Sistemi fotovoltaici

I sistemi fotovoltaici rappresentano il principale ambito applicativo dell’attività scientifica del Prof. Silvano Vergura. Le ricerche interessano diversi livelli: modellazione di celle e moduli, simulazione delle curve corrente-tensione, monitoraggio di stringhe e array, diagnosi dei difetti, previsione della produzione e integrazione con rete, accumulo e altre fonti rinnovabili. Sono stati inoltre studiati moduli bifacciali, sistemi termo-fotovoltaici, microgrid, serre alimentate da rinnovabili e impianti ibridi fotovoltaico-eolico-batteria.

Le prestazioni fotovoltaiche dipendono fortemente da irraggiamento, temperatura, vento e ombreggiamento. Un calo di produzione può essere causato dal meteo oppure da sporcamento, mismatch, invecchiamento o guasti. Le anomalie iniziali producono perdite piccole ma persistenti e spesso non vengono rilevate dagli allarmi tradizionali. Molti impianti non dispongono di stazioni meteorologiche complete, mentre le grandi installazioni generano enormi quantità di dati. Ulteriori criticità riguardano la temperatura delle celle, l’integrazione della generazione non programmabile nella rete e il coordinamento tra fonti, batterie, convertitori e carichi.

Sono stati sviluppati modelli termo-elettrici agli elementi finiti e modelli semplificati basati sui dati di targa, adatti alla simulazione in condizioni ambientali variabili. Per il monitoraggio sono stati proposti test statistici, bootstrap, firme energetiche, indici di prestazione, somme cumulative, bande di Bollinger e violin plot. Questi strumenti confrontano array soggetti alle medesime condizioni e individuano anomalie anche senza dati meteorologici. La termografia e le ispezioni mediante droni localizzano successivamente i componenti difettosi. Altri studi riguardano previsione energetica, analisi della qualità della potenza, controllo MPPT fuzzy, accumulo e ottimizzazione elettrica e termica dei sistemi PVT.

Il futuro è rappresentato da un monitoraggio multiscala nel quale modelli di cella, dati inverter, sensori, immagini UAV, meteo e informazioni di rete alimentino il gemello digitale dell’impianto. I sistemi dovranno rilevare il degrado, prevederne l’evoluzione e stimare il momento economicamente ottimale per pulire, riparare o sostituire un componente. Nuove tecnologie, come moduli bifacciali e sistemi PVT, richiederanno protocolli diagnostici dedicati. L’integrazione con accumulo e rete consentirà inoltre di utilizzare gli impianti fotovoltaici come risorse flessibili, capaci di contribuire alla qualità della potenza, alla gestione delle congestioni e ai servizi energetici.