Quando il solare incontra la scienza - Il ruolo del monitoraggio fotovoltaico nella ricerca applicata

La linea di demarcazione tra innovazione tecnologica e ricerca applicata sta diventando sempre più sottile nell'attuale panorama energetico. Un esempio concreto viene da due progetti sperimentali che impiegano la tecnologia Tigo per raccogliere dati ad alta risoluzione sulle prestazioni a livello di modulo. Questi progetti sono promossi da Energy4Climate (E4C), uno installato presso l'osservatorio atmosferico SIRTA (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmoshpérique) nella regione di Parigi e l'altro presso il Campus dell'Università della Polinesia Francese (UPF).

Il Centro Energy4Climate dell'Istituto Politecnico di Parigi riunisce quasi 30 laboratori che lavorano su quattro temi trasversali per ridurre le emissioni di gas serra, migliorare l'efficienza energetica, utilizzare le energie rinnovabili e proporre politiche energetiche pertinenti. E4C sviluppa piattaforme e dimostratori per testare, in condizioni reali, metodi, soluzioni di gestione e modellazione. E4C è supportato dal Terzo Programma di Investimenti per l'Innovazione (ANR-18-EUR-0006-02) e i due progetti seguenti sono cofinanziati dalla Fondazione dell'Ecole polytechnique (Cattedra di ricerca "Défis Technologiques pour une Énergie Responsable" o "Sfide tecnologiche per l'energia responsabile", finanziata da TotalEnergies).

Progetto #1 - Quattro tecnologie fotovoltaiche messe alla prova a Tahiti

Il primo dei due progetti è ospitato presso il Campus UPF di Tahiti, un ambiente tropicale con condizioni particolarmente difficili: forti venti, scarse precipitazioni stagionali e un elevato rischio di accumulo di polvere e sporcizia sui moduli fotovoltaici.

L'impianto comprende moduli fotovoltaici monofacciali e bifacciali, consentendo un'analisi comparativa delle loro prestazioni in condizioni ambientali simili. La parte bifacciale del sistema integra moduli di diversi produttori, consentendo la valutazione di tecnologie e design diversi in termini di rendimento energetico, affidabilità e risposta a condizioni variabili. Gli ottimizzatori Tigo TS4 sono stati installati per monitorare le prestazioni di ogni singolo modulo (tensione, potenza e corrente) e per trasmettere i dati tramite API alla piattaforma di analisi datahub dell'E4C.

L'obiettivo è analizzare con precisione l'impatto delle condizioni ambientali su ciascun tipo di modulo. Per completare il quadro, un avanzato sistema di monitoraggio ambientale fornisce dati sull'irraggiamento e sulla temperatura per ogni sezione, consentendo un'analisi incrociata estremamente accurata.

Progetto #2 - Agrivoltaico e moduli bifacciali: Sinergie tra colture e fotovoltaico in Francia

La seconda installazione è ospitata presso SIRTA, uno dei principali osservatori atmosferici europei, con oltre 200 strumenti che monitorano costantemente l'ambiente atmosferico. L'installazione fa parte del progetto AgriPV-ER, che contribuisce al Pôle National de Recherche sur l'Agriphotovoltaïsme (o "Centro Nazionale di Ricerca sull'Agrivoltaico ") dell'INRAE. Il progetto è sostenuto da France 2030 e dal PEPR TASE (22-PETA-0007).

Questo progetto si concentra sull'integrazione tra agricoltura e fotovoltaico. A Palaiseau, all'interno dell'osservatorio SIRTA, un sistema agrivoltaico combina la coltivazione di erba medica e grano con l'installazione di moduli fotovoltaici bifacciali sopra le colture. Sono stati installati più di 50 strumenti per monitorare le variabili meteorologiche, del suolo, dell'irraggiamento e dello stato del fotovoltaico.

Anche in questo caso, gli ottimizzatori Tigo TS4 consentono di raccogliere dati dettagliati a livello di modulo, essenziali per analizzare e modellare l'interazione tra i cicli di crescita delle piante e le prestazioni energetiche dell'impianto fotovoltaico.

Uno dei risultati più interessanti dello studio riguarda la variazione stagionale dell' albedo, ovvero la capacità del suolo (o in questo caso della vegetazione) di riflettere la luce solare. Nelle stagioni più miti - e in particolare tra la fine di marzo e l'inizio di aprile del 2025 - si è registrato un notevole aumento di energia recuperata (Reclaimed Energy) dagli ottimizzatori, causato dall'albedo irregolare prodotto dalla copertura vegetale e dall'ombreggiatura di alcuni moduli fotovoltaici causata dagli strumenti installati. In questo periodo, la crescita delle piante raggiunge un picco e ombreggia completamente il terreno: la variazione del colore delle foglie e la loro distribuzione irregolare creano riflessioni di luce non uniformi, rendendo il ruolo dell'ottimizzatore ancora più critico, non solo per il monitoraggio delle prestazioni, ma anche per massimizzare la produzione di energia riducendo l'impatto del mismatch.

Quando le piante iniziano ad appassire, il loro colore cambia e l'albedo diminuisce progressivamente, influenzando inevitabilmente la resa dei moduli bifacciali. D'altra parte, durante i mesi invernali, isolati picchi di albedo sono causati da brevi eventi nevosi, ma la produzione complessiva rimane inferiore a causa delle condizioni climatiche sfavorevoli.

Vale anche la pena di notare che l'impianto si trova in una zona con un clima piovoso e spesso coperto, con conseguenti fluttuazioni naturali della produzione dovute alla copertura nuvolosa. Grazie all'elettronica di potenza di Tigo, non solo è garantita la massima energia in ogni condizione, ma queste fluttuazioni possono anche essere monitorate con alta precisione, trasformando anche le condizioni ambientali complesse e variabili in dati preziosi per ottimizzare l'efficienza del sistema.

Il ruolo della tecnologia Tigo nella ricerca scientifica

"Gli ottimizzatori Tigo TS4 forniscono i valori di cui abbiamo bisogno per studiare le prestazioni di ciascun modulo, come parte di un sistema molto più ampio", ha dichiarato Moira Torres, post-dottorando presso il Laboratorio GeePs (Laboratoire de Génie Electrique et Electronique de Paris), parte di CentraleSupélec. "Questo ci permette di capire meglio come i moduli rispondono alle diverse condizioni ambientali e di migliorare le previsioni di produzione. I dati estratti dagli ottimizzatori Tigo ed elaborati e visualizzati attraverso la piattaforma Energy Intelligence , combinati con i dati ambientali, non solo vengono utilizzati per convalidare i modelli esistenti, ma anche per svilupparne di nuovi".

Conclusione - I dati alla base dell'innovazione

Questi progetti offrono un'importante conferma: i dati forniti dalla tecnologia Tigo non solo supportano il funzionamento quotidiano degli impianti fotovoltaici, ma diventano anche uno strumento fondamentale per la ricerca scientifica. In contesti molto diversi - dai climi tropicali ai paesaggi agricoli europei - l'ottimizzazione a livello di modulo si rivela essenziale per comprendere, prevedere e migliorare le prestazioni degli impianti fotovoltaici del futuro.

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