Grandine pannelli fotovoltaici: quando si ha il degrado nelle prestazioni?

Fenomeni atmosferici di forte intensità possono compromettere irrimediabilmente l’impianto fotovoltaico, tuttavia se le sollecitazioni meccaniche dovute alle intemperie causano cricche o crepe nella cella non è detto che si abbia un degrado nelle prestazioni dell’impianto.

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A tal proposito, analizziamo di seguito il fenomeno del cell cracks, che si manifesta con la comparsa di cricche o crepe nelle celle fotovoltaiche, descritto da Alessandro Caffarelli, Angelo Pignatelli, Giulio De Simone, Konstantino Tsolakoglou, nel volume , edito da Maggioli Editore.

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Il fenomeno cell cracks

Il silicio è un materiale estremamente fragile dal punto di vista meccanico, e di conseguenza cricche o crepe di varie dimensioni sono sempre presenti all’interno di esso. Esse possono derivare da:

• processo produttivo, specialmente nella fase di saldatura dei contatti (busbars), che introduce importanti stress termici e meccanici;
• fase di trasporto e montaggio, dove le eventuali cricche possono crearsi o espandersi a causa di urti o vibrazioni;
• fase operativa, con l’esposizione del modulo alle sollecitazioni meccaniche dovute a vento, grandine, neve, cicli termici ecc.

Eventuali crepe nella cella non significano necessariamente un degrado nelle prestazioni. Infatti questo avviene solo se si creano delle zone elettricamente separate all’interno della cella stessa. La separazione elettrica avviene quando si ha la separazione della griglia superiore dei contatti in argento, deputata a raccogliere i portatori di carica, o dello strato di metallizzazione inferiore, in silicati d’alluminio, che viene connesso per chiudere il circuito.

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Quando si verifica una diminuzione di potenza: lo studio

Per quanto concerne la diminuzione di potenza, questa è generalmente trascurabile fin quando non si verifica la completa disconnessione elettrica di importanti settori della cella stessa.

In uno studio condotto nel 2010 (M. Köntges, 2011) si sono presi in esame 12 moduli policristallini da 60 celle privi di difetti, con flash test rientranti in una tolleranza dello 0,1%, e si sono sottoposti alle prove di sollecitazione meccanica previste dalla IEC 61215. Questo ha generato delle microcricche interne. Si è visto che l’impatto di queste microcricche (tipo A in Fig.1) è relativamente modesto sulla perdita di potenza del modulo, con perdite inferiori all’1,5% per moduli con 40 celle criccate su 60.

Dopo i test meccanici, i moduli sono stati sottoposti a 200 cicli di riscaldamento e congelamento in aria umida (DH/HF). Alla fine di questi test si è visto che molte delle microcricche si erano espanse fino a portare alla completa separazione elettrica di importanti porzioni di cella (modo B in Fig.1). Non si è trovata una correlazione statistica fra numero di celle danneggiate e perdita di potenza, ma si è visto che tale perdita può arrivare fin quasi al 10%.

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Aspetti che incidono sulla creazione ed evoluzione delle crepe

La creazione e la successiva evoluzione delle crepe sono strettamente correlate:

• allo spessore della cella;
• alla modalità di saldatura delle busbars;
• al processo di metallizzazione del retro della cella.

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Foto:iStock.com/WichienTep