La produttività di un impianto fotovoltaico passa anche (e soprattutto) dalla manutenzione

La manutenzione può essere di tipo ordinario, migliorativo o straordinario. Vediamo in cosa consistono e cosa sarebbe opportuno fare per avere un impianto fotovoltaico sempre in condizioni ottimali.

La scarsa manutenzione di un impianto fotovoltaico comporta una perdita anche di tipo economico

Un generatore fotovoltaico è un sistema energetico e – in quanto tale – ad una riduzione delle sue performance corrisponde una riduzione nella produzione di energia. Dunque, non si tratta di un sistema il cui mancato funzionamento comporta un semplice disservizio ma di un sistema produttivo in cui il gap tra produzione teorica attesa e produzione reale conseguita comporta una perdita dei benefici ambientali attesi oltre ad una minor prestazione di tipo finanziario. Infatti, il derating prestazionale comporta un’anomalia e falsa i risultati dell’analisi del ciclo di vita del sistema (in termini sia di LCA sia di LCEA) dove la producibilità energetica viene rapportata alla totalità dei consumi connessi con l’intero ciclo di vita dell’impianto. 

A condizione che progettazione e realizzazione dell’impianto siano state svolte secondo la regola dell’arte, la vita utile dell’impianto trova nella manutenzione e, più in generale nella conduzione, i servizi che possono determinare le sorti del sistema.

Garantire l’affidabilità di un sistema fotovoltaico è una condizione sempre più imprescindibile perché consente di massimizzare la producibilità del sistema solare a cui corrisponde una massimizzazione della redditività economica e del beneficio ambientale connesso con la generazione di energia pulita per una risposta operativa coerente con il business plan iniziale di progetto. Secondo alcuni studi di letteratura abbastanza recenti finalizzati alla “net energy analysis”, l’EROEI (Energy Return On Energy Investment) di un sistema fotovoltaico installato nell’Europa Centrale si attesta tra i 7-8 e 9-10 in funzione delle “boundaries” considerate nell’analisi. Ma per rispettare tali parametri prestazionali globali di sistema è fondamentale che l’impianto rispetti le attese e per farlo la sua conduzione deve essere efficace ed organizzata.

Al fine di poter definire il servizio di manutenzione più efficace per un impianto fotovoltaico è necessario svolgere un’attività preliminare di inquadramento tecnico e amministrativo e di conoscenza delle caratteristiche prestazionali di partenza anche allo scopo di individuarne gli eventuali punti di forza e quelli di debolezza. Naturalmente, l’obiettivo è anche quello di calibrare il livello e l’estensione dell’operatività: la complessità e la potenziale pletora di servizi attivabili deve essere opportunamente commisurata alla dimensione, ai CAPEX e al livello di redditività attesa dell’impianto.

Sulla base di questo screening devono essere stipulati i contratti relativi ai servizi ritenuti utili dal responsabile dell’impianto. Oltre alla manutenzione dell’impianto fotovoltaico, infatti, possono esserci diversi altri servizi: tra gli altri, la manutenzione del verde, soprattutto nel caso di un impianto installato al suolo; la vigilanza, eventualmente con videosorveglianza (che dovrà essere essa stessa oggetto di manutenzione); la manutenzione delle opere edili del sito tra cui, ad esempio, la recinzione, la copertura in caso di impianto su tetto, la viabilità interna o altri manufatti funzionali ed, infine, la cura dei servizi di gestione documentale-amministrativa necessari per il mantenimento degli incentivi e/o della regolarità normativa del sistema.

L’affidatario della manutenzione dovrebbe essere dotato di una struttura organizzata in grado di coordinare le diverse attività. In tal senso, è opportuno costituire un gruppo di lavoro che consti delle risorse a cui affidare le attività continuative quali il monitoraggio continuo dell’impianto e la videosorveglianza, quelle che devono prendere in carico gli interventi puntuali come le manutenzioni correttive e preventive ed infine le risorse che devono svolgere le attività periodiche da mettere in campo ciclicamente. Sarebbe opportuno dotarsi di strumenti informatici quali un CMMS (Computerized Maintenance Management System) che consenta di gestire la manutenzione facendone confluire le informazioni in un database da sfruttare per la verifica dei KPI, per la riduzione dei fermi impianto e per l’aumento della vita utile.

Le differenze tra manutenzione ordinaria, straordinaria e migliorativa

La manutenzione core del sistema fotovoltaico può essere declinata secondo le più disparate esigenze in accordo con le pertinenti norme UNI EN 13306 e UNI 10147. Nella categoria della manutenzione ordinaria, che ricordiamo essere quella finalizzata a mantenere l’integrità e assicurare la vita utile del bene, ripristinandone la disponibilità a seguito dei guasti nonché mantenere l’efficienza dei beni, abbiamo le manutenzioni correttiva, preventiva e migliorativa. Ha una vocazione correttiva quando viene eseguita a seguito di un guasto. In tal caso, può essere differita o urgente a seconda dell’impatto sull’operatività del sistema.

Questa è, per così dire, la più “inefficiente” in quanto vi si ricorre quando il guasto è già occorso e, pertanto, oltre al danno diretto del componente da sostituire può comportare un danno indiretto corrispondente con la mancata produzione di energia. Per gestirla, minimizzando le perdite, è bene organizzarsi con il monitoraggio in continuo dell’impianto, con una squadra pronta ad intervenire in tempo reale ed una scorta di materiale che riguardi, in primo luogo, i componenti di piccola dimensione quali interruttori, fusibili, cavi, etc.

Più onerosa è, invece, la disponibilità a magazzino di componenti quali gli inverter e i moduli fotovoltaici. Diverso è il concetto della manutenzione preventiva che ha il vantaggio di anticipare gli eventi evitando fermi impianto con le conseguenti mancate erogazioni di potenza. A questa famiglia di manutenzioni appartengono quelle cicliche che prevedono degli interventi caratterizzati da una propria periodicità, programmati con la finalità di verificare e mantenere le condizioni ottimali dell’impianto.

A titolo esemplificativo e non esaustivo, gli interventi sono l’esame visivo dell’impianto, il controllo dei serraggi di collegamenti elettrici e delle strutture, le prove del corretto funzionamento di interruttori e sezionatori, le prove di continuità dei conduttori di terra, di protezione ed equipotenziali, la misura della resistenza di terra, la verifica della temperatura dei componenti, la pulizia dei moduli fotovoltaici e dei locali tecnici. Alle preventive appartengono anche le manutenzioni secondo condizione (condition based maintenance).

Esse hanno come presupposto il monitoraggio continuo o periodico di alcuni parametri caratteristici da confrontare con soglie di riferimento. Il superamento delle soglie indica che un componente osservato è da “attenzionare” e potrebbe richiedere un intervento. L’indicatore può essere, ad esempio, un parametro elettrico o termico, da monitorare rispettivamente tramite multimetro o termocamera, oppure può essere un parametro macroscopico come il trend della produzione di energia dell’impianto da confrontare con il valore atteso in un determinato periodo di tempo.

Abbiamo poi la manutenzione migliorativa che mira ad ottimizzare il sistema con interventi mirati pur non incrementano il valore patrimoniale dell’impianto. Altra manutenzione, che rientra ancora tra le preventive, ma più evoluta, è quella predittiva. Essa si basa sul monitoraggio di alcuni dati operativi del sistema che saranno acquisiti, aggregati ed analizzati al fine di determinare le strategie d’intervento sull’impianto con l’obiettivo finale di aumentarne le prestazioni, prolungarne la vita utile e ridurre i costi manutentivi. In questo caso, i modelli analitici per l’elaborazione dei dati possono essere complessi in quanto sviluppati secondo logiche proprie del machine learning e dell’intelligenza artificiale.

Appartengono alla manutenzione straordinaria gli interventi di costo rilevante con l’obiettivo di sostituire componenti soggetti ad avaria o di migliorare le prestazioni del sistema ricorrendo a quanto reso disponibile dall’avanzamento tecnologico mediante la sostituzione con componenti di nuova tecnologia (revamping). È bene in tal caso, ad eccezione di interventi non rilevanti o di interventi su impianti di piccola taglia (inferiore a 3 kW), inviare opportuna comunicazione al GSE con le informazioni sul tipo di modifica apportata all’impianto. Altro tipo di intervento straordinario è quello che comporta l’adeguamento dell’impianto ad un’indicazione normativa da rispettare retroattivamente. Ad esempio, l’Autorità (l’allora AEEG diventata ARERA nel 2018) ha richiesto in passato adeguamenti da adottare per impianti già in esercizio come nel 2012 quando fu richiesto un intervento su inverter e sistema protezione d’interfaccia degli impianti già in esercizio in ottemperanza alle norme CEI 0-21 e CEI 0-16. 

La rassegna delle tipologie manutentive evidenzia l’importanza di un sistema di monitoraggio accessibile per la gestione di un impianto fotovoltaico. Un’ultima considerazione in tal senso di interesse per chi deve organizzare la manutenzione, riguarda i risultati di un’indagine sperimentalesu un parco di impianti fotovoltaici gestiti da un operatore internazionale  (Optimization of photovoltaic maintenance plan by means of a FMEA approach based on real data – Energy Conversion and Management  - Volume 152, 15 November 2017, Pages 1-12).

Nel caso in parola, alcune tecniche di analisi delle modalità di guasto, applicate originariamente nel contesto aeronautico e finalizzate a massimizzare l’affidabilità di un sistema, sono state applicate, in modo innovativo, al funzionamento di sistemi solari fotovoltaici e ve ne sono anche altri esempi applicativi in letteratura. Si tratta, in questo caso, della Failure Modes and Effect Analysis (FMEA) afferente alla famiglia delle Reliability Centered Analysis che consiste nell’individuazione di tutte le possibilità modalità di guasto da cui possono essere affetti i componenti o sotto-componenti elementari in cui un sistema può essere scomposto e nella creazione di un database contenente tutte le possibili modalità di guasto cui associare dei parametri qualitativi e, infine, nella successiva valutazione di ciascuna di queste modalità.

L’applicazione di questa tecnica di analisi ha consentito di associare a ciascuna modalità di guasto un Risk Priority Number ovvero un indice ottenuto dalla composizione fattoriale di tre parametri valutati tipicamente dal manutentore in una scala da 1 a 10 che rappresentano rispettivamente: la gravità dell’evento di guasto (Severity, S), la sua probabilità di accadimento (Occurrence, O) e la difficoltà di rilevarlo (Detection, D).

L’analisi dei guasti da parte degli uomini in campo hanno evidenziato come la componente di Detection sia quella con la massima incidenza, peraltro, nella gran parte dei casi, a basso costo perché migliorabile semplicemente incrementando la capacità di monitoraggio dell’impianto anche con soluzioni poco onerose. Infatti, tra i tre parametri S, O e D, quello più diffusamente migliorabile è il parametro della Detection. Si ricordi, peraltro, che il mancato rilevamento di un guasto che comporta la mancata o la ridotta erogazione di potenza da parte dell’impianto comporta un danno per il conduttore anche in termini di produzione e, quindi, di danno indiretto in aggiunta al danno diretto del componente in avaria.

Anche questa analisi incoraggia, dunque, la necessità di puntare su un efficiente sistema di monitoraggio e un affinamento delle tecnologie ad esso finalizzate, da applicare possibilmente all’impianto fotovoltaico in tutta la sua estensione, anche tramite l’IoT, contando su strumenti semplici ed economici, come base concreta per poter approntare le azioni necessarie al mantenimento delle prestazioni energetiche, economiche e ambientali dei sistemi di produzione fotovoltaici.