Manutenzione degli impianti fotovoltaici : norme ed interventi

La tutela dell’investimento fotovoltaico può essere garantita solo tramite un corretto funzionamento dell’impianto a sua volta garantito da una costante e professionale manutenzione.

Con il presente articolo si vogliono chiarire i concetti base legati all’importanza della manutenzione negli impianti fotovoltaici già a partire da quelli di medio piccola potenza ed alla necessità di dotare l’impianto di un sistema di monitoraggio in grado di segnalare ed individuare tempestivamente le anomalie ed i guasti.

In generale, secondo quanto previsto dalla guida Cei 0-10, una corretta manutenzione degli impianti, per quanto possibile, assolve ai seguenti compiti:

• aiuta a conservare gli standard di sicurezza e funzionalità previsti dal progetto;
• facilita la continuità nell’erogazione di servizio svolto dall’impianto;
• diminuisce i rischi di danni irreparabili ai componenti;
• riduce i danni economici in termini di mancata produzione;
• consente un controllo dei parametri relativi alla produzione ed ai parametri ambientali quali irraggiamento, temperatura dei moduli, temperatura ambiente e velocità del vento.

Normativa di riferimento

Si riportano qui di seguito le principali norme tecniche di riferimento relative alla verifica ed alla manutenzione degli impianti fotovoltaici :

• Guida Cei 82-25 Guida alla realizzazione di sistemi di generazione fotovoltaica collegati alle reti elettriche di Media e Bassa Tensione.
• Norma Cei 64-8 Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1 000 V in corrente alternata e a 1 500 V in corrente continua
• Norma Cei 11-1 Impianti elettrici con tensione superiore a 1 kV in corrente alternata.
• Guida Cei 0-15 Manutenzione delle cabine elettriche MT/BT dei clienti/utenti finali
• Guida Cei 0-10 Guida alla manutenzione degli impianti elettrici
• Norma Cei 11-27 Lavori su impianti elettrici
• Norma Cei EN 61724 Rilievo delle prestazioni dei sistemi fotovoltaici -Linee guida per la misura, lo scambio e l’analisi dei dati.

Performance Ratio degli impianti
Il “performance ratio” dell’impianto è definito come rapporto tra la produzione in kWh/kW misurato dal contatore di produzione e l’irraggiamento disponibile sul piano dei moduli misurato dalle sonde (solarimetri o piranometri) in kWh/m2. Chiariamo innanzitutto il concetto di rendimento dell’impianto a partire dal rendimento nominale dei moduli dichiarato dal costruttore per cui la potenza nominale è definita alle condizioni standard di prova (Stc – Standard Test Conditions): Irraggiamento 1000 W/m2; Spettro di densità di potenza AM =1,5; temperatura delle celle 25°.

Secondo la definizione di “rendimento“, per moduli sarà dato dal rapporto tra la potenza solare sulla superficie lorda del modulo stesso. Alle Stc il rendimento è calcolato con l’equazione 1:
 

Equazione 1

n_STC=P_N / (S_M*100)

Per questioni di definizioni normative, l’ingombro in m2 di un kW di potenza installata, equivale all’inverso del rendimento sopra definito. A dimostrazione di quanto detto, l’equazione 2 mostra il calcolo della superficie di 1 kW di moduli S1kW

Equazione 2
 

S_1kW=(1000/P_N)*S_M=1/n_STC

 

(La trascrizione di concetti elementari con formule matematiche porta spesso a perdere di vista la semplicità della questione; a chiarimento dell’equazione 2 : 1000 / PN non è altro che il numero di moduli che servono per fare un kW (esempio ci vogliono 5 moduli da 200 W per fare un kW…. ma l’operazione fatta mentalmente è appunto 1000/200). Il numero di moduli così calcolato moltiplicato per la superficie in m² di ognuno, rappresenta appunto la superficie netta di moduli occorrenti per fare un kW)

Questo concetto è ciò che ci permetterà di comprendere il passaggio tra una misura di irraggiamento in unità di superficie ed una misura di energia elettrica per unità di potenza.
Definiamo I, l’irraggiamento misurato in kWh/m2 misurato sul piano dei moduli in un’unità di tempo (es 1700 kWh/m2/anno).
In prima ipotesi, si considera che il sole si comporti come nei cartoni animati ossia, sorge e tramonta in un istante ponendosi immediatamente al centro della volta celeste (nel nostro caso perpendicolarmente alla posizione dei moduli fornendo l’irraggiamento I alle Stc).
Considerando inoltre tutti i componenti ideali (con rendimento unitario), l’energia prodotta per ogni kW installato, nel caso ideale descritto sarebbe:

Equazione 3

E_1kW=I*S_1kW*n_STC

Per quanto visto nelle equazioni 1 e 2 , l’equazione 3 si riduce dunque a E1kW=I
Ciò vuol dire che in un mondo ideale con componenti elettrici ideali, la produzione di energia in kWh prodotta da ciascun kW installato corrisponde all’irraggiamento solare misurato sul piano dei moduli in kWh/m2

Tornando nel mondo reale, per un osservatore posto sulla terra in una determinata posizione geografica, il sole sorge, si muove nella volta celeste seguendo un “tragitto” noto, definito da difficilissime formule contenute nella norma Uni8477 e tramonta.
Ne deriva che durante il reale funzionamento dell’impianto, l’irraggiamento disponibile sul piano dei moduli, non è praticamente mai alle Stc sia per effetto del valore e della qualità dell’irraggiamento sia per effetto della temperatura.

Inoltre, dovendo utilizzare componenti reali, si dovranno aggiungere tutte le perdite del sistema elettrico principalmente dovute a : circuiti in corrente continua, convertitore c.c./a.c., circuiti in corrente alternata comprensivi di eventuali trasformatori.
Volendo raggruppare tutti i rendimenti parziali in un unico fattore si otterrà l’equazione 4:

Equazione 4

PR=n_PTPV*n_RIF*n_BOS

dove:
n_PTPV è il rendimento per effetto della temperatura dei moduli;
n_RIF è il rendimento all’effetto della riflessione della luce solare sulla superficie dei moduli;
n_BOS è il rendimento del sistema elettrico.

L’equazione 3, per un impianto reale, si trasforma pertanto nella seguente equazione 5

Equazione 5

E_1kW=I*PR

In sintesi, l’indicatore PR evidenzia l’effetto complessivo delle perdite sulla potenza generata, misurata sul lato c.a. dall’impianto fotovoltaico, dovute alla temperatura dei moduli, allo sfruttamento incompleto della radiazione solare, al rendimento di conversione dell’inverter e alle inefficienze o guasti dei componenti (inclusi il mismatching fra le stringhe e gli eventuali ombreggiamenti sui moduli).
Valori tipici di performance ratio per il primo anno sono compresi tra 0,76 e 0,80.

Per gli anni successivi si dovrà tenere conto della perdita di efficienza dei moduli (normalmente compresa tra lo 0,8 e l’1% annuo).
In tabella 1 è riportato un esempio di calcolo di performance ratio annuale considerando un valore iniziale pari a 0,78 ed un decadimento di produzione pari a 0,8 % per i primi dieci anni e pari a 0,6% per gli anni successivi.

Tabella 1 – Calcolo di performance ratio annuale

 

 

Anno	PR
1	78,00%
2	77,38%
3	76,76%
4	76,14%
5	75,53%
6	74,93%
7	74,33%
8	73,74%
9	73,15%
10	72,56%
11	72,13%
12	71,69%
13	71,26%
14	70,83%
15	70,41%
16	69,99%
17	69,57%
18	69,15%
19	68,73%
20	68,32%

Per chiarire meglio il significato della tabella 1, ipotizziamo un impianto fotovoltaico da 100 kW beneficiante di una tariffa incentivante pari a 0,30 €/kWh che cede tutta la sua energia alla rete pubblica con un ulteriore beneficio di 0,075 €/kWh. Trascurando le eventuali perdite tra il punto di misura dell'energia prodotta ed il punto di connessione alla rete, il beneficio economico di ogni kWh contato sul lato a.c. risulta pari a 0,375 €/kWh.
Continuando con l'esempio, giunti al quinto anno di attività, supponiamo che il sistema di misura abbia misurato un irraggiamento pari a 1700 kWh/m2 sul piano dei moduli

Ogni kW avrebbe dovuto quindi produrre

E = 1700 • 0,7614 • 100 = 128 407 kWh

In caso di produzione inferiore, esempio 122.000 kWh, è facile calcolare che il danno per il produttore risulterebbe pari a :

D = (128 407 – 122 000) • 0,375= 2402,79 €.

Secondo gli accordi presi in fase di stipula di contratto, il manutentore potrebbe concorrere in tutto o in parte a coprire tale perdita tramite una penale sul canone di manutenzione dell'anno successivo.
Vista l'importanza della qualità dei componenti sulla produzione di energia è bene che almeno per i primi anni di gestione, il manutentore coincida con chi si è occupato della realizzazione dell'impianto.

Interventi di manutenzione

La manutenzione dell'impianto fotovoltaico può essere suddivisa in:

• manutenzione ordinaria;
• manutenzione straordinaria.

Con riferimento alla guida Cei 0-10, per manutenzione ordinaria di un impianto si intendono gli interventi finalizzati a contenere il degrado normale d'uso nonché a far fronte ad eventi accidentali che comportino la necessità di primi interventi, che comunque non modifichino la struttura essenziale dell’impianto o la loro destinazione d'uso.

Per tutti gli interventi non strettamente legati all'impianto elettrico o per il quale non si preveda l'attività sui componenti elettrici (esempio pulizia delle aree dell'impianto, pulizia della superficie dei moduli, verifica meccanica delle strutture di sostegno), non occorre rivolgersi ad imprese abilitate alla realizzazione, trasformazione, ampliamento e manutenzione straordinaria degli impianti elettrici ai sensi del Decreto 37-08.

Per tutti gli altri interventi che prevedono l'intervento su parti attive, è assolutamente consigliabile rivolgersi ad aziende abilitate ai sensi del decreto 37/08 in possesso di un'adeguata esperienza e di un'adeguata struttura. Ai sensi della norma Cei 11-27, i lavori "elettrici", ossia gli interventi a diretto contatto con le parti attive di un impianti elettrici, richiedono la presenza di personale qualificato come "persona esperta – Pes" o "persona avvertita – Pav" a cura del proprio datore di lavoro.

Un esempio tipico di manutenzione ordinaria sui componenti elettrici è rappresentato dalla sostituzione di piccole apparecchiature dell’impianto, le cui avarie, usure, obsolescenze siano facilmente riconoscibili, con altre di caratteristiche equivalenti.
Ai sensi del Decreto 37/08, l'intervento di manutenzione ordinaria non è soggetto al rilascio della dichiarazione di conformità alla regola dell'arte.
Per manutenzione straordinaria di un impianto si intendono gli interventi, con rinnovo e/o sostituzione di sue parti, che non modifichino in modo sostanziale le sue prestazioni, siano destinati a riportare l’impianto stesso in condizioni ordinarie di esercizio, richiedano in genere l’impiego di strumenti o attrezzi particolari, di uso non corrente, e che comunque non rientrino negli interventi relativi alle definizioni di nuovo impianto, di trasformazione e di ampliamento di un impianto e che non ricadano negli interventi di manutenzione ordinaria.

Si tratta di interventi che, pur senza obbligo di redazione del progetto da parte di un professionista abilitato, richiedono una specifica competenza tecnico-professionale e la redazione da parte dell’installatore della dichiarazione di conformità.

Sono ad esempio interventi di manutenzione straordinaria:

• sostituzione di un componente dell’impianto con un altro avente caratteristiche diverse;
• sostituzione di un componente o di componenti guasti dell’impianto per la cui ricerca siano richieste prove ed un accurato esame dei circuiti;
• aggiunta o spostamento di prese a spina su circuiti esistenti;
• aggiunta o spostamento di punti di utenza (centri luce, eccetera) su circuiti esistenti.

La distinzione tra manutenzione ordinaria e straordinaria è in ogni caso una decisione che aspetta all’impresa installatrice.
E' fondamentale non confondere la classificazione tra manutenzione ordinaria e straordinaria con la distinzione tra manutenzione programmata, svolta in accordo con un piano temporale stabilito, e manutenzione non programmata, svolta non in accordo a un piano temporale stabilito, ma dopo la ricezione di una indicazione riguardante lo stato di una entità (avaria, rottura di un componente).
Infatti, dal punto di vista normativo, un intervento urgente di sostituzione di un componente elettrico guasto con uno aventi identiche caratteristiche tecniche, rappresenta una manutenzione ordinaria (non soggetta al rilascio di dichiarazione di conformità) non programmata (ossia esclusa dal calendario di attività previste e probabilmente non compresa nel canone di manutenzione concordato).

Contenuti del contratto di manutenzione
La norma Uni 10146 definisce i criteri per la formulazione di un contratto per la fornitura di servizi finalizzati alla manutenzione e ha lo scopo di indicare comportamenti idonei per agevolare e tutelare le parti nella stesura degli atti relativi e propedeutici alla stesura di contratti di appalto per la fornitura di servizi di manutenzione. La norma fornisce i criteri tipici per un contratto a trattativa privata ma è anche applicabile in ambito pubblico.

In generale il contratto di manutenzione dovrà contenere le seguenti parti:

• una premessa che contenga l’esposizione sintetica, ma completa, delle finalità che le parti intendono assumere, secondo le successive clausole che rappresentano la disciplina articolata e dettagliata del contratto. La manutenzione, per la sua complessità e per gli interventi d'urgenza che si rendono necessari e che non sono sempre prevedibili, richiede l’inserimento nel contratto di una serie di riferimenti tecnici ed economici che permettano di affrontare le varie situazione limitando pericolosi spazi d'incertezza nella gestione del contratto;
• i riferimenti di Legge e le norme tecniche (Cei e Uni) da osservare relativamente alle caratteristiche di professionalità della ditta appaltatrice, del personale impiegato precisando, anche, che gli interventi dovranno essere eseguiti a regola d’arte utilizzando, allo scopo, personale idoneo, materiali e componenti costruiti a regola d’arte;
• il divieto o la possibilità di fare ricorso al sub-appalto;
• i criteri per definire i prezzi dei componenti elettrici non previsti e non prevedibili ma eventualmente necessari per interventi di manutenzione, ampliamenti, trasformazioni e le quotazioni della relativa manodopera con riferimento a listini ufficiali ad esempio quelli emessi dalle Cciaa (Camera di Commercio Industria Artigianato e Agricoltura) dall’Assistal, Genio Civile eccetera;
• il tipo di manutenzione richiesta (ordinaria, straordinaria, programmata, , preventiva, migliorativa);
• la fornitura dei componenti o del materiale accessorio può essere a carico del Committente o dell’appaltatore indipendentemente dal tipo di manutenzione scelta. Pertanto è opportuno definire, in fase di stesura del contratto, chi debba fornire il materiale necessario al lavoro di manutenzione. Si ritiene opportuno ricordare che quando il componente è fornito su richiesta o direttamente dal committente, resta a carico dell’installatore la verifica della conformità del componente elettrico stesso alla regola dell’arte, tenendo conto anche delle indicazioni del progetto;
• per gli interventi con obbligo di progetto, se la progettazione è a carico del Committente o dell’appaltatore, fatti salvi i requisiti richiesti dallo stesso decreto;
• le modalità per la consegna della dichiarazione di conformità;
• l’obbligo alla riservatezza sulle informazioni di cui la ditta appaltatrice viene a conoscenza durante il lavoro;
• l’obbligo del risarcimento dei danni, da chiunque causati, al danneggiato;
• l’eventuale obbligo alla stipula di una assicurazione, da parte della ditta appaltatrice, per il risarcimento di eventuali danni arrecati al Committente durante il lavoro.
• periodicità delle verifiche, elenco delle attività previste.
• eventuali coperture assicurative stipulate preferibilmente con compagnie di primaria importanza con copertura "all risk", a seconda degli accordi potranno essere a carico del manutentore o del Committente.

Periodicità degli interventi di manutenzione

Per fare in modo che gli impianti elettrici e i loro componenti siano mantenuti in condizioni soddisfacenti per il loro impiego, occorre effettuare su di essi regolari verifiche periodiche oppure assoggettare gli impianti a supervisione continua tramite un sistema di monitoraggio e controllo dei parametri di produzione ed in grado di segnalare automaticamente eventuali guasti o anomalie.
La manutenzione deve essere eseguita in funzione dell’esito dei controlli, la periodicità deve essere stabilita considerando, per ciascun componente dell’impianto, i deterioramenti prevedibili.
Di seguito si riporta un elenco non esaustivo dei principali fattori che possono alterare la funzionalità dei componenti elettrici:

• condizioni ambientali come ad esempio:
  • penetrazione di acqua o corpi solidi;
  • esposizione a temperature ambientali anormali molto alte e/o molto basse;
  • umidità;
  • a velocità del vento elevate;
  • esposizione ad irraggiamento solare diretto con presenza di raggi ultravioletti;
  • condensa;

• sollecitazioni esterne come ad esempio:
  • riscaldamenti dovuti a sorgenti esterne di calore;
  • presenza di flora, o muffe, o fauna;

• accumulo di polvere o di sporcizia;
• modifiche o di regolazioni scorrette o non autorizzate;
• manutenzioni non appropriate, per esempio non conformi alle istruzioni del costruttore;
• vetustà in relazione con la vita presunta.

Sulla base dei fattori sopra indicati si stabilisce un piano delle verifiche comprendente la definizione del tipo di ciascuna verifica e l’intervallo di tempo.  Nel caso di impianti di grandi dimensioni, può essere opportuno effettuare verifiche periodiche a campione, prevedendo che il campione e la frequenza della verifica siano sottoposti a revisione. Si raccomanda tuttavia che tutti i componenti vengano sottoposti almeno ad un esame a vista.

Sarà opportuna una regolare valutazione dei risultati delle verifiche per confermare o modificare il loro livello e/o tipo ed il loro intervallo in relazione ai risultati e facendo sempre riferimento alla vetustà in relazione al tempo di vita presunta.
Dopo aver effettuato qualsiasi sostituzione, riparazione, modifica, regolazione o spostamento, si deve procedere alla relativa verifica.
Più in generale, è opportuno che i componenti dell’impianto siano sottoposti a manutenzione secondo la periodicità e le modalità indicate dai costruttori nei relativi manuali d'uso e di manutenzione e nei casi di evidenti segni di deterioramento o di non regolare funzionamento.

Non è raro il caso che per la manutenzione degli inverter venga stipulato un contratto di manutenzione direttamente con il costruttore stesso che, all'atto della vendita, garantisce la messa in servizio, la verifica costante dei parametri di produzione e tempi di intervento molto rapidi in caso di fuori servizio. In caso di impianti di grandissima potenza, o di gruppi di impianti dello stesso proprietario nella stessa zona, la disponibilità di una riserva di inverter e componenti di ricambio.

La guida Cei 0-10 offre delle utili e pratiche schede di attività per gli interventi di verifica e manutenzione dei principali componenti elettrici quali: quadri elettrici in bassa e media tensione, cavi, cavidotti, trasformatori, batterie di rifasamento. Per i componenti esclusi dagli esempi della norma, è assolutamente immediato ed intuitivo, realizzare delle schede simili.
Un capitolo a parte merita invece la manutenzione della cabina elettrica MT per il quale il Cei ha pubblicato la guida Cei 0-15 dedicata alla manutenzione sia del manufatto in muratura che dei singoli componenti elettrici contenuti.