Le difficoltà del solare

I dispositivi fotovoltaici (FV) sono stati l'argomento della mia tesi e di questi mi occuperò nell'articolo di oggi. Come se le 65 pagine scritte durante l'ultimo anno di università non fossero sufficienti, torno sull'argomento perché mi è caro e lo sento vicino. Per fortuna vostra e mia, sarò molto più breve. In ogni caso, probabilmente li conoscete con il loro nome comune, i pannelli solari. I nomi in realtà non sono perfettamente intercambiabili: i veri dispositivi fotovoltaici sono le celle solari, collegate tra loro (elettricamente) a formare un pannello solare, il magico generatore di energia che conoscete, amate e che forse avete incollato sul tetto di casa.   

Cos'è un dispositivo fotovoltaico? 

In realtà, non è niente di magico e probabilmente non lo avete sul tetto di casa. La magia sta nel fatto che per la prima volta in assoluto (da quando ho iniziato a scrivere articoli del blog per Megger), sento davvero di poter rispondere a questa domanda con la mia personale conoscenza. Per presentare la risposta, tuttavia, mi baserò sulla ricerca, come faccio sempre. 

Quindi, torniamo alla domanda. I dispositivi fotovoltaici utilizzano la luce solare per generare elettricità, grazie ai semiconduttori. Esistono molti tipi diversi di dispositivi fotovoltaici, ma ci limiteremo a parlarne nella forma più semplice e generica. Come già detto, un semiconduttore, come il silicio, è il principale protagonista di una cella fotovoltaica. All'interno di una cella FV, sono presenti due strati di semiconduttori, uno positivo e uno negativo, ottenuti "drogando" ogni singolo strato con un altro elemento (come fosforo o boro) per ottenere la carica desiderata. Quando le particelle della luce solare (o fotoni) colpiscono la superficie della cella solare, gli elettroni schizzano via dal semiconduttore. Questi elettroni saltano quindi nel campo elettrico, creato dagli strati semiconduttivi positivi e negativi, e scorrono attraverso la cella solare, generando una corrente elettrica. 

Una volta avviato il flusso, le piastre metalliche catturano gli elettroni (sotto forma di elettricità) ed emettono corrente continua (CC). Se non avete familiarità con la corrente continua, per capire meglio leggete prima questo articolo. Ovviamente, una cella fotovoltaica da sola non produce energia sufficiente per fare qualcosa di utile. Servono circa 60 celle, collegate insieme in un pannello, per ottenere un livello di potenza significativo. Inoltre, in genere si installano più pannelli, se non centinaia o addirittura migliaia, per cui l'energia elettrica in uscita diventa significativa. È chiaro? 

Ho accennato alla produzione di corrente continua, che va benissimo, ma è necessario un inverter solare per convertirla in corrente alternata, in modo da poterla utilizzare in casa o in ufficio o dovunque siano stati installati i cari pannelli solari. 

Cosa può andare storto? 

Ci sono molti fattori da cui palesemente dipende il successo del sistema di pannelli solari. Ad esempio, se non c'è irraggiamento solare, sarà difficile produrre elettricità, come è ovvio, e probabilmente si dovranno affrontare diversi problemi di alimentazione insufficiente. Anche la temperatura può influire sulla funzionalità dei pannelli solari, un altro aspetto da considerare. 

Tuttavia, ci concentreremo sui potenziali problemi elettronici, il che non dovrebbe sorprendere, trattandosi di un blog sui test elettrici. Iniziamo quindi con gli inverter, che abbiamo menzionato in precedenza. Questi convertono l'uscita CC del pannello solare in un'uscita CA utilizzabile. Prima di parlare di cosa potrebbe andare storto, consideriamo brevemente le varie opzioni dell'inverter. 

Non è una questione troppo complicata. Anzi, è molto semplice. Un inverter di stringa è progettato per funzionare con singole stringhe in serie di un pannello solare, convertendo l'uscita CC da ogni singola stringa in alimentazione CA. Un inverter centralizzato, invece, converte l'uscita CC dall'intero pannello solare in un'unica uscita CA. Semplice, vero? Esistono anche microinverter, progettati per convertire l'uscita CC da ciascun singolo pannello in CA. 

Ora che abbiamo chiarito questo argomento, andiamo a complicare le cose. Oltre a queste categorie di inverter, abbiamo anche inverter a isola, grid-tie e caricabatterie. Ottimo. È il momento giusto per menzionare le batterie: ne parleremo in modo più approfondito tra un attimo, per ora basti sapere che fanno parte di alcuni sistemi fotovoltaici. In ogni caso, gli inverter a isola assorbono corrente CC dalle batterie, che vengono caricate dalle celle solari, mentre gli inverter grid-tie assumono la corrente alternata in uscita dai pannelli e la portano alla fase della rete elettrica. Questi inverter sono progettati anche per spegnersi automaticamente in caso di interruzione dell'alimentazione, a tutela della sicurezza degli operatori. Infine, gli inverter caricabatterie prendono la corrente CC dalle batterie, come gli inverter a isola, ma immettono l'energia in eccesso nella rete elettrica e forniscono energia in CA ai carichi in caso di interruzione dell'alimentazione. 

La totale assenza di produzione di potenza, un classico problema dell'energia solare, è probabilmente dovuta a un guasto dell'inverter. 

Come promesso, parliamo delle batterie. Grazie all'elettronica nella vita di tutti i giorni, conosciamo già le batterie. Un sistema a energia solare può comprendere delle batterie. Quando utilizzate, le batterie possono fornire una forma di immagazzinamento dell'energia, per mantenere l'alimentazione anche nei giorni più nuvolosi. Tuttavia, le batterie devono essere in grado di gestire il calore generato dal carica e scarica continuo. Non esiste una batteria ideale per l'uso con l'energia solare, quindi è necessario valutare le singole esigenze di energia solare nella scelta della batteria e considerarne la capacità, la composizione chimica, la manutenzione e la durata.   

Poiché gli impianti solari sono collegati alla rete elettrica, si manifestano anche vari problemi di qualità dell'alimentazione. Sia per l'impianto solare che per la rete elettrica nel complesso, la risoluzione dei problemi relativi alla qualità dell'alimentazione è una parte importante della manutenzione di un sistema per energia solare. 

Un momento. Quali problemi di qualità dell'alimentazione? 

Certo, il sole sorge sempre a est e tramonta sempre a ovest, ma a livello di energia, il sole è piuttosto inaffidabile. Poiché le condizioni meteorologiche, la posizione e l'ora del giorno possono alterare notevolmente l'ingresso di luce solare, l'uscita di un pannello solare fluttua costantemente. Poiché l'uscita viene inviata attraverso un inverter per la conversione da alimentazione CC in CA, una serie di problemi di qualità dell'alimentazione possono nascondersi sotto la superficie, tra cui squilibri di tensione, transitori, armoniche e inversioni di potenza. 

Nell'interesse del vostro tempo (e della vostra salute mentale), aspetteremo fino alla prossima settimana per avventurarci nelle specifiche di questi fenomeni di qualità dell'alimentazione, perché penso che vi abbiamo presentato nozioni sul solare più che sufficienti per oggi. Vi basti sapere che il riscaldamento eccessivo, il guasto prematuro dei motori o dell'illuminazione e i danni ai componenti elettronici possono essere tutti risultati di problemi di qualità dell'alimentazione nelle varie apparecchiature solari. Se davvero volete saperne di più sulla qualità dell'alimentazione, potete dare un'occhiata al mio primissimo articolo, il mio debutto nel mondo dei blog: Piccolo ma potente. Leggetelo e fatemi sapere cosa ne pensate. 

-Meredith Kenton // Digital Marketing Assistant // Valley Forge, PA