By Fattori di degrado dei pannelli fotovoltaici
Diverse sono i fattori di degrado dei pannelli fotovoltaici che influiscono sulle prestazioni. Qualora i pannelli siano situati sulla superficie terrestre è relativamente facile intervenire e “sistemare” le eventuali criticità, mentre in ambiti dove la manutenzione non è facilmente attuabile, come ad esempio il campo aerospaziale, è importantissimo prevedere il comportamento del pannello e le interazioni con l’ambiente “estremo”. Le agenzie spaziali mondiali si impegnano in test ed esperimenti per valutare il deterioramento dei pannelli solari così da proporre innovazioni tecnologiche avanguardistiche per ovviare alle problematiche conosciute.
Fattori di degrado
Sono diversi i fattori che influiscono sulla durata e sulle prestazioni di un pannello fotovoltaico in ambiente spaziale (da notare che problematiche quali polvere, sabbia o pressione atmosferica non influiscono sulla vita del pannello nello spazio):
• Temperatura
• Radiazione
• Ossigeno atomico
Temperatura
Un fatto inevitabile è la degradazione delle celle fotovoltaiche, le cause principali che influiscono su questo evento sono riconducibili alla temperatura e alla radiazione. Questi fattori assumono ulteriormente importanza nel campo aerospaziale che continua a sperimentare e innovare per limitarne gli effetti.
Le celle situate su pannelli presenti nello spazio sono sottoposte nel corso del loro ciclo vitale a diverse temperature. La maggior parte dei veicoli spaziali è interessata da eclissi o dalla sua posizione rispetto al sole dovuta all’orbita che essi compiono. Ciò si traduce in temperature con ampi range di valori e rapidi sbalzi, nocivi per gli strumenti del veicolo spaziale e per i pannelli solari. Tipicamente, la gamma di temperature sperimentate dalle celle solari in orbita intorno alla Terra va da circa 20°C a 85°C.
L’aumento di temperatura nella cella solare causa un leggero aumento della corrente di cortocircuito ma una riduzione significativa nella tensione a circuito aperto come mostrato nella figura 15.
Un incremento di tensione nella cella fotovoltaica inizialmente non comporta un decadimento significativo dell’intensità di corrente fino poi a decadere drasticamente per valori crescenti, questo effetto è tanto più evidente quanto la temperatura è alta.
L’ideale sarebbe il mantenimento di temperatura di funzionamento il più bassa possibile poiché un aumento della temperatura comporta una riduzione del potere della cella solare.
Infatti, si osservi l’abbassamento del punto di massimo della potenza generata nella cella dipendente con la temperatura.
effetto dell’aumento della temperatura nelle celle solari
I risultati degli esperimenti condotti dalle agenzie spaziali mostrano che a bassi voltaggi la degradazione è indipendente dalla temperatura in celle di tipo GaAs, mentre risulta fortemente influenzata dalla temperatura in celle al Si.
L’esperienza sperimentale dimostra che sebbene la concentrazione dei difetti creati sia maggiore in GaAs rispetto al Si, i cambiamenti relativi che inducono sono maggiori in Si rispetto a GaAs. I difetti nel Silicio influiscono in maniera maggiore sulla vita del Silicio stesso.
Questo è tra i motivi principali per cui rende praticamente impossibile l’utilizzo di pannelli fotovoltaici in Silicio in ambienti spaziali.
Fonti:
- Jet Propulsion Laboratory California Institute of Technology Pasadena, California 91 103, “SOLAR CELL ARRAY DESIGN HANDBOOK”, October 1976
- ntrs.nasa.gov
- immagine copertina
