Moduli fotovoltaici ed effetto PID: come proteggersi?

Moduli fotovoltaici

L’effetto PID (Potential Induced Degradation) riduce la potenza in uscita dei moduli fotovoltaici già dopo 2-4 anni di funzionamento ed è un problema da considerare nella scelta di un impianto fotovoltaico. Progettisti e installatori di moduli fotovoltaici dovrebbero tenere in conto soluzioni adatte a gestire questo fenomeno.

Premesso che le cause del PID nei moduli fotovoltaici non sono ancora ben chiare, sembra che tra i fattori di accelerazione rientrino umidità e temperature elevate, associate all’applicazione di tensione negativa.

La ‘degradazione indotta da potenziale’, effetto PID, è un problema per i moduli fotovoltaici con celle di tipo cristallino e per quelle a film sottile. L’effetto è innescato dall’esposizione del sistema a un potenziale esterno e produce una degradazione che può essere reversibile (polarizzazione) o irreversibile (si parla allora di elettrocorrosione).

Quando i moduli fotovoltaici hanno un potenziale negativo verso terra, la tensione negativa tra le celle del modulo e la cornice, solitamente collegata a terra per motivi di sicurezza, è molto elevata. La tensione elettrica attrae gli elettroni dei materiali utilizzati nei moduli fotovoltaici e si scarica attraverso la cornice collegata a terra, con il risultato di una piccola quantità di corrente di dispersione. Questa migrazione dei fattori di carica si traduce in un disturbo per l’effetto fotovoltaico.

Nel 2011 sono stati diffusi i risultati dei test condotti dal Fraunhofer Center for Silicon, secondo i quali l’effetto PID è responsabile di una riduzione di potenza di quasi il 70 per cento. Alcuni produttori di moduli fotovoltaici hanno risposto che il problema esiste, ma i loro prodotti ne sono esenti grazie all’uso di materiali speciali come resine isolanti per la parte posteriore dei moduli e resine sigillanti.

Tuttavia, le ricerche confermano che la principale soluzione al PID consiste nell’evitare l’applicazione di un potenziale esterno ai moduli fotovoltaici. Diversamente, il rischio di perdita di potenza permane e diventa un problema economico in considerazione del fatto che gli impianti fotovoltaici sono generalmente finanziati prevedendo un ciclo di vita di 25 anni.

L’effetto PID può essere affrontato a livello di architettura di sistema, evitando la presenza di qualsiasi potenziale esterno nei moduli fotovoltaici. Di fatto, la messa a terra del polo negativo della stringa fotovoltaica può risolvere definitivamente il problema della degradazione indotta da potenziale.

È possibile collegare facilmente a terra il polo negativo del modulo fotovoltaico quando l’inverter è dotato di separazione galvanica, ma decisamente più conveniente e pratica sarebbe una soluzione dove è previsto un inverter senza trasformatore.

Il punto è che, normalmente, un inverter senza trasformatore non costituisce affatto una soluzione al problema del PID nei moduli fotovoltaici, dal momento che applica tensione negativa all’array fotovoltaico. Di recente però sono stati progettati e realizzati inverter senza trasformatore dotati di speciali circuiti interni in grado di mantenere il polo negativo allo stesso potenziale del neutro, come se fosse virtualmente collegato a terra. Una soluzione avanzata di questo tipo è l’inverter fotovoltaico Kp 100L di Omron, che utilizza il circuito interno Zigzag-connected Chopper Circuit (ZCC) per fare a meno del trasformatore interno o esterno e di qualsiasi altro hardware aggiuntivo.

Pubblicato da Michele Ciceri il 14 aprile 2015