La gestione degli impianti fotovoltaici grid-connected a sistema fisso

In quest'ultimo decennio, in Italia, il settore fotovoltaico (FV) è cresciuto esponenzialmente, assumendo un ruolo sempre più rilevante, sia come numero di impianti che come potenza installata, e raggiungendo, in molte regioni, tra cui la Sicilia, dei risultati superiori ai previsti obiettivi di sviluppo ("Rapporto di Monitoraggio Ambientale del PEARS - Anno 2012" - Ass.to dell'Energia e dei S.P.U., Dip. dell'Energia, Regione Siciliana, 2013). Il parco fotovoltaico, installato in Italia, tende a raggiungere la potenza di 17,5 GWp, distribuita su oltre 540.000 impianti, la maggior parte dei quali è installata su tetti e la restante parte a terra: quasi il 90% è rappresentato da impianti di taglia fino a 20 kWp, per lo più di tipo residenziale (GSE). Data l'importanza energetica assunta dal settore in esame, risulta indispensabile una gestione efficiente degli impianti FV, attraverso l'implementazione di un adeguato programma di manutenzione per il mantenimento delle condizioni di ottimale e continuo funzionamento e l'ottenimento di una soddisfacente produzione energetica.

Analisi degli aspetti manutentivi degli impianti FV La tecnologia fotovoltaica è caratterizzata dalla capacità di convertire direttamente la radiazione solare in energia elettrica. Un impianto FV è costituito, principalmente, dai seguenti componenti (Fig. 1):

A - Moduli fotovoltaici (generatore fotovoltaico);

B -Quadro di sezionamento e protezione lato corrente continua (CC);

C - Inverter;

D - Quadro di sezionamento e protezione lato corrente alternata (CA); 

E - Contatore di produzione. 

In base alla tipologia di impianto, alla taglia ed all'utilizzo dell'energia prodotta, possono essere presenti ulteriori componenti (contatore "Scambio Sul Posto", ecc.). Gli impianti FV, in genere, hanno una vita utile di circa 25 anni, con limitate necessità di manutenzione ed una buona resistenza agli agenti atmosferici. Fin dalla fase di progettazione degli impianti FV, si devono prevedere e garantire le operazioni di manutenzione durante la vita operativa, tenendo conto, principalmente, del sito di installazione e dei requisiti richiesti dal Soggetto Responsabile (RS), dagli enti preposti alle verifiche e dalle aziende produttrici dei componenti che stabiliscono delle linee guida.

I requisiti del SR sono importanti per metterlo in condizioni di gestire l'impianto per tutta la vita utile, indipendentemente dal fatto che abbia stipulato o meno un contratto di manutenzione con la stessa azienda che ha progettato e realizzato l'impianto FV (Decreto n. 37/08). Il processo di mantenimento di un impianto FV deve consistere nell'insieme delle attività volte a verificare il regolare funzionamento ed a mantenere o riportare l'impianto nelle richieste condizioni di funzionamento, al fine di massimizzare la Disponibilità, l'Affidabilità e la Vita Utile dello stesso, in un quadro di sicurezza.

Le attività di mantenimento di un impianto FV (Fig. 2) devono prevedere i seguenti interventi (UNI EN 13306, UNI 10147, UNI 11063): monitoraggio, manutenzione ordinaria, manutenzione straordinaria. Tali attività, che bisognerebbe considerare fin dalla fase preliminare della chiusura del contratto di acquisto dell'impianto, sono essenziali per il corretto mantenimento dello stesso e per assicurarne i livelli di rendimento previsti. Esse, inoltre, devono essere eseguite da personale competente, qualificato ed addestrato per lo svolgimento di tali operazioni, secondo le normative vigenti in materia.

Manutenzione ordinaria In linea di massima, gli impianti FV a sistema fisso necessitano, almeno una volta l'anno, di un intervento di manutenzione ordinaria, oltre alla verifica della produzione di energia. La strategia di manutenzione ordinaria più comunemente applicata è di tipo programmata o preventiva, prevedendo interventi di manutenzione ad intervalli regolari e programmati nel tempo, allo scopo di ridurre la manutenzione "su guasto o reattiva".

Un impianto FV a sistema fisso installato su edifici, pensiline e tettoie, essendo privo di parti in movimento, ha bisogno di una manutenzione ordinaria di tipo tecnica, consistente nell'Ispezione visiva, Verifica e Controllo periodico e programmato di tutti i componenti "critici" dell'impianto (generatore fotovoltaico, relativa struttura di sostegno, quadri in CC e CA, inverter, dispersori, morsetti e cavi ), ed una manutenzione ordinaria di tipo pratica, consistente nella pulizia periodica dei pannelli FV e nelle operazioni che possono richiedere, anche, la sostituzione o riparazione di parti meccaniche ed elettriche (in garanzia), che dovessero andare in avaria e quindi essere inefficienti per il corretto funzionamento dell'impianto. A seconda della tipologia dell'impianto, della taglia e dell'utilizzo dell'energia prodotta, in alcuni casi, le attività di manutenzione preventiva devono essere affiancate da un'attenta capacità di ottimizzazione e di anticipazione delle situazioni di degrado o malfunzionamento, che potrebbero compromettere nel tempo le prestazioni dell'impianto stesso (Manutenzione Preventiva/Predittiva MPP).

Monitoraggio Il monitoraggio è una fase importante del piano di manutenzione e consiste nell'insieme delle attività volte alla conoscenza dello "stato di salute" dell'impianto, o di una parte di esso. Il processo di monitoraggio deve essere effettuato sia sui componenti che sui parametri di performance dell'impianto (CEI 82-25;V1), attraverso i quali è possibile definire, qualificare e quantificare gli interventi necessari al mantenimento della piena efficienza e sicurezza (MPP). A seconda delle esigenze e della taglia dell'impianto FV, il monitoraggio si può limitare al controllo dei dispositivi in sito (contatore di produzione ed inverter) oppure prevedere l'utilizzo di tecnologie avanzate che si interfacciano con i dispositivi implicati al funzionamento dell'impianto.

Manutenzione straordinaria La manutenzione straordinaria, di tipo "su guasto o reattiva", consiste nelle attività necessarie a mantenere l'impianto FV qualora si verificano degli imprevisti durante la vita operativa, come, ad esempio, la rottura accidentale di pannelli, guasti precoci di alcuni componenti dell'impianto, ancora in garanzia, fermi dell'impianto dovuti ad anomalie causate da fattori esterni.

Fattori di inefficienza energetica e manutenzione degli impianti FV

Di norma, un impianto FV funziona in modo completamente automatico ed autonomo, senza guasti per molti anni. Il corretto funzionamento di un impianto FV si può verificare controllando la resa dello stesso, in base alla quale si potrebbe delineare, all'occorrenza, l'attivazione di azioni/operazioni di manutenzione ordinaria/straordinaria, indirizzate alla ricerca della causa del malfunzionamento o guasto ed operare per riportare l'impianto alle corrette condizioni di funzionamento (MPP). Diversi fattori causano la perdita di efficienza dell'impianto, alcuni dei quali fisiologici, altri legati ad incuria e a manutenzione poco qualificata. Le principali cause di malfunzionamento, con conseguenti perdite di energia, sono riportate nella Tabella 1.

La presenza di sporcizie varie sulla superficie dei pannelli può incidere negativamente sulle prestazioni degli stessi. La relativa pulizia periodica è un procedimento necessario per garantire un ottimale assorbimento delle radiazioni solari e lavorare in sicurezza, evitando fenomeni di "hot spot". Anche l'ombreggiamento può causare la perdita di efficienza di un impianto FV. In particolare, quello che va a concentrarsi su pochi moduli o parte di essi in modo non omogeneo, può produrre effetti gravi, in quanto determina il "mismatching" nella stringa, causando una produzione di energia sbilanciata e compromettendo la vita utile dei moduli stessi.

Altresì, i disturbi di rete costituiscono, in base alle statiche dei guasti, una delle principali cause di malfunzionamento e riduzione dell'efficienza. In generale, ciascuna delle cause di malfunzionamento, prima citate (Tabella 1), possono, se trascurate a lungo tempo, pregiudicare e ridurre l'efficienza energetica e la vita utile dell'impianto o di una parte di esso. Pertanto, la manutenzione è necessaria oltre che conveniente.

Conclusioni

Sebbene la tecnologia fotovoltaica sia solida ed affidabile, tuttavia, è possibile che in un impianto FV si possono verificare situazioni di malfunzionamento o guasti. E' fondamentale tutelare e gestire l'investimento nel fotovoltaico, intervenendo efficacemente nella prevenzione o soluzione immediata di guasti mediante un controllo costante e specializzato sull'impianto, poiché il corretto funzionamento garantisce il ritorno sull'investimento. L'implementazione di un adeguato programma di manutenzione è indispensabile per il raggiungimento degli obiettivi sia energetici che economici, in quanto trascurare la manutenzione dell'impianto FV può portare a significative perdite di produzione di energia, esponendolo maggiormente al rischio di guasti ed a costi per il ripristino del suo corretto funzionamento.

Maria Iudicello - Università degli Studi di Palermo NTC srl affiliato Enel Green Power