Application of differential power processing to photovoltaic modules under partial shading conditions

In the recent times one of the most discussed topics at global level is the climate changes due to a continuous increase of pollutants’ emissions. To reduce the increasing global temperature and the climate changes the renewable energy sources are getting investigated deeply, and the recent years have seen an even more spreading of plants, of different sizes, for energy production from renewable energy sources. It’s significant to enhance the percentage of energy generated with renewable sources, but it’s also important to make it in the most efficient way. Among the different types of green energy production, the photovoltaic systems are having a big increase in number of installations, especially in small size plants like the ones used at domestic level. It’s important, especially with these types of systems, to have the best efficiency as possible to provide the required energy to the occupants of the buildings even under not optimal environmental conditions. One of the main obstacles to the PV systems is the partial shadowing: even a small shadow over one or more submodules can affect the overall module’s production. In the most common modern PV modules, the submodules are equipped with a bypass diode, which cut off the shadowed, or partially shadowed, submodules to avoid that it affects the other submodules. This solution helps to improve the energy production, but it cuts off the amount of energy produced by partially shadowed submodules. For an ever more efficient power production it’s important to not waste even the smallest amount of energy. In this thesis, different solutions to increase the efficiency of the PV modules under partial shadowing are investigated. In particular, a focus on the application of Differential Power Processing (DPP) systems on PV module as an alternative to the bypass diodes has been made.

Negli ultimi tempi uno degli argomenti più discussi a livello globale è quello del cambiamento climatico dovuto al continuo aumento delle emissioni di sostanze inquinanti. Per ridurre l'aumento della temperatura globale e le conseguenze di questo fenomeno si stanno studiando a fondo le fonti di energia rinnovabile, e negli ultimi anni si è assistito ad una sempre maggiore diffusione di impianti, di varie dimensioni, per la produzione di energia da fonti energetiche rinnovabili. Aumentare la percentuale di energia generata con fonti rinnovabili è importante, ma è anche importante farlo nel modo più efficiente. Tra le diverse tipologie di produzione di energia verde, gli impianti fotovoltaici stanno avendo un forte incremento nel numero di installazioni, soprattutto in impianti di piccole dimensioni come quelli utilizzati a livello domestico. È importante, soprattutto con questi tipi di impianti, avere la massima efficienza possibile per fornire l'energia necessaria agli occupanti degli edifici, anche in condizioni ambientali non ottimali. Uno dei principali ostacoli agli impianti fotovoltaici è l'ombreggiamento parziale: anche una piccola ombra su uno o più sottomoduli può influire sulla produzione complessiva del modulo. Nei più comuni moduli fotovoltaici moderni, i sottomoduli sono dotati di un diodo di bypass che isola i sottomoduli ombreggiati, o parzialmente ombreggiati, per evitare che influiscano negativamente sugli altri sottomoduli. Questa soluzione aiuta a migliorare la produzione di energia, ma non permette di estrarre l’energia prodotta dai sottomoduli parzialmente ombreggiati. È chiaro che anche la più piccola quantità di energia è importante e non deve essere sprecata. In questa tesi sono state studiate diverse soluzioni per aumentare l'efficienza dei moduli fotovoltaici in condizioni di ombreggiamento parziale. In particolare, è stato fatto un approfondimento sull'applicazione di sistemi di Differential Power Processing (DPP) sui moduli fotovoltaici in alternativa ai diodi di bypass.