SUNFLOWER CPV ISOFOTON

 

Relazione Tecnica

Panoramica
Hcpv d.o.o ha aperto la strada allo sviluppo del fotovoltaico ad alta concentrazione (HCPV), sistemi che utilizzano la concentrazione per ridurre sostanzialmente il costo di energia solare. Dal 2008, la missione è stata quella di sfruttare i vantaggi del solare ad alta concentrazione fino a raggiungere la parità economica con il combustibile fossile, rendendo il fotovoltaico la prima scelta per l'energia alternativa.
Il sistema innovativo utilizza lenti Fresnel per concentrare la luce solare. Il fattore di concentrazione è 500:1 soli su celle ad alta efficienza provenienti dall’industria satellitare. Il  modulo HCPV impiegato  eroga il doppio dell’energia dei pannelli fotovoltaici in silicio cristallino tradizionale e quando accoppiato con il Tracker a 2 assi, il sistema genera il 45% di energia in più rispetto ai tradizionali pannelli fotovoltaici a 5°-Tilt.

Hcpv d.o.o ha adottato un approccio differente al settore  dell'alta concentrazione. Al tracker di nostra produzione vengono montati più moduli ad alta concentrazione, con un design a basso profilo ,esteticamente accattivante, ingombro in altezza complessiva di soli 2.5 mt , con un carico totale inferiore a circa 45 Kg/mq. Il sistema impiega un esclusivo montaggio a struttura modulare che oltre all'istallazione a terra , si integra anche su tetto piano o pensilina con sistema di assemblaggio molto pratico e veloce .  Una volta assemblati , i moduli saranno  installati e cablati, le sotto strutture saranno ancorate e  completata l' installazione. Nessun lavoro di installazione sarà effettuato in aria. La superficie del tetto, terreno o pensilina consente un massimo di potenza installata  in spazzi notevolmente ridotti . Grazie al doppio asse d’ inseguimento l’orientamento a sud delle pensiline diventa irrilevante. Non importa quale sia la direzione in cui si trova, i moduli saranno sempre orientati verso il sole, con la massima raccolta di energia

Il fattore di ombreggiamento relativo al  sistema di inseguimento HCPV è inferiore a qualsiasi altro prodotto analogo. Il sistema è stato progettato per ridurre al minimo il calo della produzione di energia del modulo dovuta allo sporco sulla superficie, quindi fornisce una gestione intelligente.

1. Mitigazione: Durante la notte, i moduli sono orientati verso il basso per evitare depositi di  polvere sul vetro
2. Rugiada: l’automatica collocazione in posizione notturna evita che la lente si inumidisca e si raccolga sul vetro.
3. Auto Pulizia: La stazione meteorologica rileva gli eventi di pioggia e posiziona il sistema ed i moduli in Modalità Pulizia
4. Modalità Pulizia: Posiziona i moduli per una facile pulizia. Permette all'operatore di posizionare i moduli in verticale per l'accesso veloce. Orario pulizia: L’ intervallo di pulizia periodica si basa su condizioni locali, perdita di efficienza, e costi per la pulizia.

I Tracker ed i moduli sono orientati verso l’irraggiamento solare per poter funzionare al massimo, e sono sempre perpendicolari al sole. Questo significa che da qualsiasi punto lo si guardi, il sistema è esattamente orientato verso il sole.

L'esclusivo inseguitore a 2 assi permette di mantenere il modulo al suo centro di gravità eliminando le forze di attrito e l’ usura delle parti meccaniche. Ciò significa che la vita del sistema rimane invariata nel tempo, e non richiede manutenzione. I motori sono sigillati e protetti dall'ambiente (pioggia e polvere), vengono utilizzati lubrificanti ed accorgimenti che evitano la condensa. Ciò permette al sistema una vita di 30 anni senza manutenzione.

Infine, si utilizza la potenza effettiva proveniente da ciascun modulo e dal sistema di puntamento solare. Questo ha il vantaggio aggiunto di fornire informazioni di monitoraggio fino al modulo, l’andamento dei costi di esercizio e di manutenzione. L'operatore è in grado di seguire in rete le eventuali problematiche del sistema e individuarne le soluzioni prima di arrivare in loco. Tutte queste informazioni di monitoraggio di stato vengono fornite dal PC con connessione wireless, eliminando la necessità di cablaggio supplementare nel campo. Può anche essere integrato con software di monitoraggio opzionale.

I moduli HCPV presentano un moderno design. Il sistema di tracciamento esclusivo dà l'impressione di una scultura in movimento. La nostra soluzione fornirà un prodotto high-tech rispettando l’ambiente. Su base globale, il nostro sistema è più efficiente ed efficace rispetto ai nostri concorrenti del settore.

Sonda di puntamento ad alta precisione

Il sistema ottico di concentrazione permette di raccogliere molto efficacemente solo la radiazione solare che cade all’interno di un cono la cui semi-apertura è detta “accettanza” angolare.

Rispetto ai sistemi solari piani, i sistemi solari a concentrazione hanno un’accettanza angolare estremamente ridotta e per garantire l’ottimale efficienza di raccolta è indispensabile che il sistema sia precisamente allineato alla direzione da cui provengono i raggi solari.

L’utilizzo di uno strumento di puntamento preposto alla misura della precisione angolare con la quale il sistema di movimentazione insegue il sole è quindi di estrema importanza per fornire un’indicazione quantitativa dell’errore commesso e dell’andamento temporale di tale errore, in modo da poterlo correlare a particolari condizioni ambientali o contingenti.

Lo strumento valuta l’errore di puntamento e fornisce l’indicazione della intensità solare diretta (irradianza diretta), in modo da correlare l’entità del disallineamento alla perdita di efficienza dell’intero sistema.

L’apparecchiatura installata nel nostro sistema è uno strumento avanzato che permette di misurare quantitativamente il grado di precisione del sistema ad inseguimento , e contemporaneamente, di fornire una indicazione della intensità solare diretta su diverse lunghezze d’onda offrendo il vantaggio di poter disporre di due diverse funzioni.

Stato dell’arte

L’installazione di un campo fotovoltaico di grandi dimensioni costituisce un investimento significativo e la sua redditività dipende direttamente dalla capacità di produrre la maggior quantità di energia nell’arco dell’anno.

L’irradianza solare diretta è il fattore che influenza maggiormente la produttività sia dei sistemi fotovoltaici a concentrazione.

Questo strumento è dotato di un sensore ad ampio spettro (termopila) che permette di misurare direttamente l’intensità della radiazione incidente all’interno di un cono di apertura complessiva di circa 6 gradi, viene fissato solidalmente alla struttura meccanica di inseguimento ed allineato con i sistemi di conversione solare.

La funzione della sonda di puntamento permette di fornire sia la misura dell’irradianza solare diretta che la precisione di inseguimento.

A seguito di un approfondito studio sulle variazioni diurne e stagionali dello spettro solare effettuato utilizzando un ampio database raccolto dai laboratori NREL (National Renewable Energies Laboratories), è stata scoperta una forte correlazione tra la misura di intensità solare su specifiche lunghezze d’onda (misura multispettrale) . Ne risulta che filtrando opportunamente una telecamera e raccogliendo un set di immagini su singole lunghezze d’onda, riusciamo ad avere informazioni indispensabili per il corretto allineamento del sistema di inseguimento.

Lo strumento è una vera e propria stazione di monitoraggio per la misurazione della radiazione solare diretta che fa uso di una telecamera multispettrale.

La ricchezza dei dati forniti, permette non solo di effettuare misure dell’irradianza solare diretta su varie lunghezze d’onda, ma anche di validare i dati registrati tramite una misura dell’errore commesso nel puntamento della sorgente solare. Come anticipato, questa informazione non è normalmente reperibile nei sistemi di monitoraggio solare di tipo convenzionale.

L’applicazione della telecamera multispettrale misurala precisione di inseguimento dei tracker solari ad alta concentrazione. Il sistema è in grado di allinearsi alla direzione della radiazione solare, fornendo prove strumentali di questa indicazione.

Il cuore è costituito da una camera CMOS in grado di operare da -30 a +70 °C, con un livello di protezione IP65. Lo strumento è alimentato e controllato unicamente da una connessione USB e quindi è compatibile con tutti i personal computer. I dati vengono forniti direttamente in formato digitale e possono essere rappresentati sotto forma di grafico o salvati in un log file per utilizzi successivi.

La telecamera è dotata di un sistema ottico acromatico progettato appositamente per quest’applicazione ed in grado di fornire allo strumento un campo di vista di circa 5°. Il sistema ottico è inoltre dotato di un set di filtri interferenziali che permettono di registrare l’immagine della sorgente solare a diverse lunghezze d’onda.

Le varie immagini “monocromatiche” individuate dalla telecamera multispettrale sono combinate tra di loro attraverso un algoritmo al fine di ricavare una misurazione dell’irradianza solare diretta.

L’elaborazione delle immagini fornisce una varietà di informazioni.

Esse sono:

1. Misura della irradianza solare diretta (DNI), fondamentale per la misura dell’efficienza di conversione dei sistemi fotovoltaici.
2. Errore angolare istantaneo nell’inseguimento della sorgente solare (precisione 0.007°), utile a validare la misurazione di DNI e a stimare l’affidabilità del sistema di inseguimento.
3. Diagramma storico degli errori di inseguimento, da cui è possibile correlare gli errori commessi con condizioni climatiche esterne o situazioni contingenti (interruzioni temporanee del funzionamento del sistema di inseguimento).
4. Porzione della radiazione solare diretta effettivamente raccolta (una volta inserita l’accettanza angolare del sistema CPV).
5. Stima del mismatch spettrale, ovvero della variazione delle componenti cromatiche dello spettro.
6. Output digitale a 2 bit per fornire la direzione di intervento per eventuali correzioni fini da parte del sistema di inseguimento solare.

Il software di gestione dello strumento è stato interamente sviluppato in LabView ed è disponibile sia sotto forma di codice eseguibile (installazione multipiattaforma) che sotto forma di strumento virtuale (VI) da inserire all’interno di un codice LabView eventualmente sviluppato dall’utente. Questa flessibilità estrema permette di sfruttare tutte le potenzialità del prodotto - all’interno di un sistema di acquisizione o monitoraggio più esteso.

Lo strumento costituisce una autentica innovazione nel campo dei sistemi diagnostici per fotovoltaico ad alta concentrazione e permette di fornire all’utente una misura di tutti i parametri necessari per valutare la produttività e l’affidabilità di sistemi fotovoltaici ad inseguimento.

 Protetto dal brevetto Italiano BO2010A000361 del 08.06.2010 ed è in fase di estensione a brevetto internazionale.

Impatto ambientale del sistema

La nostra azienda commercializza i moduli dagli Stati Uniti, ed è produttore diretto del sistema di inseguimento, rispondendo prontamente alle varie problematiche.

Il sistema HCPV è composto dal 99% di materiale riciclabile.

99% da scarti industriali.

100% di materiali di imballaggio o contenitori per il trasporto vengono riutilizzati per ridurre al minimo l'impatto ambientale.

Valutazione delle possibili perdite di generazione di energia ottimizzando le ombre, il sistema HCPV solare fornirà un’alta produzione di energia elettrica annua, superiore del 45% rispetto ai tradizionali PV-Tilt a 5°.

Tutti i calcoli di produzione di energia elettrica si basano su un DNI di 4,261 kWh / m² / giorno, in base ai dati della stazione meteorologica NASA e Solar Energy (SSE) Release Data Set, e su media annuale (luglio 1983 - giugno 2005).

Parametro: Incidenza irraggiamento su piano orizzontale (kWh/m2/giorno) per posizione in Italia.
Condizioni : (+ / -10%) - 1000 W/m2 DNI, AM 1.5, 20° C di temperatura ambiente, 3m/s la velocità del vento.

Si prega di notare che la potenza installata e la produzione annua (MWh/anno) citate in questo documento sono stimate approssimativamente, in base alla documentazione disponibile e al sito d'indagine del territorio.

Hcpv d.o.o è fornitore di attrezzature, ed è in grado di dare assistenza nella realizzazione del progetto. Con i dati forniti dal cliente si continua a perfezionare la proposta fino a che non si raggiunge la totale approvazione.

Panoramica della fornitura:

Il Sistema a Tracciamento Integrato comprende pertanto le seguenti attrezzature:
1) modulo ad alta efficienza 28% hcpv Emcore
2) inseguitore a 2 assi SunFlower hcpv
3) Sistema di campo zavorra sotto struttura di montaggio
4) DC Smart-combinatore (quadro di stringa 390VDC bus di alimentazione a MPP inverter non incluso) Filo-cablaggio all'interno del frame-set.
5) Server con sistema integrato di monitoraggio con fornitura indirizzo IP di riferimento
6) Sistema di raccolta dati wireless per il sistema di monitoraggio dello stato e controllo
7) Stazione meteo
8) Sistema di pulizia ed alimentazione in modalità notturna e di emergenza
9) 5 o 10 anni di garanzia delle attrezzature
10) Manuale di istruzioni e di manutenzione
11) Supporto marketing

Altre Specifiche importanti:

Considerazioni sull’ambiente:

Copertura massima del campo ombra terreno : 25%
a. impronta massima sul tetto : 0,002%
b. utilizzati 99,8% di materiali riciclati.

 Certificazioni:

UL 8703 Standard per la sicurezza del fotovoltaico (CPV) , è lo standard unico che può certificare la tecnologia CPV.
UL 1703 Standard per la sicurezza di Flat-Plate C-Si ( non per tecnologia CPV).
IEC 62108 Standard per fotovoltaico a concentrazione (HCPV) - moduli e assemblaggio

PV CYCLE per lo smaltimento dei materiali a fine vita

CERTIFICAZIONI ISO 9001:2008 (Gestione della Qualità) OHSAS 18001 ( Sistema di Gestione della Salute e Sicurezza del Lavoro) e ISO 14001 ( Sistema di Gestione Ambientale)

Installazione ionizzazione:

Vento Esposizione max 144 km /h (ASCE 07-05/IBC/UBC/CBC)
Zona sismica 4 (UBC / CBC)

Soluzione chiavi in ​​mano del sistema per la parte DC del progetto. Soluzione completa DC che include i moduli HCPV, un Tracker a 2 assi e sistema di controllo, tecnologia micro convertitore. Ciò riduce il costo dell'energia elettrica e consente la copertura contro il rischio di futuri aumenti di prezzo.

Oltre ai molti benefici finanziari il sistema offre ovvii benefici ambientali .

I sistemi HCPV richiedono circa una superficie del 33% in meno rispetto ai tradizionali mono-cristallini in silicio. Del 67% in meno rispetto alle soluzioni a film sottile
- I sistemi ad alta concentrazione producono fino al 45% di energia in più annuale (Rispetto Tilt-PV a parità di potenza installata)
- Opzioni flessibili di montaggio : terra , tetto e pensiline (es. parcheggi)
- Installazione semplice.
- Non richiede alcuna fondazione.
- Non richiede attrezzature pesanti per l’installazione.
- Cablaggio integrato, preinstallato in fabbrica. No lavoro di cantiere.
- Sistema di cablaggio estremamente semplice che riduce le perdite di energia.
- Sistema di monitoraggio in wireless, eliminando la necessità di cablaggi Ethernet in campo

- Nessun punto singolo di guasto.
- Diodi by-pass e micro convertitori che ottimizzano la produzione del sistema durante i periodi della giornata di minor irraggiamento.
- Il collegamento in parallelo indirizza la potenza in un unico bus .

 

Moduli:

- 500 soli su alta efficienza, grazie a celle a tripla giunzione in vetro temperato composito con lente Fresnel , che migliora l'affidabilità e riduce lo sporco
- avanzati rendimenti grazie ad ottiche secondarie ad ampio angolo di ricezione di ± 0,9°, che mantiene il 90% della potenza nominale.
- Tracker integrato , che fornisce un design a basso impatto, e permette una più veloce installazione.

Micro AC / DC Converter

converte ogni ~ 80 90 VDC in uscita del modulo ad una singola stringa regolata 390VDC per set di cinque (5) moduli fornendo la massima potenza MPPT locale.
- Migliora le prestazioni dei moduli evitando ombreggiamenti.
- Migliora le prestazioni degli inverter in condizioni di scarsa illuminazione
- Misurazione di uscita istantanea in corrente continua per il controllo della tensione per ogni modulo.
- Valuta in tempo reale la massima potenza-tracking
- Fornisce in tempo reale il monitoraggio dello stato e la registrazione dei dati
- Monitoraggio dello stato e di controllo. Sistema wireless per il controllo dello stato del modulo e le statistiche sulle prestazioni di livello, allarmi di guasto, monitoraggio remoto e gestione campo.
- Aggiornamento in tempo reale delle statistiche dell'energia
- Sistema integrato di comunicazione wireless che elimina la necessità di cavi aggiuntivi (IEEE 802.15.4)
- Funzionalità avanzate - l'interfaccia grafica fornisce controlli automatizzati per attivare il Modo Pulizia dei pannelli HCVP. Interazione con la stazione meteo dei pannelli HCPV in Collocazione Automatica per la messa in sicurezza dei moduli in caso di spinta vento da 90 Km/h

 Note aggiuntive ambientali

- Tutti gli elementi strutturali in acciaio sono galvanizzati per ASTM A123 o A653, zincatura per ASTM B633, e / o verniciatura a polvere per ASTM D7378.
Il tracker ha un sistema di motoriduttori gear-box che non necessitano di manutenzione ed ingrassaggio
- Il sistema strutturale è stato progettato per sopportare una spinta vento a 140 km/h con un fattore di sicurezza di 2.0, o superiore. Pertanto, la resistenza strutturale a questo livello alla velocità del vento è garantita.

Auto-recupero da interruzione di corrente

- Tutti gli start-up, sia da avvio iniziale del sistema, il recupero dal guasto, o il recupero da un arresto programmato funzionano in questo modo:
- Il PC è il primo elemento per accendere e controllare il sistema all'avvio . Il PC viene configurato prima, scaricando una serie di informazioni specifiche da un server centrale. Il passo seguente è la connessione alla rete 802.15.4., prima in stato di manutenzione, fino a quando la condizione viene meno. In seguito si imposta il monitoraggio dei moduli. I primi moduli identificati vengono "attivati", e in tal modo vengono classificati, ma sempre in Modo "fan-out", per mantenere l'energia consumata mentre nessun prodotto rimane ad un livello minimo di produzione.

Degradazione

Le stime di produzione di cui sopra sono per il primo anno di vita del sistema. Tuttavia, a causa del materiale in silicio, dalla prolungata esposizione ai raggi UV, e cicli termici ed elettrici, si stima che la produzione diminuirà in media dello 0,8% all'anno. Il settore di ricerca ha scoperto che i moduli cristallini di norma si degradano 0,5% all'anno, ma noi preferiamo adottare un approccio più conservativo nelle nostre stime di produzione e la stima si aggira intorno allo 0.4% all'anno.