Guida al modulo fotovoltaico - Come riconoscere e scegliere la qualità - prefazione di Gianni Silvestrini
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Guida al modulo fotovoltaico
Come riconoscere e scegliere la qualità
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in collaborazione con Massimo Gamba
prefazione di Gianni Silvestrini
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Coordinamento progetto
Mirko De Boni e Valentina De Carlo
Hanno collaborato
Francesco Fiore, Massimo Gamba, Gianni Silvestrini
Progetto grafico e impaginazione
Sintesi Comunicazione - Padova
Indice Indice 3 Prefazione 4 Tipologie di moduli fotovoltaici 6 Processo produttivo moduli cristallini 8 Componenti del modulo fotovoltaico 15 Focus moduli Conergy PowerPlus 19 Certificazioni moduli 22 FAQ e criteri per la scelta di un modulo 24 Alcuni consigli progettuali 26 Glossario 28 Profilo Conergy 30 8
Prefazione
a cura di Gianni Silvestrini
Il mercato fotovoltaico si è finora sviluppato a spallate successive, con Aveva iniziato il Giappone a tirare il mercato mondiale negli anni Novanta per poi ridimen-
impulsi provenienti da pochi paesi, e con tassi di crescita che pochissimi sionarsi a causa dell’eliminazione degli incentivi governativi. La Spagna ha avuto un boom nel
in passato avevano previsto. 2008 con 2,5 GW per poi crollare l’anno scorso a seguito di un drastico taglio degli incentivi.
La Germania ha avuto finora una crescita costante che l’ha portata ad assumere la leadership
mondiale grazie ad una gestione virtuosa delle incentivazioni con una potenza cumulativa che
sfiora i 10 GW. Anche in questo paese stiamo però assisitendo ad un momento di fibrillazione
dovuto alla esplosione a 3.500 MW delle installazioni dello scorso anno legate al calo drastico
dei prezzi dei moduli. Nel 2010 il governo ha quindi proposto dal 1° luglio un taglio del 16% da
aggiungere alla riduzione del 10% già attuata a gennaio. L’evoluzione della domanda tedesca è
molto importante per capire anche le future dinamiche dei prezzi, considerando che parliamo di
un mercato che nel 2009 rappresentava la metà del totale mondiale. Ci si aspetta una forte im-
pennata delle installazioni nella prima parte del 2010 ed un raffreddamento nella seconda parte
dell’anno. Contemporaneamente però sono molto aumentati gli attori scesi in campo. Usa, Cina,
Italia, Giappone, Repubblica Ceca, Francia, per citare solo alcuni dei paesi già lanciati nel solare,
dovrebbero raggiungere numeri significativi. Dunque è prevedibile che il 2010 vedrà una decisa
crescita del mercato fotovoltaico mondiale, che peraltro - con 6,5 GW - aveva tenuto bene anche
nel difficile 2009. Per quanto riguarda i prezzi dei moduli è prevedibile che nel 2010 si assisterà
ad una loro ulteriore leggera riduzione.
E l’Italia che ruolo sta giocando? Il nostro paese ha bruciato i tempi e lo scorso anno, con una
potenza installata compresa tra 0,8 e 0,85 GW, si è classificata al secondo posto nel mondo dopo
la Germania e prima degli Usa. Per quanto riguarda il 2010, il Kyoto Club stima che la corsa si
accelererà in previsione del taglio degli incentivi e che verranno installati 1,5 GW. Nel frattempo
si sta irrobustendo anche l’industria di produzione di celle e moduli. Questi dati si inseriscono in
un quadro complessivo di successi per le rinnovabili che hanno consentito di operare in maniera
anticiclica in un periodo di crisi. Per il secondo anno di fila l’eolico è stata la tecnologia leader
nella nuova potenza elettrica installata in Europa, mentre il fotovoltaico con il 16% ha sorpassato
le nuove centrali a carbone e ad olio.
A livello mondiale poi, l’eolico ha messo a segno un incremento del 31% sull’anno precedente con
una potenza di 37,5 GW in grado di generare l’energia elettrica di 12 centrali nucleari, cioè più
4
della potenza delle nuove centrali atomiche collegate alla rete Da un lato alla velocità di riduzione dei prezzi dei sistemi solari. rete se si interviene per tempo con un suo potenziamento e una
nell’ultimo quinquennio. La competizione fotovoltaica che si sta profilando tra potenze gestione “intelligente”. Parliamo infatti di un valore cumulato
Si conferma così l’ampiezza del rinascimento delle rinnovabili asiatiche, Europa e Usa fa pensare che in questo decennio si di 20-40 GW, in grado di soddisfare il 5-15% della domanda.
favorito dal circuito virtuoso che vede una progressiva riduzione vedrà una accelerazione della riduzione dei prezzi, avvicinan- Forme di accumulo in grado di spostare l’offerta nelle ore di
dei prezzi a fronte del notevole allargamento del mercato. do così il momento dell’incrocio delle curve dei costi. Sull’altro picco potranno già svilupparsi nel medio periodo. Per successive
In particolare per quanto riguarda il fotovoltaico possiamo ri- versante, quello della produzione convenzionale dell’elettricità, diffusioni più spinte si dovrà pensare a sistemi più sofisticati di
tenere che in Italia nel giro di 3-5 anni si raggiungerà la grid le notizie sono opposte. In tutta Europa l’elettricità è destinata a accumulo, ad esempio producendo idrogeno che si sposerebbe
parity, ad iniziare dalle regioni meridionali. Quando il costo del vedere un peggioramento delle prestazioni economiche a segui- bene con la diffusione di sistemi di trasporto a celle a com-
fotovoltaico risulterà inferiore alla bolletta elettrica sarà quindi to sia dell’inserimento di nuovi impianti (rinnovabili, nucleare, bustibile. Gli scenari per una diffusione spinta del fotovoltaico
possibile ridurre notevolmente gli incentivi che però dovranno carbone con sequestro della CO2) che presentano necessaria- diventando dunque sempre più realistici.
rimanere perché una parte dell’elettricità prodotta e non con- mente costi più elevati rispetto agli impianti già ammortizzati,
sumata direttamente verrà venduta al prezzo medio di genera- che all’aumento tendenziale del prezzo del metano.
zione dell’energia elettrica in Italia. Il vero sganciamento si avrà Quindi dopo il 2020-25 in Italia potremo raggiungere le con-
con il raggiungimento della “generation parity”, quando cioè il dizioni che consentono al fotovoltaico di diffondersi anche
costo dell’elettricità solare risulterà inferiore a quello della pro- senza incentivi, con una crescita molto rapida nel settore civile. Gianni Silvestrini
duzione media nazionale. Questo momento magico dovrebbe L’inserimento di 2-3 GW all’anno, cioè quanto già adesso sta Direttore scientifico Kyoto Club
arrivare entro una quindicina di anni ed è legato a due fattori. avvenendo in Germania, dovrebbe porre problemi limitati della Presidente Exalto
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Celle di I generazione (I G):
Silicio cristallino (mono e poli), GaAs (applicazioni spa-
Tipologie di moduli fotovoltaici ziali). Alto costo per unità di potenza.
Celle di II generazione (II G):
a cura di Massimo Gamba Silicio cristallino (ottimizzate), Silicio amorfo (film sotti-
le), a semiconduttore composto (GaAs, CdTe, CIS). Me-
Il fotovoltaico no, tuttavia, vari gradi di purezza: per l’indu- cristallo P (e viceversa per le lacune), formando dia efficienza; costo ancora alto per unità di potenza.
Il termine fotovoltaico deriva dall’unione di due stria fotovoltaica il grado di purezza stabilito una regione di carica spaziale (con il “+” sul tipo Celle di III generazione (III G):
parole: “photo” dal greco “phos” (Luce) e “volt” deve essere 99,9999% (Silicio di grado solare). N ed il “–” sul tipo P), in cui mancano i portatori Multigiunzione, strutture quantistiche, strutture orga-
niche o polimeriche a coloranti, a concentrazione. Su-
che prende le sue radici da Alessandro Volta, il Nell’industria fotovoltaica viene utilizzato nella mobili di carica. Il processo si ferma quando il
perano il limite teorico di efficienza per celle a singolo
primo a studiare il fenomeno elettrico. Quindi, sua forma cristallina (mono e poli) ed in quella campo elettrico che si genera controbilancia
semiconduttore (≈31%) e tendono a quello termodi-
il termine fotovoltaico significa letteralmente: amorfa. Nella forma cristallina gli atomi di Si il moto di diffusione. I fotoni della radiazione
namico per la conversione elettrica dell’energia solare
“elettricità dalla luce”. sono ordinati in maniera regolare, mentre nella luminosa, purché di energia sufficiente, creano (≈87%).
Il fotovoltaico è la tecnologia che permette di forma amorfa (come il vetro) sono distribuiti in delle coppie elettrone/lacuna. In presenza del
produrre energia elettrica mediante la conver- maniera casuale. Il lingotto di monocristallino campo elettrico di giunzione, gli elettroni sono
sione diretta della luce del sole senza l’uso di normalmente ha un diametro di 20 cm, è alto attirati verso la zona N (caricata positivamente)
Tecnologia silicio
combustibili e senza parti meccaniche in mo- circa un metro e pesa da 70 a 75 kg. Ai lingotti e le lacune verso la zona P (caricata negativa-
vimento. Oggi la tecnologia moderna ci offre di silicio una volta raffreddati viene tagliata la mente). Tale moto di cariche è all’origine della cristallino
gli strumenti necessari per ottenere energia testa e la coda (scarti utilizzati dall’industria FV) corrente fotovoltaica. Celle in silicio policristallino
elettrica direttamente dalla luce solare. Il foto- quindi vengono sagomati e tagliati a fette “wa- Nel processo produttivo il silicio policristallino
voltaico, tuttavia, non può sostituire al 100% fer” che costituiscono la base per le celle finite. viene versato in blocchi che hanno una for-
la produzione di energia elettrica necessaria, ma quadra. I blocchi raffreddati vengono ta-
perché la fonte che l’alimenta non è continua Celle fotovoltaiche gliati in lingotti e quindi sezionati in wafer da
24 ore su 24, ma può dare un grande contri- La più piccola unità che consente di trasfor- 230μm/350μm. Durante la fase di solidificazio-
buto limitando aumenti di produzione elettrica mare direttamente la luce del sole in energia ne, i cristalli si dispongono in modo casuale ed
attraverso la combustione di carbone, petrolio, elettrica è la cella fotovoltaica, costituita da è per questo che la superficie presenta i caratte-
e gas, e riducendo notevolmente l’emissione un materiale semiconduttore opportunamente ristici riflessi cangianti. Il silicio policristallino ha
nell’atmosfera di sostanze nocive alla salute e trattato e di spessore molto sottile, wafer (200 una grana più grossa del silicio monocristallino.
all’ambiente. μm -350 μm). La cella fotovoltaica è sostanzial-
mente un diodo, cioè una giunzione PN tra due Celle in silicio monocristallino
Dal silicio alle celle fotovoltaiche semiconduttori P ed N. Tale giunzione è realiz- Con un processo produttivo più complesso, dal
Il silicio è il materiale più utilizzato per la pro- zata ponendo a contatto due cristalli, uno dei silicio fuso, vengono ottenuti dei lingotti cilin-
duzione di celle fotovoltaiche (oltre il 90% dei quali contiene atomi trivalenti (ad es. di boro), drici di silicio monocristallino.
moduli in commercio sono in silicio). Subito mentre l’altro contiene atomi pentavalenti (ad Al cilindro viene data una forma esagona-
dopo l’ossigeno, è l’elemento più abbondante es. fosforo). Il cristallo di tipo P, contenente le e quindi sezionato in fette sottili (wafer) da
sulla terra ma in realtà questo materiale non gli atomi trivalenti, presenta nel reticolo delle 200μm/300μm, le quali presentano un color
esiste in forma pura ma solo sotto forma di Os- lacune, mentre quello di tipo N con gli atomi argento lucido. Queste, inoltre, vengono sago-
sido di Silicio (SiO2) o di composti contenenti Si pentavalenti presenta elettroni in più. Lacune mate in forme più o meno squadrate al fine di
come la sabbia, il quarzo e l’argilla. Il silicio vie- ed elettroni sono liberi di muoversi nel reticolo diminuire gli spazi inutilizzati ed aumentare il
ne prima estratto dalle miniere e poi viene reso per diffusione. All’interfaccia tra i due cristalli, figura 1: strutture cristalline P e N della cella numero di celle ospitate dal modulo.
puro attraverso diversi processi chimici. Esisto- gli elettroni del cristallo N si diffondono verso il fotovoltaica
6
US$ 0,10/W US$ 0,20/W US$ 0,50/W
100
80 Limite termodinamico
(67-87%)
60
Efficienza (%) US$ 1,00/W
40 III Limite teorico per celle
a singola giunzione (31-41%)
20 I US$ 3,50/W
II
0 Record di efficienza
0 100 200 300 400 500 Si: 24,7% figura 3: silicio monocristallino figura 4: silicio policristallino figura 5: film sottile
GaAs: 25,1%
Costo $/m2
promettente dal punto di vista dell’efficienza: Celle a Nanofili
figura 2: efficienza e proiezione dei costi per le celle di I, II e III generazione in laboratorio, infatti, il rendimento dei moduli Al fine di aumentare l’efficienza di conversio-
può raggiungere il 13%. I limiti sono dovuti alla ne sono in fase di studio le celle fotovoltaiche
Tecnologia film Celle al silicio amorfo (a-Si) scarsa disponibilità, alla tossicità di alcuni com- costituite da Nanofili. I Nanofili, strutture mi-
Il silicio amorfo (a-Si) è caratterizzato dal moto ponenti e agli elevati costi di produzione. croscopiche simili a dei “filamenti”, agiscono da
sottile
disordinato in cui gli atomi o le molecole sono celle. Hanno un basso coefficiente di riflessione
La produzione di celle a film sottile nasce intor- legati tra di loro. Utilizzando il silicio amorfo Celle CdTe e quindi riescono ad intrappolare buona parte
no al 1990. Il metodo usato è l’applicazione di un non si può parlare di celle, in quanto si trat- Le Celle al Telloruro di Cadmio (CdTe) hanno della radiazione solare utile all’effetto fotovol-
sottile strato di materiale semiconduttore su un ta di strati sottili di silicio amorfo applicati su il vantaggio di poter essere realizzate con taico. Possono essere “rinforzati” con resine
substrato (nella maggior parte dei casi di vetro) superfici più grandi delle normali celle. Il silicio processi semplici e con buone prestazioni, isolanti.
attraverso processi di vaporizzazione, spruzzo o amorfo è attualmente il materiale più utilizzato soprattutto in caso di irraggiamento, esposi-
vasche elettrolitiche. dopo il silicio cristallino. Tuttavia, l’efficienza dei zione ed inclinazione non ottimali. Concentratori della luce solare
I materiali semiconduttori attualmente più usati moduli a film sottile di silicio amorfo è ancora Questa tecnologia si basa sul principio di con-
sono: Silicio amorfo, Silicio micro-cristallino, CIS molto bassa. Esistono in produzione vari tipi, tra Celle organiche/ibride centrare la luce verso piccole celle a multi-
(Diseleniuro di Indio e Rame) e CdTe (Telloruro di cui silicio amorfo semplice (a-Si), già utilizzato Sono in fase di studio e di maturazione tec- giunzione. Dato il forte calore che si sviluppa,
Cadmio). La motivazione principale dell’uso della per alimentare calcolatrici e orologi da polso, e nologica le celle fotovoltaiche organiche occorrono celle all’Arseniuro di Gallio (GaAs). La
tecnologia a Film Sottile è il minor impiego di silicio amorfo + silicio micro-cristallino (a-Sì + “Dye sensitized” DSSC che utilizzano proces- concentrazione è ottenuta tramite lenti di Fre-
materiale semiconduttore, 1-2 μm contro i 200 μ-Si). Usando più superfici di diverso materia- si elettrochimici simili a quelli di fotosintesi snel che oggi raggiungono fattori di concentra-
μm delle celle normali di cristallino. Inoltre oc- le si ottiene, infatti, un più ampio spettro del clorofilliana delle foglie degli alberi. zione fino a mille soli. Con questa tecnologia
corre considerare il minor costo dei processi di livello assorbente della luce con possibilità di La parte fotoelettrica attiva è costituita da un si ottiene un‘efficienza della cella fino 40%.
produzione e la possibilità di avere moduli tra- sfruttare più fotoni aumentando l’efficienza del pigmento organico, da ossido di titanio (TiO2) Considerate le ridotte dimensioni delle celle, il
sparenti per coperture e facciate. Il film sottile è modulo. e da un elettrolita. La melanina (composto costo del semiconduttore viene drasticamente
stato sino ad oggi sottovalutato per l’efficienza, organico) assorbe radiazione UV (non utile ridotto. I limiti di questa tecnologia sono dovu-
certamente minore rispetto al monocristallino Celle CIS per la conversione fotovoltaica), “riemetten- ti alla necessità di un sistema di inseguimento
o al policristallino, tuttavia le celle a film sottile I materiali utilizzati per la deposizione dello do” luce nel visibile, e quindi utile per l’effetto solare tanto più complesso quanto più alto è il
hanno il vantaggio di tollerare meglio gli om- strato sono definiti CIS (Diseleniuro di Indio fotovoltaico. livello di concentrazione e alla necessità della
breggiamenti e di essere meno influenzate dalla e Rame) o CIGS (Diseleniuro di Indio, Rame e luce solare diretta. Sono indicati per zone molto
temperatura rispetto alle celle in silicio. Gallio). Questa tecnologia a film sottile è la più assolate, come ad esempio il Sud Italia.
7
Il processo produttivo integrato:
come ottenere un modulo fotovoltaico di qualità
a cura di Valentina De Carlo
La qualità di un modulo fotovoltaico dipende da molti fattori, spesso invisibili ad occhio nudo, ed è determinata nel corso del suo intero processo produttivo: maggiore è il numero di fasi di produzione che un’azienda gesti-
sce direttamente, maggiore è la qualità del prodotto finito. Seguire l’intera catena di produzione, dal wafer di silicio fino al modulo completo, consente infatti di eseguire controlli di qualità a diversi stadi e di armonizzare
i processi tra loro in modo da ottimizzare il risultato finale.
Un altro aspetto che può influire sulla qualità del prodotto è il livello di automazione dello stabilimento: più alta è la tecnologia impiegata, maggiore è la precisione nei controlli e nella lavorazione. Anche il grado di automa-
zione dei trasporti è importante: minore è la movimentazione manuale dei materiali, più bassa è la probabilità di rottura e danneggiamento degli stessi, a tutto vantaggio della qualità complessiva del modulo.
Di seguito illustriamo il proces- Produzione wafer 1. In questa fase viene verificata la qualità rottura, nonché assicurare la medesima
so produttivo ottimale per ot- Sono 7 le fasi per la produzione dei dei materiali impiegati (lingotti, sup- dimensione dei wafer.
tenere un modulo fotovoltaico wafer a partire dai lingotti di silicio: porto per il trasporto, cavo per il taglio
in silicio cristallino di qualità. dei wafer, ecc.). 3. I lingotti di silicio sono incollati su una
1. Controllo materie prime
Si procede poi alla marchiatura laser dei base costituita da una lastra di vetro ed
2. Levigazione lingotti di silicio per la loro tracciabilità un supporto di acciaio. Il vetro servirà per
Selezione fornitori e controllo materie 3. Incollaggio attraverso il sistema di controllo della sostenere i wafer una volta tagliati, il sup-
prime produzione. porto per trasportare i lingotti lungo la
La qualità di un modulo fotovoltaico comincia 4. Taglio
stazione di taglio.
ancor prima dell’avvio della produzione: tutte 5. Separazione 2. La superficie e i bordi dei lingotti di silicio Per garantire la perfetta aderenza del col-
le materie prime - dal silicio fino al vetro solare sono levigati in modo da creare un bloc- lante si attendono 10 ore prima di passare
6. Lavaggio
– devono rispettare precise specifiche di quali- co uniforme e ridurre le probabilità di alla fase successiva.
tà. Per questo è importante un’attenta selezione 7. Analisi
dei fornitori, nonché il loro coinvolgimento di-
wafer - incollaggio wafer - taglio
retto per il continuo miglioramento dei prodotti.
Al loro arrivo presso lo stabilimento, le materie
prime sono testate con rigorose ispezioni dirette
a verificarne qualità, affidabilità e compatibilità
con il processo produttivo.
8
wafer - lavaggio celle - testurizzazione
4. I lingotti di silicio sono tagliati in wafer da 5. I lingotti tagliati, ancora incollati al suppor- Produzione celle 1. Tramite trattamenti chimici acidi, eventuali
180 μm tramite un cavo metallico immerso to di base, sono immersi nel glicole per evi- La produzione delle celle consiste in 8 fasi: segni lasciati durante il taglio sono elimi-
in un composto semi-liquido (slurry) con- tare che il composto si secchi e diventi dif- 1. Testurizzazione nati dalla superficie dei wafer. La superficie
tenente carburo di silicio e glicole. Il cavo, ficile da rimuovere. Essi sono poi sottoposti viene inoltre trattata in modo da assumere
2. Drogaggio
spesso 120 μm, funge da trasportatore di a diversi lavaggi per asportare il composto una microstruttura vermicolare capace di
questo composto, che è il reale responsabile e ad un bagno acido per dissolvere il col- 3. Rimozione pellicola fosforica minimizzare la riflessione della luce.
del taglio. Il composto è soggetto a continui lante e staccare il supporto. I lingotti sono 4. Rivestimento anti-riflesso
controlli per verificare la grana delle parti- infine immersi in acqua per la separazione 2. I wafer sono cosparsi con una sostanza
5. Metallizzazione
celle del carburo di silicio, fondamentale nel dei wafer. fosforica e poi introdotti in un forno a
processo di taglio. Altri controlli sono diretti 6. Cottura 700°C dove la sostanza si diffonde. Il fo-
a verificare la velocità del taglio e la tempe- 6. Nella stazione di lavaggio, i wafer sono pu- 7. Isolamento sforo diffuso, in combinazione con il boro,
ratura mantenuta nel corso del processo. liti tramite bagni in acqua a diverse tem- genera il fenomeno noto come giunzione
perature e con diversi livelli di ultrasuoni;
8. Analisi e classificazione
wafer - analisi sono poi risciacquati ed infine asciugati celle - drogaggio
con aria compressa.
7. I wafer sono analizzati e suddivisi in base ad
alcuni parametri: forma, dimensioni, pro-
prietà della superficie, spessore, curvatura,
fratture, ecc. I dati dei wafer sono codificati
in un transponder applicato sul fondo dei
contenitori in cui sono inseriti. I wafer ido-
nei passano allo stadio successivo.
celle - rivestimento antiriflesso celle - metallizzazione
P-N, al quale si deve il comportamento strati di nitrito di sodio ed altri composti della cella. Sul fronte, oltre ai bus-bar, 7. Dopo la cottura, il fronte ed il retro del-
elettrico della cella solare. Sulla superfi- chimici che ne riducono il coefficiente di viene stampata anche la griglia metallica le celle sono connessi elettricamente tra
cie resta una pellicola fosforica che deve riflessione al di sotto del 4%. Il rivesti- per la conduzione dell’energia elettrica. loro. Per evitare corto-circuiti, questa
essere rimossa. mento avviene in un ambiente sottovuo- connessione è spezzata tramite un laser
to. È in questa fase che la cella acquisisce 6. Per far aderire la maglia metallica alla su- che isola la cella ai bordi.
3. La pellicola fosforica è eliminata tramite il suo caratteristico colore blu. Un sistema perficie, le celle serigrafate sono sottoposte
fluoruro d’idrogeno e i wafer sono lavati. ottico verifica lo spessore e l’omogeneità a cottura in appositi forni, dove la tempe- 8. Un sistema automatico controlla e clas-
del rivestimento delle celle. ratura deve essere regolata e controllata sifica le celle in base a parametri elettrici
4. A questo stadio, la cella riflette ancora il attentamente. Durante la cottura, viene ed estetici: potenza e curva caratteristica,
20% della luce del sole. Per questo viene 5. Sul retro della cella sono serigrafati i bus- emesso dell’idrogeno per saturare eventuali colore, serigrafia, ecc.
applicato uno speciale rivestimento anti- bar in argento ed è applicato uno strato imperfezioni. Le celle sono poi raffreddate e
riflesso: sulla cella sono depositati sottili di alluminio che incrementa l’efficienza riportate a temperatura ambiente.
celle - cottura celle - isolamento celle - analisi e classificazionemoduli - lavaggio vetro moduli - applicazione lamina 1
Produzione moduli 1. Il vetro solare è lavato senza additivi 3. Le celle sono saldate tra loro in stringhe
La realizzazione del modulo prevede 12 fasi: chimici ed asciugato in modo total- mediante interconnessioni di rame: i
mente automatizzato. contatti (bus-bar) frontali di una cella
1. Lavaggio del vetro 7. Taglio perimetrale Viene poi contrassegnato con un codi- sono collegati a quelli posteriori della
2. Applicazione lamina 1 8. Montaggio cornice ce a barre che, rilevato nelle successi- cella successiva e così via.
3. Connessione in stringhe 9. Pulitura
ve stazioni tramite scanner, consente La saldatura avviene in dieci punti dif-
la completa tracciabilità del prodotto. ferenti lungo i bus-bar. Le stringhe di
4. Saldatura stringhe 10. Montaggio cassetta di giunzione celle sono successivamente deposita-
5. Applicazione lamina 2 11. Test 2. Apposite macchine stendono sul ve- te sul vetro ricoperto di EVA.
tro la prima pellicola di EVA (Etilene-
6. Laminazione 12. Imballaggio Vinil-Acetato) che svolge funzioni di 4. La fase successiva consiste nella sal-
protezione ed isolamento delle celle. datura delle stringhe di celle tra loro.
moduli - connessione in stringhe moduli - saldatura stringhemoduli - applicazione lamina 2 moduli - laminazione
In questo stadio le macchine svolgono 6. Nella stazione di laminazione, in am- 7. Le parti sporgenti delle pellicole di 8. Dopo l’applicazione di un nastro bi-
un lavoro di alta precisione per unire biente sottovuoto, il vetro, le pellicole rivestimento sono tagliate con una adesivo su tutto il perimetro, il modu-
le interconnessioni di rame sporgenti e la matrice di celle sono compressi e lama a caldo lungo tutto il perimetro lo passa alla pressa dove la cornice è
e saldarle. sigillati a caldo in modo da costitui- del modulo. I robot rilevano il perime- montata ed avvitata tramite cacciavi-
re un tutt’uno. Con questo processo, tro con sensori ottici ed effettuano te pneumatico.
5. La saldatura ed il retro delle celle sono le pellicole di EVA, precedentemente tagli precisi al micrometro. Questa
controllati visivamente. opache, diventano trasparenti. Il mo- operazione è essenziale per la quali- 9. Il modulo è successivamente pulito,
La matrice di celle è poi ricoperta con dulo è poi trasferito nella stazione di tà del modulo, dal momento che una controllato visivamente, classificato
la seconda pellicola di EVA ed un’altra raffreddamento dove è portato a tem- pellicola danneggiata potrebbe pro- ed inserito nella banca dati elettro-
lamina protettiva posteriore in tedlar. peratura ambiente. vocare infiltrazioni di umidità. nica.
moduli - taglio perimetrale moduli - montaggio cornicemoduli - pulitura moduli - montaggio cassetta giunzione
Si procede poi alla preparazione dei 11. Le caratteristiche elettriche dei e la curva caratteristica. In base lare i moduli in modo pratico e sta-
collegamenti per il montaggio della moduli sono misurate tramite un ai risultati dei test, i moduli sono bile, sono utilizzati speciali supporti
cassetta di giunzione. simulatore di luce solare, chiamato classificati e contrassegnati con la angolari.
flasher. rispettiva etichetta. La cassetta di
10. Con precisi movimenti controllati da Il simulatore sottopone i moduli a giunzione viene incapsulata con un
sensori, un robot applica la cassetta veloci lampi di luce che misurano le involucro ermetico.
di giunzione sul retro del modulo, la prestazioni dei moduli in condizio-
incolla e ne salda i contatti. ni di pieno e basso irraggiamento 12. Su ogni modulo viene applicata
La cassetta di giunzione è provvista (1.000 e 200 W/m 2) ed altri parame- un’etichetta che riporta i valori mi-
di connettori. tri, come l’isolamento a 6.000 Volt surati alla stazione flash. Per impi-
moduli - test moduli - testSistema di gestione e controllo qualità
Stampa codice a
Controllo vetro Lavaggio vetro
barre sul vetro
Applicazione
Controllo EVA Taglio pellicola pellicola EVA Controllo posizione
e pellicole EVA sul vetro EVA
Controllo a Applicazione
Controllo celle Controllo celle Saldatura celle Controllo stringhe
campione adesione stringhe di celle
in stringhe celle
contatto celle sul vetro
Controllo a
Saldatura delle Controllo della Controllo delle Applicazione EVA e
Laminazione campione adesione
stringhe di celle saldatura interconnessioni pellicole posteriori
delle pellicole
Lavaggio modulo, Controllo e
Taglio perimetrale Controllo del taglio Applicazione nastro
adesivo per cornice
Montaggio cornice applicazione classificazione I controlli più significativi sono i seguenti: - la misurazione dell’efficienza spettrale e del-
numero seriale modulo
- un microscopio elettronico a scansione con- la riflessione della cella fornisce informazioni
trolla la struttura superficiale dei wafer e ne dettagliate sulla sua reazione alla luce;
rileva eventuali micro-fratture o segni; - il simulatore di luce solare (flasher) calcola le
Controllo cassetta Montaggio cassetta Saldatura cassetta Misurazione valori Test ad elevata
di giunzione di giunzione di giunzione
elettrici nominali tensione: isolamento - uno spettrometro ad infrarossi e un ellisso- caratteristiche elettriche del modulo;
del modulo elettrico
metro sono utilizzati per ottimizzare lo stra- - nelle camere climatiche sono effettuati i test
to anti-riflesso di nitrito di silicio delle celle; di resistenza alle diverse condizioni atmosfe-
- la misurazione della resistenza di contatto riche;
Etichettatura Incapsulamento Controllo a
Suddivisione
modulo moduli
cassetta di
giunzione
campione
dei moduli
Imballaggio tra conduttura metallica frontale della cella - i test di trazione meccanica verificano
e silicio consente di regolare il processo di l’adesione degli elementi laminati e sal-
legenda cottura delle celle; dati: ad esempio è testata l’adesione dei
Processo Processo Controllo materiale Controllo Controllo - un sistema di visualizzazione delle misura- bus-bar e della griglia metallica, l’adesione
automatico manuale in entrata automatico da parte dell'operatore
zioni termografiche consente di rappresen- delle pellicole o la resistenza delle connes-
Il processo ottimale per produrre un modulo di alto livello non può prescindere da un sistema completo di gestione e tare eventuali dispersioni elettriche locali e sioni tra le celle.
controllo di qualità. Questo sistema deve prevedere rigorose verifiche ad ogni stadio della produzione nonché la completa di associarle ad una data fase di produzione
tracciabilità di ogni elemento che costituisce il prodotto finito. Come già sottolineato, quanto maggiori sono le fasi di o ad un difetto del materiale;
produzione gestite direttamente, tanto maggiori sono i controlli che si possono eseguire ad ogni fase e tanto maggiore è la
garanzia che si può avere sulla qualità complessiva del modulo.
Il diagramma di flusso soprastante illustra il processo di produzione e controllo ottimale per ottenere un modulo di qualità.
I moduli devono attraversare numerosi punti di ispezione, dove i test sono effettuati in modo automatico con apposita La tracciabilità dei componenti è garantita tramite l’applicazione di codici a barre o transponder
strumentazione o da operatori specializzati. In questo modo si possono rilevare piccoli difetti, apparentemente invisibili, che che possono fornire informazioni dettagliate su ogni componente, quali il lotto di appartenenza, la
possono compromettere, anche considerevolmente, la resa del modulo nel tempo. macchina dove è stato lavorato, i parametri adottati nel corso della sua lavorazione, ecc.
14Componenti del modulo fotovoltaico
a cura di Mirko De Boni
Ad occhio nudo i moduli fotovoltaici sembrano per lo più simili tra loro. Eppure l’osservatore esperto sa che sono molti gli elementi che differenziano i moduli e che i piccoli dettagli possono fare la differenza. Il vetro, la cornice
o la cassetta di giunzione, ad esempio, non sono componenti in base ai quali normalmente si pondera la scelta di un modulo. Tuttavia c’è vetro e vetro e c’è cornice e cornice. Persino la combinazione di vetro e cornice con
determinate proprietà può incidere sulle prestazioni dei moduli.
Di seguito illustriamo i vari componenti del modulo fotovoltaico in silicio cristallino, evidenziando le caratteristiche che essi devono avere ed i controlli di qualità a cui devono essere sottoposti per garantire la massima produ-
zione energetica nel tempo, una lunga vita di esercizio e robustezza in ogni condizione ambientale.
Celle permette di sfruttare tutta l’area del modulo Per poter ottenere delle celle di elevata qua-
La conversione della radiazione solare in una fotovoltaico. lità, tutte con le medesime caratteristiche sia
corrente di elettroni avviene nella cella foto- Il silicio policristallino è caratterizzato invece elettriche che meccaniche, come pure una
voltaica, costituita da una sottile fetta di ma- da una struttura cristallina disordinata, l’effi- costante gradazione di colore e dimensioni
teriale semiconduttore, molto spesso silicio, cienza della cella è leggermente inferiore, ma uguali, è necessario che il processo produtti-
opportunamente trattata. permette un maggior utilizzo del materiale e vo sia altamente automatizzato. Si consideri
La cella si ricava tramite il taglio di un lin- dell’area del modulo, offrendo quindi un ri- anche che, come detto, lo spessore della cella
gotto che viene creato tramite la fusione dei sultato estetico migliore. è di soli 0,1-0,2 mm, quindi siamo in presenza
cristalli di silicio; la tecnica utilizzata per la Lo spessore medio delle celle va da circa 0,17 di una lamina molto fragile che, se non ma-
formazione del lingotto permette di creare a 0,32 mm, questo è un limite imposto pre- neggiata con cura, potrebbe poi essere inte-
un silicio di tipo monocristallino oppure poli- valentemente dalla tecnica di taglio del lin- ressata da rotture o crepe durante il normale
cristallino (o multicristallino). gotto di silicio. La possibilità di ottenere celle funzionamento negli anni, riducendo così la
Il primo è caratterizzato da una struttura cri- con uno spessore inferiore permetterebbe di produzione energetica del modulo.
stallina univoca e molto ordinata e il silicio ricavare più celle da una stessa quantità di Non è quindi concepibile che le celle possano
che lo compone ha un grado di purezza mag- materiale semiconduttore con la conseguen- essere assemblate a mano senza l’ausilio di
giore. Le celle monocristalline permettono te diminuzione del costo dei moduli. specifici macchinari automatizzati: è neces-
in genere di ottenere dei valori di efficienza Durante il processo di produzione del mo- sario avere la certezza che la cella non abbia
leggermente superiori rispetto alle celle poli- dulo, i test iniziano già sul lingotto tramite subito traumi che ne potrebbero causare la
cristalline; hanno però una forma ottagonale ispezioni approfondite al fine di verificarne rottura.
(quadrato con gli angoli smussati) in quanto la qualità, il tempo di vita delle cariche e la Un aspetto fondamentale durante i vari
sono ricavate da un lingotto circolare otte- resistività del blocco di silicio. processi di taglio, levigazione, pulizia e dro-
nuto da un particolare processo di lavorazio- Tramite un processo chimico di drogaggio gaggio della cella è dato quindi dai control-
ne definito metodo Czochralsky. Tale lavora- si genera nella cella una giunzione PN. Tale li: dopo ogni singolo processo, la cella deve
zione ha come effetto negativo la produzione giunzione, se esposta ad una fonte lumi- passare un controllo di qualità ottico che
di una maggiore quantità di scarti in fase di nosa, è in grado di generare una corrente certifichi la buona riuscita della lavorazione
lavorazione e inoltre la forma della cella non figura 1: celle fotovoltaiche elettrica. effettuata.
15nudo, ma richiede degli strumenti specifici.
Nella scelta di un modulo fotovoltaico, l’unica
garanzia che può avere l’installatore è quella
di affidarsi a produttori di moduli di altissima
qualità, che garantiscono una costante verifi-
ca e un corretto assemblaggio di tutti i com-
ponenti del modulo.
Tedlar
Il Tedlar è il materiale che, unitamente a EVA,
figura 2: collegamento in stringhe delle celle fotovoltaiche celle e vetro solare, viene laminato a caldo per
formare il modulo solare. Si tratta di un pan-
nello flessibile dello spessore di circa 1mm, di
colore bianco, chimicamente inerte, resistente
Bus-bar moduli, il collegamento tra una cella e l’altra trapezoidale in modo da garantire che la luce e leggero, che rappresenta la parte posteriore
Con il termine bus-bar si identificano i col- potrebbe allentarsi (si tratta infatti di uno dei che colpisce le pareti dei collegamenti venga del modulo FV. Grazie alle sue proprietà mec-
legamenti elettrici tra le celle. Gli elettroni punti più critici del modulo fotovoltaico). Nel poi riflessa verso la cella. caniche, elettriche e chimiche, il Tedlar è un
emessi dalla cella sono catturati da un reticolo caso si dovesse rompere un bus-bar, la presen- materiale ideale per molti tipi di protezione
conduttivo che ricopre tutta la superficie della za del terzo collegamento assicura che almeno EVA delle superfici. Mantiene la sua forza e flessi-
cella e convoglia gli elettroni verso dei fila- due continuino a lavorare. La soluzione mi- L’EVA è un copolimero di etilene e di acetato di bilità all’interno della gamma di temperature
menti di sezione maggiore (tipicamente 2 o 3) gliore si ha con l’utilizzo di tre bus-bar, tutti in vinile. Si tratta di un composto estremamente da -70°C fino a 110°C. Ha un allungamento di
che sono utilizzati anche per il collegamento grado di supportare oltre il 50% delle cariche elastico, che può essere utilizzato per formare oltre il 100%, resistenza all’usura, agli agenti
tra una cella e l’altra. che la cella può emettere: questo garantisce un materiale poroso simile alla gomma, ma atmosferici e ai raggi UV ed è facile da pulire.
La maggior parte dei moduli è dotata di due ottime performance in condizioni normali ed con durezza eccellente. Alcuni test hanno dimostrato che, sottoposti
bus-bar, alcuni invece ne hanno tre. La pre- anche un perfetto dimensionamento nel caso L’EVA viene utilizzato nei moduli fotovoltaici a a intensa esposizione a raggi ultravioletti (UV),
senza di soli due collegamenti permette di in cui un collegamento venga a mancare. protezione delle celle. Queste vengono infatti luce, caldo e umidità, i componenti utilizzati
coprire la minor superficie possibile della cella Un aspetto fondamentale che riguarda l’ef- racchiuse tra due fogli molto sottili in modo in applicazioni di pannelli fotovoltaici pro-
aumentando quindi la parte attiva esposta ai ficacia dei collegamenti è sicuramente dato da essere messe sotto vuoto. Risulta estrema- tetti con uno specifico film Tedlar rimangono
raggi solari, nello stesso tempo però aumenta dalla qualità della saldatura, che deve essere mente importante garantire l’assenza assoluta in condizioni eccellenti dopo oltre 20 anni di
la quantità di corrente per singolo bus-bar, au- fatta in maniera ottimale con l’ausilio di un di aria per evitare che con il tempo si verifichi- esposizione all’esterno. Tipicamente il Tedlar
mentando quindi la resistenza di contatto ed flussante, un liquido che facilita l’ottimo ac- no ossidazioni della cella, visibili come chiazze rimane strettamente unito al materiale senza
innalzando la temperatura della cella. coppiamento tra i collegamenti e assicura una di colore giallo sul modulo. Queste ossidazioni mostrare segni di delaminazione, ma è fonda-
Il terzo bus-bar invece dà la possibilità di di- saldatura uniforme e perfetta. farebbero decadere enormemente le funzio- mentale garantire costanti controlli durante il
stribuire uniformemente il carico sui tre fila- Tutti i collegamenti devono chiaramente esse- nalità della cella interessata, cosa che a sua processo di costruzione del modulo fotovoltai-
menti che dovranno condurre minori correnti re testati al fine di assicurare l’assenza di resi- volta farebbe diminuire la potenza generata co per assicurare questa aderenza nel tempo.
assicurando quindi una temperatura della cel- stenze dovute a saldature non ottimali. Attra- dal modulo. Devono quindi essere previsti numerosi test
la inferiore. verso particolari strumenti, si effettua inoltre La presenza o meno di bolle d’aria dopo il pro- proprio per verificare il grado di adesione tra
C’è inoltre una maggiore garanzia in caso di un test di adesione dei contatti, misurando la cesso di laminazione del modulo, cioè il rivesti- cella, EVA e Tedlar in modo da garantirla nel
rottura del bus-bar. Si consideri che, a cau- forza necessaria per sollevare il bus-bar dalla mento delle celle con l’EVA, il vetro e il Tedlar, tempo.
sa degli sbalzi termici a cui sono sottoposti i cella. Il bus-bar infine deve essere di forma non è praticamente mai verificabile ad occhio
16richiesti dalla normativa. Questo chiaramen- La scatola di giunzione viene montata nella
te offre maggiori garanzie all’acquirente. parte posteriore del pannello e contiene i dio-
di di by-pass.
Junction-box Tali diodi hanno la funzione di evitare che, nel
Le scatole di giunzione elettrica (dette anche caso in cui una o più celle fossero oscurate a
junction-box) sono dispositivi che contengo- causa di ombreggiamenti, sporcizia o altro, si
no i vari collegamenti tra le celle e che per- generi il cosiddetto effetto “hot spot”, ossia il
mettono il cablaggio dei moduli fotovoltaici. surriscaldamento causato dal diverso irrag-
A prima vista sembrano essere molto simili giamento di una o più celle collegate in se-
tra loro, ma ci sono alcuni accorgimenti che rie. In questa evenienza la cella ombreggiata
le rendono un componente fondamentale per funge da carico con conseguente dispersione
massimizzare la produzione energetica di un ed innalzamento della temperatura locale
modulo e per aumentare la sicurezza dell’im- dovuto al passaggio della corrente delle al-
figura 3: composizione del modulo FV pianto. tre celle non ombreggiate. I diodi di by-pass
Vetro Il trattamento più utilizzato è definito TCO
Il vetro dei moduli è uno degli elementi (Transparent Conductive Oxide), che depo-
più importanti in quanto ha la funzione di sita sulla superficie del vetro un rivestimen-
proteggere le celle dagli agenti atmosferici to con uno spessore di poche decine di μm
e deve chiaramente garantire la massima consentendo di ridurre le perdite dall’8% al
trasmissione della luce in modo che tutte le 2%.
radiazioni incidenti arrivino alle celle. Oltre a questa funzione, il trattamento su-
Il vetro è composto principalmente da sab- perficiale deve facilitare la pulizia del vetro,
bia (60%), soda (19%), dolomite (15%) e filtrare i raggi UV ed infrarossi che non sa-
altri materiali. Per assicurare un’ottima tra- rebbero comunque assorbiti dalle celle e che
smissività è indispensabile che il contenuto potrebbero quindi aumentare la temperatu-
di ferro sia estremamente basso. ra del modulo in modo indesiderato.
figura 4: funzionamento normale dei diodi di by-pass
In linea generale l’assorbimento della luce Come accennato precedentemente, il vetro
da parte del vetro è circa pari ad un punto rappresenta anche la protezione delle cel-
percentuale. La diversità tra l’indice di rifra- le verso l’esterno ed è quindi fondamentale
zione del vetro e dell’aria, inoltre, fa devia- che la sua resistenza ai forti carichi di vento,
re il 4% della radiazione incidente e questo neve e grandine sia garantita.
avviene su entrambe le facce del vetro, con Queste prove sono generalmente fatte già
una perdita totale dell’8%, sicuramente non in fase di certificazione del modulo ma, se
accettabile per un modulo fotovoltaico. per essere a norma, un modulo deve poter
Per limitare questo effetto è indispensabi- sopportare un carico sul vetro di 2400Pa,
le effettuare un trattamento antiriflesso alcuni produttori sono in grado di garantire
sulla superficie del vetro che consiste nell’ resistenze ai carichi anche di 5400Pa cioè
applicare un sottilissimo strato di materiale 550kg/m2, e di certificare il modulo secondo
avente un indice di rifrazione intermedio. standard molto più restrittivi anche se non figura 5: funzionamento dei diodi di by-pass in caso di ombreggiamento
17Questo arieggiamento garantisce in primo all’inverter. I connettori fotovoltaici ottima- e che possono causare anche delle rotture del
luogo un maggiore raffreddamento dei diodi li devono presentare elevate caratteristiche modulo nel caso si formi ghiaccio all’interno
di by-pass presenti all’interno della scato- meccaniche per garantire una lunga durata e della cavità.
la e, in secondo luogo, un raffreddamento devono essere realizzati con materiali speci- Un profilo definito “senza camera vuota”,
omogeneo delle celle che stanno nella parte ficatamente sviluppati per applicazioni foto- cioè senza cavità, è sicuramente da prefe-
frontale. voltaiche in modo da supportare adeguata- rire.
Se infatti si ha la possibilità di verificare la mente le correnti che si presentano. Altro aspetto, non meno importante, è il fat-
termografia di un modulo fotovoltaico, si to che la cornice abbia un profilo smussato
noterà che, normalmente, le celle che stanno Cornice in corrispondenza del contatto con il vetro:
davanti alla scatola di giunzione rivelano una La cornice del modulo fotovoltaico è un com- ciò fa in modo che le naturali precipitazioni
maggiore temperatura, proprio per il fatto di ponente estremamente importante perché contribuiscano alla pulitura del vetro, pre-
non essere raffreddate posteriormente. Una assicura la resistenza meccanica del modulo venendo l’accumulo di sporcizia, possibile
cella con temperatura più elevata produce stesso. causa di ombreggiamenti alle celle e quindi
meno energia ed essendo collegata in serie In genere non viene mai data molta impor- di riduzione delle prestazioni del modulo.
ad altre celle creerebbe un collo di bottiglia tanza alla valutazione di questo aspetto, ma Ulteriori plus della cornice sono riscontrabili
nell’intera stringa di celle. Una scatola di risulta invece fondamentale capirne la fun- analizzando le certificazioni che accompa-
giunzione sollevata permette al contrario un zionalità, per garantire la durata del modulo gnano il modulo. La IEC 61730 prevede in-
figura 6: Junction-box
raffreddamento uniforme delle celle aumen- nel tempo. fatti test di svergolamento garantendo la
servono appunto a bypassare queste celle per tando la produzione del modulo. Il primo aspetto da osservare è l’assemblaggio massima tenuta del modulo in condizioni di
escluderle dal circuito. Normalmente viene delle varie parti della cornice. Chiaramente un forte vento.
montato un diodo ogni 15-20 celle. I cavi utilizzati per l’interconnessione dei mo- modulo è formato da due lati di cornice più Si consiglia inoltre di richiedere al costrut-
La scatola di giunzione è utilizzata principal- duli sono cavi unipolari a doppio isolamento, lunghi e due più corti, i quali possono essere tore la presenza o meno di specifiche certifi-
mente per nascondere le giunzioni elettriche resistenti ai raggi UV e in grado di operare fissati tra loro mediante semplice incastro o cazioni che riguardano test di corrosione per
e fornire un grado di protezione per l’inter- in un campo di temperatura generalmente mediante fissaggio con viti. salsedine o ammoniaca, utili per garantire le
faccia di collegamento. La scatola di giun- compreso fra -40 e +120°C. Il fissaggio con viti, oltre ad assicurare una performance negli anni in caso di applica-
zione può anche contribuire in modo attivo I cavi che vengono utilizzati sono di sezione maggiore tenuta e robustezza, permette an- zioni in ambienti particolari come vicino alle
alla sicurezza degli impianti fotovoltaici; se 4 mm2, sviluppati specificamente per il setto- che di avere un collegamento galvanico mi- coste o su capannoni addetti all’allevamen-
progettata correttamente, la junction-box re fotovoltaico e pertanto idonei all’impiego gliore e di garantire una perfetta continuità to di animali.
può essere in grado di evitare la formazione nelle diverse zone climatiche, con le più sva- elettrica. In ultima analisi si ricorda che la garanzia
di archi elettrici tra il polo positivo e negativo riate condizioni ambientali. I connettori sono Un altro particolare molto importante ri- dei moduli viene assicurata solo se questi
del modulo, in caso di sovraccarico o di una componenti fondamentali dell’impianto, in guarda la sezione della cornice: questa può vengono montati utilizzando fissaggi sui
differenza di potenziale troppo elevata dovu- quanto devono garantire un corretto e du- essere formata da una singola parete di so- lati lunghi, come in genere è descritto nei
ta ad un collegamento non corretto o a ful- raturo rapporto elettrico tra i vari moduli e stegno oppure da due. La presenza di due manuali di installazione, a meno che il fis-
mini. Altro aspetto, estremamente importan- l’inverter, mantenendo inalterata negli anni pareti crea una cavità che corre lungo tutto saggio sul lato corto non sia stato permesso
te ma quasi mai presente nei moduli, è avere la prevista qualità della connessione. Una il perimetro del modulo come fosse un tu- dal costruttore stesso.
a disposizione una junction-box sollevata dal caratteristica fondamentale di questo tipo di bolare rettangolare.
modulo, cioè non completamente a contatto, interconnessione è la resistenza di contatto, All’interno di questa cavità, con il passare del
al fine di garantire il passaggio d’aria tra la che deve essere la più bassa possibile, in modo tempo, si accumulano umidità e sporcizia che
scatola di giunzione e la parte posteriore del da avere una limitata sovratemperatura delle a fatica riescono a fuoriuscire dai fori di sco-
modulo. giunzioni e una maggiore potenza trasferita lo, generalmente presenti lungo il perimetro,
18La qualità dei moduli fotovoltaici?
Questione di dettagli.
a cura di Valentina De Carlo
Il modulo è il cuore dell’impianto fotovoltaico, il luogo dove l’elettricità viene prodotta. Quello che si spreca qui non può essere compensato nemmeno con la progettazione più ingegnosa. Per questo, nella produzione dei
suoi moduli, Conergy ha deciso di non fare alcun compromesso sulla qualità e di puntare al continuo miglioramento delle prestazioni. I moduli Conergy PowerPlus sono prodotti nello stabilimento Conergy di Frankfurt Oder
(Germania), uno dei più moderni stabilimenti solari del mondo, dove la catena integrata di produzione wafer-cella-modulo, l’alto livello di automazione dei processi ed i continui controlli di qualità garantiscono l’assenza di
micro-difetti che possono compromettere la resa del modulo nel tempo. Questi moduli si distinguono per massima resa, alta qualità ed affidabilità, robustezza e lunga durata e presentano caratteristiche che li pongono
ai più alti livelli di mercato. Essi sono infatti prodotti con una serie di accorgimenti tecnici e di design che ne incrementano prestazioni, funzionalità ed aspetto estetico.
U A LITÀ
Q E IN
M A D Y
Tolleranza di potenza positiva basato sui Wp nominali, la tolleranza positiva
E R MAN I moduli in commercio presentano una tol- permette di pagare per una data potenza ed
G leranza di potenza che varia per lo più tra -3 avere, in media, una potenza effettiva mag-
e +3 percento. Ciò indica che, rispetto alla giore.
potenza nominale, la potenza effettiva di un
modulo da 200 W può essere inferiore anche Alta efficienza a basso irraggiamento
di 6 watt. Questo si traduce in una considere- Le normative sul fotovoltaico richiedono che
vole perdita economica nell’arco dei 20 anni le prestazioni dei moduli siano misurate in
di incentivazione dell’impianto fotovoltaico: condizioni standard di laboratorio, che pre-
considerando la tariffa di 0,48 e per kWh, per vedono un irraggiamento di 1.000 W/m2 ed
un impianto da 6 kW, ad esempio, il mancato una temperatura della cella di 25°C. Queste
guadagno equivarrebbe ad oltre 2.000 e. condizioni corrispondono ad una situazione
I moduli Conergy PowerPlus hanno tolleranza di sole splendente ed assenza di nuvole, che
di potenza esclusivamente positiva (-0/+2,5% raramente si verifica in condizioni reali di
o -0/+3% a seconda dei modelli) e questo ga- funzionamento dell’impianto fotovoltaico.
rantisce che il cliente ottenga dall’impianto Nei giorni nuvolosi o nebbiosi, così come nel
fotovoltaico non solo le prestazioni e i rica- primo mattino o alla sera, l’irraggiamento
vi attesi, ma addirittura risultati migliori di medio che raggiunge il modulo fotovoltaico
quelli stimati in fase di progetto. ha valori inferiori a 1.000 W/m2 e, anche in
Tolleranza positiva significa maggiori rendi- una località soleggiata, si stima che il modulo
menti energetici ed economici ed una mag- lavori, per l’80% del tempo, con irraggiamen-
giore sicurezza dell’investimento. Ma non ti compresi tra 200 e 900 W/m2. È dunque
solo: poiché il prezzo di vendita dei moduli è evidente come sia più vantaggioso utilizzare
19dei componenti ed occupando una minore corrente nominale.
superficie d’installazione I moduli Conergy PowerPlus hanno inoltre
superato il test di resistenza alla salsedine
Certificazioni previsto dalla IEC 61701. Questa certifica-
Il Conto Energia prevede che, per accedere zione, non obbligatoria per legge, prova che
alle tariffe incentivanti, i moduli in silicio cri- questi moduli sono resistenti alla corrosione
stallino utilizzati negli impianti fotovoltaici causata dalla salsedine e rappresentano la
debbano essere certificati secondo la nor- soluzione ottimale per l’utilizzo in ambienti
mativa CEI EN 61215 (CEI 82-8), che include con elevata concentrazione salina nell’aria,
diverse prove termiche, meccaniche ed elet- come ad esempio le zone costiere.
triche finalizzate a verificare le prestazioni I Conergy PowerPlus, infine, hanno dato pro-
dei moduli. va di un’elevata resistenza all’ammoniaca,
I moduli Conergy PowerPlus non solo sono cosa che li rende ideali per l’impiego in con-
certificati secondo i minimi requisiti di leg- testi agricoli, come ad esempio i tetti delle
ge, ma rispettano anche i più severi standard stalle, dove le elevate emissioni di ammonia-
qualitativi attualmente presenti nel mercato, ca da parte degli animali possono accelerare
come l’edizione 2 della CEI EN 61215 e la cer- il deterioramento dei moduli. Il test di labora-
tificazione IEC 61730. torio si svolge in una camera fumi per 1.500
Rispetto all’edizione base, La CEI EN 61215 ore, a 70°C, con umidità relativa dell’aria del
Edizione 2 aggiunge alcuni test che esami- 70% e concentrazione di ammoniaca pari a
nano il comportamento del modulo in con- 750 ppm.
dizioni elettriche e climatiche estreme. Ad
esempio, viene verificato l’isolamento del Garanzie
modulo in ambiente umido con tensione a I moduli Conergy PowerPlus sono forniti con
moduli con alti valori di efficienza proprio in fino a 3 volte in meno rispetto ad altri mo- 500V o il funzionamento del diodo di by-pass garanzie superiori ai minimi di legge e più
questo intervallo di irraggiamento. duli presenti sul mercato, che si attestano a temperature molto elevate (75°C). Oppure estese rispetto a molti altri moduli presenti
Nonostante sia opinione comune che l’ef- su valori tra il 4 e il 6%. Questo coefficien- si simulano carichi di neve o vento partico- sul mercato:
ficienza di un modulo fotovoltaico in silicio te di riduzione è stato verificato e certificato larmente elevati. - fino a 10 anni sul prodotto;
cristallino si riduca al diminuire dell’irraggia- dall’ente TÜV Rheinland. La IEC 61730 comprende test di sicurezza an- - 12 anni sul 92% e 25 anni sull’80% della
mento, i moduli Conergy PowerPlus, nell’in- Ciò significa che i moduli Conergy Power- cora più approfonditi e stringenti. potenza nominale.
tervallo tra i 1.000 e i 500 W/m2, presentano Plus garantiscono almeno il 98% della loro Tra questi, citiamo la prova d’isolamento elet-
una curva di efficienza crescente al diminuire efficienza nominale e consentono di otte- trico eseguita con tensione 4 volte superiore
dell’irraggiamento. Tra i 250 e i 999 W/m2, nere una produzione energetica fino al 3% alla tensione massima di sistema (anziché
inoltre, l’efficienza risulta sempre maggiore maggiore rispetto ad altri moduli e rispetto pari alla tensione massima di sistema come
rispetto a quella standard misurata a 1.000 a quanto previsto dai sistemi standard di si- previsto dalla IEC 61215), la prova di resisten-
W/m2 (quella riportata in scheda tecnica). In mulazione. za a carichi in movimento (45 kg con energia
condizioni di basso irraggiamento (200 Wm2) A parità di produzione attesa dell’impianto, cinetica di 540J), il test del fuoco, la prova di
infine, i Conergy PowerPlus presentano una questo si traduce nella possibilità di installare suscettibilità al taglio e la prova di sovracca-
riduzione dell’efficienza relativa pari al 2%, potenze inferiori, risparmiando sull’acquisto rico con corrente inversa pari al 135% della
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