Tracciamento del punto di massima potenza per ottimizzare le celle solari

La potenza massima erogabile dai pannelli fotovoltaici non rimane fissa nel tempo, ma varia a seconda delle condizioni meteorologiche. Per estrarre la massima potenza è quindi necessario implementare un algoritmo per il tracciamento del punto di massima potenza. In letteratura sono state proposte diverse tecniche per il tracciamento del punto di massima potenza. Queste tecniche variano in complessità, costo, velocità di convergenza, sensori richiesti, implementazione hardware ed efficacia. Questo articolo presenta la teoria del tracciamento del punto di massima potenza e un confronto tra i metodi base che lo implementano.

Introduzione

L’energia fotovoltaica (PV) è una delle fonti energetiche più importanti poiché pulita e inesauribile. Tuttavia, i sistemi fotovoltaici presentano problemi, come la conversione con basso irraggiamento (in generale inferiore al 17%), nonché la caratteristica non lineare che dipende dall’irraggiamento e dalla temperatura, e che modifica la quantità di energia elettrica generata. Poiché un sistema fotovoltaico è costoso da realizzare, è necessario sfruttare tutta la potenza in uscita disponibile.

Per massimizzare l'energia in uscita dai dispositivi fotovoltaici è importante utilizzare i sistemi di conversione dell'energia fotovoltaica nel punto di massima potenza (MPP). La posizione del punto di massima potenza può essere determinata utilizzando diversi algoritmi. Le tecniche di inseguimento del punto di massima potenza (MPPT) vengono utilizzate per mantenere il punto operativo del sistema al suo punto di massima potenza (MPP) ed estrarre così la massima potenza disponibile.

In letteratura sono state proposte diverse classificazioni per catalogare le tecniche MPPT, ma generalmente si distingue tra metodi convenzionali e metodi avanzati. I metodi MPPT convenzionali sono stati proposti molto tempo fa e, quindi, sono molto popolari. I principali vantaggi di questi metodi sono la semplicità e la facile implementazione. Questi metodi sono in grado di tracciare il singolo MPP solo in condizioni di irraggiamento uniforme. I metodi MPPT avanzati sono noti come metodi di soft computing, Bio-inspired (BI) o metodi di Intelligenza Artificiale (AI). Questi metodi sono relativamente complessi e hanno prestazioni di tracciamento superiori rispetto ai metodi convenzionali.

Sistema PV

Un sistema fotovoltaico, chiamato anche sistema di energia solare, è un sistema per la trasformazione dell'energia solare in energia elettrica mediante la tecnologia del fotovoltaico. Consiste in una disposizione di diversi componenti, tra cui pannelli solari per assorbire e convertire la luce solare in elettricità, un inverter solare per convertire l'uscita da corrente continua a corrente alternata, nonché montaggio, cablaggio e altri accessori elettrici per impostare un sistema funzionante.

Un sistema fotovoltaico può anche essere semplicemente costituito da una singola cella solare. Fondamentalmente, la resa di qualsiasi sistema solare fotovoltaico può essere definita come una funzione della temperatura ambiente, dell’irradianza solare, dell’angolo di incidenza e dello spettro della luce solare. Esistono due modelli equivalenti che possono rappresentare qualsiasi uscita del modulo fotovoltaico, il modello a diodo singolo (SDM) e il modello a diodo doppio (DDM). Il modello SDM è facile e semplice da implementare perché richiede meno calcoli rispetto al DDM. Pertanto, viene ampiamente utilizzato nella caratterizzazione delle celle fotovoltaiche. Il modello DDM, invece, ha una migliore precisione nel prevedere le prestazioni del sistema fotovoltaico. L'approccio DDM, però, richiede un calcolo complesso e questo lo rende un metodo meno popolare.

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