Sistemi di monitoraggio per impianti fotovoltaici

Essere proprietari di un impianto fotovoltaico ci rende sicuramente più sensibili alla tematica della radiazione solare per il semplice fatto che maggiore è l’irraggiamento, maggiore è la produzione dei moduli fotovoltaici. Ma cosa succede se questa proporzione non viene rispettata? 

Per durare nel tempo ed assicurarsi che produca proporzionalmente all’irraggiamento, un impianto fotovoltaico ha bisogno di essere controllato periodicamente, e per fare ciò il consiglio è quello di procurarsi un sistema di monitoraggio efficiente.

I livelli di controllo

Il livello di controllo che può fornire un moderno sistema di monitoraggio può variare dal semplice avviso sull’accensione/spegnimento dell’impianto fino al rilevamento della corrente/tensione/temperatura di ogni singolo pannello. Per impianti di piccole dimensioni (generalmente gli impianti domestici) possiamo identificare due funzionalità che possono essere sufficienti per tenere sotto controllo e valutare la qualità della resa: potenza istantanea ed energia.

La potenza istantanea è paragonabile alla velocità di un automobile dove i kilowatt sono la velocità mentre l’irraggiamento è il piede sull’acceleratore. Ogni automobilista sa riconoscere se la propria auto sta andando alla giusta velocità in relazione alla pressione esercitata sul pedale. Allo stesso modo, monitorando la potenza istantanea di un impianto fotovoltaico si ha la possibilità di valutare se l’impianto sta andando come dovrebbe.

L’energia generata invece, sempre utilizzando l’esempio automobilistico, è la quantità di chilometri percorsi. Per gli impianti fotovoltaici è fondamentale memorizzare i dati di energia giornaliera così da tenere traccia dell’andamento dell’impianto (quindi dell’eventuale calo di prestazioni) nel tempo.

 Questi dati dovrebbero poi essere confrontati con i dati di progetto per constatare se le stime iniziali di producibilità siano state raggiunte. Chiaramente ogni anno, per quel che riguarda l’irraggiamento, è diverso dall’altro, quindi non si ci si può aspettare produzioni sempre allineate. Tuttavia le stime iniziali fornite dai progettisti, e basate su modelli matematici collaudati, consentono di avere un’indicazione piuttosto precisa di quello che ci si deve aspettare dal proprio impianto.

Valutare la resa dell'impianto

Quanto potrebbe scostarsi la produzione rispetto alle stime di progetto? Ovviamente la stima non può essere precisa perché, come sappiamo bene, le condizioni meteo sono variabili. E’ difficile dare un valore assoluto. Ad ogni modo la percentuale di scostamento è di circa il 15% in più o in meno rispetto alle stime di progetto.
 Un modo più preciso per valutare la qualità della resa del nostro impianto è poter usufruire dei dati di irraggiamento della zona in cui è installato il nostro impianto. Meglio ancora se si dispone di sensori di irraggiamento o piranometri che analizzano la quantità di irraggiamento nel punto preciso dell’impianto.

Esistono in commercio diverse decine di sistemi di monitoraggio. I prezzi possono variare da poche decine di Euro fino a diverse migliaia. Tutto dipende dal livello di controllo che si vuole ottenere. 
Per impianti domestici è consigliato un monitoraggio che non superi i 120-150 euro che solitamente fornisce i dati fondamentali.

Gli impianti più grandi invece hanno bisogno di un sistema di controllo più accurato, il quale può consentire un risparmio notevole in termini di manutenzione straordinaria perché fornisce al proprietario (o al manutentore) le informazioni necessarie per valutare la resa dell’impianto in relazione alle condizioni meteo e alle potenzialità dello stesso. 
Molto spesso, in assenza di un sistema di monitoraggio, intere sezioni di impianti fotovoltaici rimangano spente per mesi in attesa di essere riattivate durante un intervento di manutenzione programmata.

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Tipologie dei sistemi di monitoraggio

I sistemi di monitoraggio sono di diverse tipologie. Le più diffuse e utilizzate sono le seguenti:

-    Monitoraggio contatori di produzione: sono indicati per impianti di piccole o medie dimensioni con al massimo un inverter. Monitorando il contatore si ha un’idea precisa della produzione dell’impianto, tuttavia non si hanno informazioni di eventuali anomalie su inverter e stringhe.
 Su alcuni grandi impianti, questi sistemi sono utilizzati come sistema di backup del monitoraggio di inverter e stringhe. Ha il vantaggio di essere molto economico.

-    Monitoraggio inverter: è il sistema di monitoraggio più diffuso. In genere si interfaccia con schede di comunicazione in RS485 installate all’interno di ogni inverter e quadro intelligente. Consente di ricevere lo stato di esercizio di ogni inverter così da rendere il più veloce possibile un intervento di manutenzione straordinaria qualora necessario. In commercio negli ultimi tempi molti produttori hanno integrato direttamente le funzionalità di un sistema di monitoraggio esterno all’interno dell’inverter che si possono interfacciare direttamente su reti dati via cavo o senza fili (LAN/WLAN).

-    Monitoraggio di stringa: è sempre abbinato al monitoraggio dell’inverter. Consente di leggere i dati di corrente di ogni singola stringa o gruppi di esse. Questo sistema rende il monitoraggio molto più dettagliato, tuttavia i costi per l’installazione di quadri di stringa intelligente sono molto elevati e possono essere giustificati solo per impianti di grandi dimensioni (oltre i 100kWp).

-    Monitoraggio a livello di modulo: è il sistema più completo per il monitoraggio di un impianto. Fornisce i dati di produzione di ogni singolo modulo rendendo di fatto totale il controllo della produzione. Non è adatto a tutti gli impianti fotovoltaici e solitamente viene previsto in fase di installazione dell’impianto. I costi sono mediamente più alti rispetto al monitoraggio di stringa.

Apparecchiatture che si possono integrare ai sistemi di monitoraggio

Nei sistemi più evoluti si possono integrare un’ampia varietà di apparecchi per rilevamento di dati ambientali (sonde di temperatura modulo/ambiente, piranometri, anemometri, igrometri ecc.) che aiutano a paragonare i dati di potenza ed energia con le reali condizioni meteo sull’impianto istante per istante.
In alcuni casi, soprattutto per gli impianti più grandi, l’installazione di almeno un sensore di irraggiamento è fondamentale per il calcolo della Performance Ratio (PR). Essa restituisce la qualità istantanea della produzione sulla base dell’irraggiamento. La formula base per il calcolo è piuttosto semplice, ma può essere “arricchita” con ulteriori formule che ne migliorano l’affidabilità. 
La base per il calcolo della PR è:

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Su base giornaliera viene utilizza l’energia espressa in kWh e l’irraggiamento in kWh/m2.
In genere un valore risultante superiore all’80% è considerato indice di buona producibilità, tuttavia possono entrare in gioco fattori che possono influenzare parecchio il risultato finale (come ad esempio la temperatura). Per migliorare l’attendibilità di questa formula, vengono aggiunti altri parametri che tengono in considerazione il variare delle prestazioni dei pannelli in relazione alle condizioni climatiche.

L'utilità del sistema di monitoraggio

Le considerazioni fatte finora ci possono aiutare a comprendere l’utilità di un sistema di monitoraggio. Le perdite causate dalla sua mancanza possono essere ingenti. Questo strumento può rivelarsi fondamentale per garantire il corretto funzionamento dell’impianto durante tutta la sua vita utile (oltre i 20 anni) consentendoci di rimediare in modo efficace ad eventuali incidenti di percorso che possono rallentare la produzione di energia. Il consiglio è di fornirsi, visto i prezzi accessibili, di un sistema che garantisca almeno l’accesso ai dati di potenza ed energia del proprio impianto fotovoltaico. L’investimento, nel minore dei casi, consentirà di renderci più consapevoli delle potenzialità della produzione di energia da fonti rinnovabili come il fotovoltaico.

di Igor Comani e lo Staff di EnergoClub

Avviso: Oltre ai metodi di monitoraggio sopra elencati c'è un nuovo metodo che EnergoClub proporrà a breve ai propri Soci con impianto fotovoltaico domestico.
Tale metodo non richiede alcuna attrezzatura aggiuntiva perché si avvarrà dei dati di produzione storici in possesso del GSE e dei dati reali di irraggiamento forniti localmente da satellite.
Analizzando la produzione nel tempo, mese dopo mese, sarà possibile capire se il proprio impianto sta lavorando in modo ottimale oppure no.
Non solo. Sarà possibile verificare se i versamenti del GSE sono stati fatti regolarmente oppure no e, in quest'ultimo caso, ricevere consigli su cosa è meglio fare.
Il Socio EnergoClub che lo desidera potrà ricevere anche "allarmi" (alerting) sullo smart phone e via mail quando l'impianto FV dovesse manifestare qualche anomalia di funzionamento.
Il metodo sarà utilizzato nel Check Up Fotovoltaico EnergoClub di cui vi diremo nei prossimi giorni e che farà parte dei Servizi riservati ai soci. Continuate a seguirci. Vi terremo informati.
Nell'attesa, associatevi qui.

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