Degrado dei moduli fotovoltaici e possibili soluzioni

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$Zucchero bianco, un \'killer\' invisibile$

La generazione distribuita da fonti rinnovabili ha raggiunto la piena maturità e sono rimaste confinate nel passato le ombre legate alla affidabilità dei prodotti.

La tecnologia fotovoltaica, in particolare, si è affermata anche grazie alla sempre migliore capacità di tradurre stime e previsioni statistiche di produzione in un piano di investimenti affidabile e in una corretta pianificazione economico-finanziaria.

In questo, ha sempre trovato spazio una quota di degrado atteso delle prestazioni dei moduli FV nel tempo, con valori tollerati dell’ordine di frazioni di punto percentuale per anno.

A fianco delle sempre più accurate valutazioni sul piano tecnico-economico, sono maturate nel tempo anche le forme di garanzia offerte sulle prestazioni.

Tutti i costruttori di moduli FV hanno incluso nella loro proposta commerciale indicazioni, quando non proprio garanzie di prestazione, secondo indici specifici relativi al massimo degrado ammesso.

Il degrado inatteso

Non sempre queste prestazioni sono rispettate e oggi si attribuisce grande attenzione a fenomeni di degrado fisico-chimico dei moduli FV.

Questi fenomeni evolvono secondo due distinte dinamiche di degrado.

La prima è considerata come fisiologica, nota a priori e data per acquisita. Viene rappresentata con andamento lineare e distribuita in modo uniforme sull’intera vita dei moduli. Ha impatto programmato sulla produzione e sul ritorno dell’investimento.

Una seconda dinamica è quella che si manifesta con una progressione inattesa, concentrata nei primi anni di vita del prodotto. L’impatto sul parco FV può essere differenziato per zone quando non per lotti produttivi.

Questo fenomeno ha impatto rilevante e non programmato sulla produzione, sul ritorno dell’investimento, sulla vita attesa dei dispositivi installati.

La ricerca delle cause

In funzione della gravità di questo tipo di fenomeni, si impone un’azione di contrasto da valutarsi sia in fase di nuove installazioni che a valle dell’installazione sugli impianti esistenti.

L’industria FV è alla continua ricerca di tecnologie e soluzioni volte a mitigare gli effetti descritti. Va osservato che, a distanza di anni dalle prime installazioni massive, emergono fenomeni che non erano noti al momento della costruzione oppure, ancorché noti, non valutati correttamente.

Le analisi effettuate presso istituti di ricerca Europei hanno condotto a risultati sorprendenti, sia su prodotti da manifattura europea che asiatica, mostrando una casistica di degrado rilevante.

Non è un caso che il tema abbia assunto un rilievo così marcato negli ultimi anni. Nondimeno, significativi passi avanti sono stati compiuti.

Contrastare il degrado inatteso e contenere quello programmato

Grazie alle soluzioni di contrasto individuate, esiste oggi una concreta possibilità di intervento, sia per contrastare fenomeni di degrado inatteso che, cosa non meno importante, per contribuire a contenere il degrado programmato.

Gli impianti utility scale sono i primi a beneficiare delle soluzioni disponibili sul mercato, in virtù della specifica modalità di manutenzione di questi impianti, sempre volta alla massima attenzione all’efficienza e all’ottimizzazione delle prestazioni.

Manutenzione ordinaria, straordinaria, monitoraggio in tempo reale, revamping, sono tutti termini entrati di buon passo nel parco strumenti della gestione di impianto. Tutti temi interconnessi e pertinenti, a vario titolo, sul tema del degrado delle prestazioni sui moduli FV.

E’ utile differenziare a questo punto le componenti del degrado: una è dovuta alla polarizzazione dei moduli, generalmente reversibile, e una resta legata a fenomeni di corrosione elettro-chimica, poco o per nulla reversibile.

Si osserva così una larga convergenza nell’attribuire la principale causa della polarizzazione al localizzarsi di tensioni negative sui nodi di stringa rispetto a terra.

Come si interviene

La buona notizia è che esiste un’intera classe di impianti, ovvero le installazioni utility scale con inverter centralizzati, sui quali questi fenomeni possono essere contrastati efficacemente, adottando sistemi passivi e attivi.

Quindi si possono distinguere:

Sistemi di polarizzazione passiva: sistemi atti a limitare l’escursione della tensione del polo negativo di stringa rispetto a terra. Per ottenere l’obiettivo si agisce inserendo un elemento a bassa impedenza tra il polo negativo e la terra. Questo intervento va coordinato con i sistemi di controllo isolamento per evitare allarmi intempestivi.

Sistemi di polarizzazione attiva: sistemi atti a contrastare la perdita di performance attraverso una contro-polarizzazione del modulo FV. Per ottenere l’obiettivo si agisce in modo attivo, ovvero attraverso una sorgente di alimentazione di tensione e corrente adeguati. Questo intervento va coordinato con gli inverter, garantendo il rispetto delle specifiche tecniche e dei rating ammessi.

Le soluzioni

Dispositivi elettrici/elettronici si prestano ad implementare le strategie elencate. In linea di principio si può intervenire con dispositivi installati a livello di stringa come a livello di inverter.

Sugli impianti utility scale intervenire con apparati a livello di stringa significa prevedere un numero elevato di dispositivi in relazione all’elevato numero di nodi coinvolti.

Il costo delle operazioni di cablaggio e verifica in campo è generalmente elevato e integrare numerosi apparati nel sistema di telecontrollo può rivelarsi un’impresa ardua. Risulta decisamente più naturale procedere con l’installazione di apparati ai morsetti dell’inverter.

Non solo le operazioni in sito risultano semplificate e molto più rapide, ma questi apparati possono essere più facilmente integrati nelle cabine presenti e collegati alla rete dati senza particolari criticità.