La potenza nominale è la capacità nominale dei dispositivi fotovoltaici (PV), come celle solari, pannelli e sistemi, ed è determinata misurando la corrente elettrica e la tensione in un circuito, variando la resistenza in condizioni definite con precisione. Queste condizioni di prova standard (STC) sono specificate in standard quali IEC 61215, IEC 61646 e UL 1703; in particolare l’intensità della luce è di 1000 W / m2, con uno spettro simile alla luce solare che colpisce la superficie terrestre a 35 ° N di latitudine in estate (massa d’aria 1.5), la temperatura delle celle è di 25 ° C. La potenza viene misurata variando il carico resistivo sul modulo tra un circuito aperto e uno chiuso (tra resistenza massima e minima). La potenza massima così misurata è la potenza “nominale” del modulo in watt. Questa potenza nominale divisa per la potenza luminosa che ricade su una determinata area di un dispositivo fotovoltaico (area × 1000 W / m2) definisce la sua efficienza, il rapporto tra l’energia elettrica del dispositivo e l’energia incidente.

La potenza nominale è importante per progettare un’installazione al fine di dimensionare correttamente i suoi cavi e convertitori. Se l’area disponibile è limitata, l’efficienza della cella solare e con essa anche la potenza nominale per area (ad esempio kW / m2) è rilevante. Per confrontare i moduli, il prezzo per potenza nominale (ad es. $ / W) è rilevante. Per l’orientamento e la posizione fisica di un determinato impianto, la produzione annuale prevista (ad esempio kWh) per produzione annuale presuppone una potenza nominale, vale a dire il fattore di capacità è importante. Con un fattore di capacità previsto, il prezzo per produzione annuale prevista (ad esempio $ / kWh) può essere stimato per una data installazione. Infine, con un valore proiettato della produzione, è possibile stimare l’ammortamento del costo di un’installazione.

La potenza di picco non è la stessa della potenza in condizioni di radiazione effettive. In pratica, questo sarà inferiore di circa il 15-20% a causa del considerevole riscaldamento delle celle solari. Inoltre, nelle installazioni in cui l’energia elettrica viene convertita in corrente alternata, come le centrali solari, la capacità di generazione elettrica totale effettiva è limitata dall’inverter, che di solito è dimensionato con una capacità di picco inferiore rispetto all’impianto solare per ragioni economiche. Poiché il picco di potenza in cc viene raggiunto solo per poche ore all’anno, l’uso di un inverter più piccolo consente di risparmiare sull’inverter e di ridurre (sprecando) solo una piccola parte della produzione totale di energia. La capacità della centrale elettrica dopo la conversione CC-CA viene solitamente riportata in WAC anziché Wp o WDC.

Definizione
Watt Peak si riferisce alla potenza elettrica fornita dai moduli solari in condizioni di prova standard (STC) con i seguenti parametri:

Temperatura della cella = 25 ° C
Irraggiamento = 1000 W / m²
Spettro della luce solare secondo AM = 1.5.

Watt di picco
L’International Bureau of Weights and Measures, che mantiene lo standard SI, afferma che l’unità fisica e il suo simbolo non dovrebbero essere usati per fornire informazioni specifiche su una determinata quantità fisica e che nessuna dovrebbe essere l’unica fonte di informazioni su una quantità. Nondimeno, l’inglese colloquiale a volte confonde la quantità di potenza e la sua unità usando l’unità non-SI watt-peak e il simbolo non-SI Wp prefissato come all’interno del SI, ad es. kilowatt-picco (kWp), megawatt-picco (MWp), ecc. Come tale impianto fotovoltaico può per esempio essere descritto come avente “un chilowatt-picco” nel significato di “un chilowatt di potenza di picco”. Allo stesso modo al di fuori del SI, la potenza di picco viene talvolta indicata come “P = 1 kWp” anziché “Ppeak = 1 kW”. Nel contesto degli impianti fotovoltaici domestici, il kilowatt (kW) è l’unità più comune per la potenza di picco, a volte indicata come kWp.

Potenza in condizioni reali
L’output dei sistemi fotovoltaici varia con l’intensità del sole e altre condizioni. Maggiore è il sole, maggiore è la potenza generata dal modulo fotovoltaico. Le perdite, rispetto alle prestazioni in condizioni ottimali, si verificano a causa dell’allineamento non ideale del modulo in inclinazione e / o azimut, temperatura più elevata, disallineamento della potenza del modulo (poiché i pannelli di un sistema sono collegati in serie, il modulo con le prestazioni più basse definisce le prestazioni di la stringa a cui appartiene), lo sporco e la conversione da DC a AC. La potenza che un modulo genera in condizioni reali può superare la potenza nominale quando l’intensità della luce solare supera i 1000 W / m2 (che corrisponde approssimativamente a mezzogiorno in estate, ad esempio in Germania), o quando si verifica un’irradiazione solare vicina a 1000 W / m2 a temperature più basse.

Conversione da DC a AC
La maggior parte dei paesi si riferisce alla capacità nominale nominata installata dei sistemi e pannelli fotovoltaici contando la potenza CC in watt-picco, indicata come Wp o talvolta WDC, così come la maggior parte dei produttori e organizzazioni dell’industria fotovoltaica, come SEIA, SPE o IEA- PVPS.

Tuttavia, in alcune parti del mondo, la capacità nominale di un sistema viene fornita dopo che l’uscita di potenza è stata convertita in CA. Questi posti includono Canada, Giappone (dal 2012), Spagna e alcune parti degli Stati Uniti. AC invece di DC viene fornito anche per la maggior parte delle centrali fotovoltaiche su larga scala che utilizzano la tecnologia CdTe. La principale differenza sta nella piccola percentuale (circa il 5%, secondo l’IEA-PVPS) di energia persa durante la conversione DC-AC. Inoltre, alcune normative di rete potrebbero limitare la produzione di un impianto fotovoltaico a un minimo del 70% della sua potenza nominale in corrente continua (Germania). In questi casi, la differenza tra la potenza nominale di picco e la potenza AC convertita può quindi arrivare fino al 30%. A causa di queste due diverse metriche, le organizzazioni internazionali devono riconvertire le figure nazionali ufficiali dai paesi sopra citati alla produzione grezza di DC, al fine di riferire una distribuzione globale coerente del fotovoltaico in watt-peak.

Al fine di chiarire se la potenza nominale (“watt-peak”, Wp) è in realtà DC o già convertita in corrente alternata, a volte viene espressamente indicata come, ad esempio, MWDC e MWAC o kWDC e kWAC. Anche il WAC convertito viene spesso scritto come “MW (AC)”, “MWac” o “MWAC”. Proprio come per Wp, queste unità non sono conformi a SI ma ampiamente utilizzate. In California, ad esempio, dove la capacità nominale è indicata in MWAC, si presume una perdita del 15 percento nella conversione da CC a CA. Ciò può essere estremamente confuso non solo per i non esperti, poiché l’efficienza di conversione è migliorata fino a quasi il 98%, le normative sulla rete potrebbero cambiare, alcuni produttori potrebbero differire dal resto del settore e paesi, come il Giappone, potrebbero adottare un metrica diversa da un anno all’altro.

Potenza di uscita in condizioni reali
La potenza di uscita del sistema fotovoltaico dipende dall’intensità della radiazione solare e da altre circostanze. Più radiazione solare significa maggiori prestazioni del modulo fotovoltaico. Le perdite possono essere dovute all’orientamento non direzionale del modulo (inclinazione e / o orientamento) a causa di alte temperature, prestazioni del modulo scadenti, sporcizia e conversione CC in CA. È importante sapere che la potenza massima del modulo può facilmente superare la potenza nominale ovunque l’intensità della luce sia superiore a 1000 W / m 2 (circa equivalente a mezzogiorno nella Baviera estiva).

Cost-per-watt
Anche se il watt-peak è una misura conveniente, ed è il numero standardizzato nel settore fotovoltaico su cui si basano i prezzi, i numeri di vendita e di crescita, non è probabilmente il numero più importante per le prestazioni effettive. Poiché il compito di un pannello solare è generare energia elettrica a costi minimi, la quantità di energia che genera in condizioni di vita reale in relazione al suo costo dovrebbe essere il numero più importante da valutare. Questa misura “costo per watt” è ampiamente utilizzata nel settore.

Può succedere che un pannello del marchio A e un pannello del marchio B diano esattamente lo stesso picco di watt nei test di laboratorio, ma la loro potenza è diversa in una vera installazione. Questa differenza può essere causata da diversi tassi di degradazione a temperature più elevate. Allo stesso tempo, sebbene la marca A possa essere meno produttiva della marca B, potrebbe anche costare meno, quindi ha il potenziale per diventare finanziariamente vantaggiosa. Uno scenario alternativo può anche essere vero: un pannello più costoso può produrre tanta potenza in più da sovraperformare economicamente un pannello più economico. Per determinare quale panel può portare il proprietario a risultati finanziari migliori è necessaria un’analisi accurata delle prestazioni a lungo termine rispetto al costo, sia iniziale che permanente.

Uso
Parole come “Il sistema fotovoltaico ha una capacità di 10 kWp” o “Questo è un sistema solare da 1,2 MWp in campo aperto” sono colloquialmente. Dovrebbe essere formalmente corretto “L’impianto fotovoltaico ha una potenza nominale di 10 kW” assumendo le condizioni di test standard “o” Questo è un sistema solare da campo libero da 1,2 MW (potenza nominale sotto l’ipotesi delle condizioni di prova standard) ” .

La frase “Richiede un’area di circa 6-10 m² per kW p” significa che per una potenza di sistema desiderata di 1 kW in condizioni di prova standard è richiesta un’area di circa 6-10 m².

Corrispondentemente, la notazione “P nominale = 1 kW” per i sistemi fotovoltaici è preferibile alla notazione “P = 1 kW p”, poiché un’aggiunta di aggiunte ai simboli unitari non è conforme alle norme.

Rilevanza pratica in Germania
L’irraggiamento di 1000 W / m² è un valore transitorio in condizioni reali. È raggiunto il più spesso più chiara è l’aria, più si avvicina all’equatore e più in alto si trova sopra il livello del mare. Dipende anche da quanto il sole è vicino al punto più alto. Di solito è raggiunto in Germania solo nelle ore di mezzogiorno di un giorno senza nuvole.

Le misurazioni della frequenza di irradiazione in Germania misurate su un mezzo minuto mostrano anche i valori sopra. Questi possono anche raggiungere fino a 1500 W / m² a causa della riflessione e della dispersione. A causa della breve disponibilità temporanea e del fatto che gli inverter sono generalmente progettati per un’irradiazione di 1000 W / me inferiore (massimo economico), vengono utilizzati raramente. Il massimo dell’irradianza ai bordi dell’atmosfera terrestre corrisponde alla costante solare E 0 ed è 1367 W / m².

Nel normale funzionamento, i moduli solari o le celle solari hanno solitamente una temperatura operativa molto più elevata di 25 ° C prevista nel test e quindi hanno un’efficienza inferiore fino al 20% e una potenza effettiva corrispondentemente inferiore, dato un irraggiamento di 1 kW / m². Un allineamento generalmente rigido di un sistema fotovoltaico fisso, le celle sono raramente allineate precisamente perpendicolarmente alla luce incidente, per cui l’irradianza viene ridotta dal coseno dell’angolo di incidenza.

L’indicazione in Watt Peak viene utilizzata per il confronto di moduli solari coestensivi di diversa produzione per la loro efficienza e il dimensionamento dei diversi componenti di un sistema solare. Non può essere utilizzato come unica indicazione per la caratterizzazione di un impianto fotovoltaico, in quanto per la resa energetica e per l’economia dei parametri essenziali del sistema come il corpo (spazio aperto, tetto, cingolato) e il sito, d. H. il grado di latitudine e associato con l’irradianza media, o il prevalente nelle condizioni climatiche del sito come la temperatura vengono ignorati.

In sintesi, per un sistema fotovoltaico effettivamente realizzato, la specifica della potenza in watt di picco non corrisponde a una potenza massima o potenza continua. Poiché le condizioni di radiazione sono spesso peggiori e i moduli solitamente molto più caldi rispetto alle condizioni di test standard, la potenza di picco viene raggiunta in pratica solo sporadicamente e anche più raramente superata.