Il degrado dei pannelli solari rappresenta una sfida significativa per la sostenibilità e l’efficienza a lungo termine dei sistemi fotovoltaici. Un team di ricercatori del Centro ENEA di Portici (Napoli) ha sviluppato materiali innovativi che promettono di migliorare la durabilità e la resistenza dei pannelli solari agli agenti atmosferici, in particolare di proteggerli dall’umidità e dai raggi ultravioletti. I risultati preliminari dell’uso dei nuovi film incapsulanti oggetto della ricerca sono promettenti.
“I test preliminari, pubblicati su ScienceDirect, sono molto incoraggianti e mettono anche in evidenza che durabilità e resistenza ai raggi ultravioletti di questi nuovi film incapsulanti possono migliorare ulteriormente aggiungendo nella formulazione additivi appropriati,” spiega Valeria Fiandra, ricercatrice del Laboratorio ENEA Dispositivi innovativi e coautrice dello studio insieme ai colleghi Lucio Sannino, Concetta Andreozzi, Giovanni Flaminio (Laboratorio Energia e Data Science) e Michele Pellegrino (Sezione Metodologie, Approcci e Strumenti per l’analisi della Sostenibilità delle Tecnologie Energetiche).
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Indice
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Sistemi Fotovoltaici
Il volume è una guida completa i) alla progettazione degli impianti fotovoltaici grid-connected, anche dotati di sistemi di accumulo, ii) alla presentazione degli interventi di manutenzione per ottimizzarne le prestazioni, iii) alla trattazione delle tematiche inerenti agli ammodernamenti tecnologici eseguiti su impianti in esercizio (revamping e repowering), iv) alla generazione distribuita residenziale ed industriale e ai sistemi di potenza multimegawatt ed utility-scale. Il testo mostra l’architettura di un sistema fotovoltaico, fornendone gli elementi necessari per il corretto dimensionamento impiantistico, descrivendone approfonditamente l’ingegneria di sistema: dal gruppo di generazione fino al punto di connessione alla rete elettrica. Il volume è aggiornato alla normativa elettrica vigente, anche con particolare attenzione alle recenti disposizioni normative in tema di implementazione dei sistemi di accumulo all’interno del sistemo elettrico. Una parte del volume è dedicata all’esercizio in parallelo con la rete elettrica dei sistemi fotovoltaici, descrivendone le tipologie di connessione in bassa, media ed alta tensione, gli aspetti progettuali e l’iter TICA – dalla richiesta di connessione inoltrata al gestore di rete, fino alla realizzazione delle opere di rete. Il testo mostra le operazioni di manutenzione ordinaria standard, fino ad arrivare all’analisi termografica realizzata con droni. Sono illustrati casi di impianti fotovoltaici “under performing”, e mostrati nel dettaglio esempi di malfunzionamenti o guasti di moduli fotovoltaici ed altri componenti di impianto che comportano riduzione del performance ratio. Il testo mostra tutti gli adempimenti burocratici a cui occorre ottemperare al fine di evitare sanzioni economiche e garantire il mantenimento del diritto all’incentivo e alle convenzioni GSE per impianti incentivati e impianti fotovoltaici eserciti in grid/market parity. Di prezioso ausilio pratico risultano essere le 15 relazioni tecniche di impianti fotovoltaici, complete di schemi elettrici e calcoli progettuali – rilasciati nello spazio web a disposizione del lettore. Alessandro CaffarelliIngegnere aerospaziale, è CTU presso il Tribunale Ordinario di Roma. Ha progettato e diretto lavori per oltre 700 MW di impianti fotovoltaici ed eolici. È socio fondatore di Intellienergia ed attualmente Business Development Manager per EF Solare Italia.Giulio de SimoneIngegnere meccanico, Ph.D. in Ingegneria dell’Energia e Ambiente. È socio fondatore e CEO di Intellienergia. Ha progettato e diretto lavori per oltre 500 MW di impianti di produzione di energia rinnovabile.Angelo PignatelliIngegnere elettronico, Ph.D. in Ingegneria dei Sistemi, PMP presso il Project Management. Ha progettato e diretto lavori per oltre 200 MW di impianti di produzione di energia rinnovabile. Kostantino TsolakoglouIngegnere aerospaziale, MSc, si occupa di sviluppo, progettazione, asset management e O&M di impianti utility scale. È Head of Engineering presso una delle maggiori realtà europee in ambito fotovoltaico. Gli autori sono docenti per conto dell’Ordine degli Ingegneri della Provincia di Roma.
Alessandro Caffarelli, Angelo Pignatelli, Giulio de Simone, Konstantino Tsolakoglou | Maggioli Editore 2021
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Il ruolo dei film incapsulanti nei moduli fotovoltaici
I film incapsulanti sono materiali polimerici-plastici utilizzati per rivestire e isolare le celle fotovoltaiche dall’aria e dall’umidità.
Essi svolgono un ruolo cruciale nella tecnologia fotovoltaica, conferendo integrità strutturale, prevenendo danni alle celle e formando una barriera contro l’umidità. Inoltre, garantiscono affidabilità e durata nel tempo del modulo, proteggendolo dal degrado causato da agenti atmosferici, luce e ossigeno.
Limiti dell’EVA e ricerca di alternative
Attualmente, l’incapsulante più utilizzato nei moduli fotovoltaici è l’EVA (Etilene Vinil Acetato), noto per l’eccellente trasmissione della luce solare grazie agli additivi che ne migliorano le proprietà ottiche e chimiche. Tuttavia, l’EVA subisce una degradazione chimica a causa delle radiazioni ultraviolette, delle alte temperature e degli agenti atmosferici in generale. Questi portano infatti alla formazione di acido acetico, che corrode le celle e deteriora il modulo.
“Per far fronte alle criticità dell’EVA, la nostra attenzione si è focalizzata su materiali alternativi il cui invecchiamento avvenga senza sviluppo di acido acetico. Tra questi c’è un’altra tipologia di materiali plastici, le poliolefine, che hanno caratteristiche molto interessanti: rispetto all’EVA comunemente utilizzato, hanno maggiore stabilità termica (fino a 400 °C rispetto ai 300 °C dell’EVA), migliore resistenza alla degradazione da raggi UV e una migliore barriera contro l’umidità,” sottolinea Valeria Fiandra.
Vantaggi dei nuovi materiali
I nuovi materiali sviluppati – oggetto della ricerca ENEA, dal titolo New PV encapsulants: assessment of change in optical and thermal properties and chemical degradation after UV aging -sono riciclabili e possono essere lavorati più volte, facilitando il disassemblaggio della struttura del modulo a fine vita e permettendo di recuperare materiali valorizzabili e riciclabili. Questo migliora la sostenibilità economica e ambientale di tutto il ciclo di vita del modulo.
“Nel complesso, abbiamo rilevato che la scelta delle poliolefine come incapsulanti fotovoltaici alternativi rappresenta un buon compromesso tra proprietà ottiche, resistenza termica alle alte temperature, trasparenza e resistenza al foto invecchiamento. Con la nostra attività vogliamo fornire alle aziende uno strumento utile alla scelta del film incapsulante più adatto per la fabbricazione di moduli con elevate prestazioni, durevoli nel tempo,” conclude la ricercatrice ENEA.
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