizzo del monitoraggio attivo, in ottica di ottimizzazione (Capito 3). Inizialmente, viene presentato un circuito automatico innovativo a bassa caduta: l'utilizzo come diodo di bypass riduce la potenza dissipata in condizioni di mismatch e aumenta l'affidabilità  dei pannelli eliminando l'occorrenza di hot spot. In ottica di ottimizzazione, si propone l'integrazione del sistema di monitoraggio con l'inverter, fruttando le informazioni fornite dai sensori negli algoritmi di inseguimento del punto di massima potenza (MPPT). L'approccio proposto viene impiegato nella progettazione di un inverter monofase grid-connected multistringa che integra le funzionalità  della rete di sensori. La strutura dell'inverter ਠmostrata nel dettagio ripercorrendo l'iter di progettazione delle singole sezioni anche in relazione agli aspetti normativi. In ambiente PSIM vengono, quindi verificate le funzionalità  ed analizzate le prestazioni raggiunte a verifica dei vantaggi offerti da questa tecnica.