ISAAC / Qualitätssicherung PV Module
ISAAC / Qualitätssicherung PV Module
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Sommario
technology focus
QUALITÀ TECNICA, PRESTAZIONI ENERGETICHE
E VALORE ECONOMICO DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI
•
Controllo qualità - perché ?
•
Qualità moduli FV – requisiti / definizione
•
Prove IEC e certificazione
•
Prove speciali
•
Controllo qualità forniture moduli FV
•
Resa energetica
•
Conclusioni
La qualità dei moduli fotovoltaici: le prove secondo la normativa, i test innovativi, il
controllo di qualità e le analisi di energy rating
Thomas Friesen – Matteo Marzoli, SWISS PV Module Test Centre - Supsi
25/05/2012
Fiera di Verona, 10 maggio 2012
ISAAC / Qualitätssicherung PV Module
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Controllo qualità moduli FV – perché ?
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Ciclo di vita di un modulo / sistema FV
o Il cliente vuole (e deve) installare un prodotto elettricamente e meccanicamente sicuro
Differenziazione importante:
o Il cliente si aspetta il miglior rapporto qualità – prezzo possibile
Difetto: il modulo FV è inutilizzabile o ha difetti di
o Il costo di manutenzione ordinaria e straordinaria legato ai moduli FV nel sistema FV deve
essere minimo
sicurezza
(rottura vetro, interruzioni contatti, delaminazione …)
Degrado: il modulo FV perde potenza ma può essere
Un sistema FV è un investimento che
usato senza problemi di sicurezza
per 20 o 25 anni deve generare i
(corrosione, ingiallimenti, ossidazioni.)
ricavi previsti
I fattori che riducono i ricavi sono:
degrado /anno
Quale è l’aspettativa di vita di un modulo ?
Curva ‚Watertube‘:
1.Fase: ‘mortalità’ infantile
2.Fase: difetti normali
3.Fase: ‘usura’ fine vita
• Degrado della potenza
• Alta percentuale di guasti
• Costi manutenzione ordinaria
1.Time to failure (100%) del modulo
2.Degrado: Quale valore è accettabile ?
In genere si assume i valori di garanzia del produttore
• Costi manutenzione straordinaria
– ma anche dopo 30 anni una produzione del 60%
Dopo 25 anni un perdita accumulata di 318 CHF (- 15%)
Dopo 25 anni un ricavo di 2246 CHF invece di 2564 CHF
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può essere accettabile
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Influenza delle distribuzioni statistiche del degrado sulla potenza dei singoli moduli
Distribuzione Pmax dei 275 moduli del sistema FV TISO 10 KW
20% degradation - 25 years warranty
Rd – degrado / anno
Garanzia per la potenza dei moduli FV:
90% della potenza iniziale dopo 10 anni
Rd = 0.7% con una tolleranza di ±0.2%:
Dopo 10 anni il 4 % dei moduli non rientra più nelle
condizioni di garanzia
Rd = 0.7% con una tolleranza di ±0.7%:
Dopo 10 anni il 36 % dei moduli non rientra più
nelle condizioni di garanzia
Dirk Jordan – NREL – PV Module reliability workshop 2010
Problema: La produzione energetica del sistema FV può essere
buona, ma non è escluso che parte dei moduli abbiamo meno della
potenza garantita. – Il controllo del singolo modulo non è possibile
Decrease of average power
Broadening of the distribution (not Gaussian !)
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Standard internazionali per la qualifica dei moduli FV
Laboratorio prove
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Il laboratorio di prove e l’ente certificatore devono essere indipendenti !!
accreditato ISO 17025
International Electrotechnical Commission
Ispezione
della produzione
Esegue prove secondo IEC
Report
o UL
Associazione internazionale la quale pubblica standard accettati a livello internazionale
•TüV Rheinland
IEC 61215 – Qualifica dei moduli silicio FV terrestri
IEC 61646 – Qualifica dei moduli a film sottile FV terrestri
IEC 61730-2 – Qualificazione per la sicurezza
• TüV Rheinland
Ente certificatore
• Eurotest
EN 45011
• SGS Solarhouse
•Intertek
• SWISS PV MTC
Laboratorio americano il quale scrive - pubblica gli standard e esegue le prove secondo queste
sue norme. Anche queste norme vengono accettate a livello internazionale
UL 1703 – Qualifica moduli FV in Si – design e prove
•SGS
•TüV Intercert
• IrCoss
Underwriter Laboratories
•TüV Süd
•ICIM
• ISE - VDE
•VDE
Sigillo
• UL
•UL
• CIEMAT
• AIT
Differenza importante tra UL 1703 – IEC 61730-2:
Test fuoco obbligatorio per UL
Per UL 1703 anche ogni singolo componente deve essere certificato UL
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Kein Anspruch auf Vollständigkeit
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Altri standard IEC per prove su moduli FV
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Nuove prove e standard
Prove per moduli FV in condizioni particolari
Prove umidostatiche (85°C / 85% RH) con tensione BIAS sulle celle FV
(pos o neg, tensione = System Voltage)
In vicinanza delle coste o sulle autostrade
Simulazione effetti PID
Prove di resistenza alla nebbia salina: IEC 61701
prove entrata IEC – nebbia salina IEC 60068-2-52 – prove di controllo + test diodi
Potential induced degradation
Con moduli film sottile corrosione del TCO
Corrosione e degrado causato dalla umidità penetrata nel modulo c-Si
Fattorie – stalle…
Polarisation induced degradation:
Prova di resistenza alla ammoniaca secondo IEC 62716
prove entrata IEC – test ammoniaca - prove di controllo
Degrado delle celle p (high efficiency cells)
6.667 ppm NH3 – 20 x 24 ore (ciclo 8 ore 100% RH – 40C / 16 ore 75% RH - 23C)
In discussione:
La qualifica del design è uno standard con criteri PASSED / FAILED !
In futuro anche una classificazione secondo la resistenza del moduli a
Prova resistenza ai danni causati dal trasporto
determinati stress (umidità – temperatura – meccanica - UV)
(vibrazioni – urti) (in preparazione)
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IEC Prüfung nicht immer ausreichend
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Prove speciali per carico neve su moduli FV
Cartina zone carico neve
Calcolo del carico neve efettivo sul modulo
s = µ ∗ Ce ∗ Ct ∗ s k
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Prove estese per la resistenza alla grandine
Switzerland
DIAMETER
Kinetic Energy
(mm)
(J)
10
Ct
Ce
µ
Equazione per il calcolo del carico neve in
orizzontale sk (SIA 261)
coefficiente di correzione termico
coefficiente di correzione esposizione
fattore di riduzione per l‘angolo d’installazione
0.8 fino a 30°--- 0 per > 60°
IEC Standard
DIAMETER
Kinetic
(mm)
energy(J)
0.04
15
20
0.7
25
1.9
30
3.5
35
7.65
40
11.1
45
20.7
50
26.9
0.25
Foto EL prima e dopo
l‘impatto della grandine
(cella mc Si)
  h 2 
s k = 0 .4 ∗ 1 +  0   kN / m 2
  350  
La prova secondo IEC equivale alla classe resistenza II (in Svizzera)
In Svizzera l’assicurazione degli edifici richiede una classe di resistenza III
la quale richiede un test con diametri maggiori (35 o 40 mm) e velocità più
h0 = altitudine reale slm + fattore di
correzione
elevate
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Ispezione visiva dei moduli FV
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Misure elettriche
misure ISO
Label
Backsheets «rattoppati»
Misura potenza – curva IV
Misure produttore
Una meticolosa ispezione visiva fornisce indicazioni
Per consegne > 500 pz:
sulla qualità dei moduli.
Controllo su 1.5% - 2% dei moduli
Rispetto distanze celle
Se uno o due valori non rispettano la tolleranza
Etichetta
si deve eseguire una misura su un maggior
incollaggio cornice
numero di moduli. (secondo contratto di
accettazione)
incollaggio scatola di giunzione
Tolleranza delle misure di potenza
qualità della laminazione (bolle, delaminazione…)
p.e. t = ± 3% o 0 - +3%
Tolleranza t [%]
Graffi
Nastro adesivo
mancante
Pn [W]
P [W]
Potenza nominale
Misura in laboratorio accreditato
Pmin [W]
Potenza minima accettata
Su alcuni moduli è consigliabile anche una verifica degli altri parametri elettrici (es.
coefficienti di temperatura, curve di efficienza, NOCT…)
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RESA ENERGETICA: FATTORI PRIMARI
Controllo qualità per forniture moduli FV
Pmis
Ispezione visiva
Prove elettriche (misura potenza, NOCT, coeff. temp.)
Importante
Facoltativo
Sempre
Pnom
valori
dichiarata
valori
misurati
Elettroluminescenza
Differenze anche del 10%
Differenze anche > 10%
Ref: PI Berlin
Wpicco
Prove meccaniche (Neve, Grandine)
Potenza STC iniziale
Coefficiente di temperatura
Prove sicurezza
1.05
Controllo certificati nelle banche dati
1.00
Loss of Energy Compared to Undegraded
System
Reduction in Energy
0.95
(Garanzia prodotto – garanzia potenza)
Sul luogo della installazione: condizioni dei moduli consegnati –
0.90
P/(P n*G) @ 25°C
Controllo condizioni di garanzia
Differenze del 1-8%
0.85
0.80
0.75
Klasse A
0.70
Klasse B
Klasse C
0.65
imballo…
35%
30%
25%
20%
Differenze anche del 30%
15%
10%
5%
0%
0.3
0.60
0
200
400
600
800
1000
1
Efficienza a bassi irraggiamenti
3
Degradation Rate [%/a]
1200
Ref: ISE Fraunhofer
G [W/m²]
Variazioni in potenza (degradi/recuperi)
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LA RESA ENERGETICA DI UN MODULO FV
OBBIETTIVI DELLA NORMA IEC 61853
STATO DELL’ARTE
Per ragioni storiche la comunità FV è ancora principalmente focalizzata sul Wp (a
livello: sviluppo, produzione, controllo qualità, acquisto, caratterizzazione,
valutazione del prezzo, …) e ancora in modo insufficiente sul kWh/Wp.
•vendita “al Wp”
•specifiche elettriche non sufficienti per valutare la resa energetica
•
•
Rating in base al kWh/Wp invece che per Wp.
•
Confronto equo fra diverse tipologie di moduli e tecnologie.
•
Aiutare nel comprendere i singoli contributi per ottimizzare la resa di un
modulo.
•specifiche poco precise
Servono specifiche elettriche chiare, realistiche ed utili.
Definire un set di metodi di caratterizzazione che permettano di calcolare
la resa energetica a condizioni meteorologiche ben definite.
•
Assistere l’utente finale/progettista nella scelta del prodotto più adatto.
•
Definire gli input per chi sviluppa i programmi di simulazione.
La norma non include il degrado annuale, non è un metodo di pronostico della
resa energetica di un impianto o di un modulo e non descrive come
misurare il kWh di un modulo.
NORMA IEC 61853 (pubblicata in parte)
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LA NORMA IEC 61853 SULL’ENERGY RATING
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Conclusioni
parte1: Irradiance and temperature performance measurements
► I tre standard IEC – in particolar modo la IEC 61215 – sono stati approvati dal mercato
and power rating Edition 1.0 2011-01
(produttori e cliente) con ottimi risultati.
•
•
Verifica della potenza stabilizzata di 3 moduli
Matrice di 3 moduli Pm,Isc,Voc(G,T, AM1.5, AOI=0)
La pubblicazione della IEC 61215 nel anno 1998 ha permesso l’introduzione sul mercato di
moduli affidabili. Prima del 1995 la mortalità infantile era superiore al 30% ed è stata ridotta a
pochi punti percentuali.
parte2: Spectral response, incidence angle and module
Secondo alcune informazione dei prodotturi il la percentuale di ritorno è inferiore a 0.01 %.
operating temperature measurements
in preparazione
► Importanza del controllo dei lotti di consegna dei moduli FV
parte3: Calculation of PV module energy rating
► Prove e test aggiuntivi per sollecitazioni particolari del modulo (clima: neve – grandine
in preparazione
/ corrosione: sale, ammoniaca …)
parte4: Standard time periods and weather conditions
ancora da iniziare
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GRAZIE PER LA VOSTRA
e-mail:ATTENZIONE
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