Rilevamento dei guasti nei pannelli fotovoltaici

I guasti fotovoltaici si possono rilevare con i dati di monitoraggio, l’ispezione visiva, la termografia e le prove elettriche dirette. Ogni metodo osserva una parte diversa dell’impianto, perciò un rilevamento affidabile nasce di solito dalla combinazione di più evidenze, non dall’aspettativa che un solo strumento individui ogni guasto.

I dati di monitoraggio possono evidenziare scostamenti di produzione, allarmi, comportamenti anomali dell’inverter o differenze tra le stringhe. L’ispezione visiva può individuare vetri rotti, sporcizia, vegetazione, telai danneggiati, problemi alle scatole di giunzione, cavi allentati o altre condizioni fisiche. L’ispezione termica può quindi mostrare andamenti di temperatura diversi da quelli di apparecchiature analoghe in esercizio.

Le prove elettriche offrono un ulteriore livello di evidenza. Tensione a circuito aperto, corrente di cortocircuito, tracciamento della curva I-V, resistenza di isolamento, polarità, continuità e altre misure permettono di verificare specifiche proprietà del circuito che le immagini non possono determinare direttamente.

La sequenza utile dipende dal problema. Uno scostamento esteso a tutto l’impianto può partire dall’analisi del monitoraggio, mentre un danno visibile da maltempo può giustificare un’ispezione immediata in campo. Un sospetto problema di isolamento può richiedere un’indagine elettrica diretta, senza attendere un rilievo termico.

Il rilevamento dei guasti va quindi strutturato in base alla domanda a cui si vuole rispondere, non in base alla disponibilità di una singola telecamera, piattaforma software o strumento di prova.

La tecnologia dei droni termici consente di esaminare dall’alto grandi campi fotovoltaici mentre i moduli sono in funzione. Il velivolo offre mobilità e informazioni di posizione, mentre la termocamera registra gli andamenti della temperatura superficiale, che possono rivelare anomalie candidate su celle, moduli, connettori, stringhe o altre apparecchiature.

La copertura aerea aiuta a restringere l’area di ricerca. Se una parte di un blocco inverter mostra dati di funzionamento insoliti, un rilievo mirato con drone può chiarire se anche una determinata fila o un determinato modulo presenta un andamento termico da verificare.

Dove la piattaforma lo consente, le immagini visibili possono essere acquisite insieme ai dati termici. Ciò aiuta chi analizza a controllare ombreggiamento, sporco, danni al vetro, vegetazione, spostamenti fisici o altre condizioni superficiali che possano spiegare l’osservazione termica.

L’utilità dei dati dipende dalla qualità dell’acquisizione. Altezza di volo, obiettivo, risoluzione della camera, angolo di ripresa, irraggiamento, vento, nuvole, temperatura dei moduli e stato elettrico influenzano tutti ciò che si può interpretare.

La IEC 62446-3 riguarda l’ispezione termografica all’aperto degli impianti fotovoltaici in esercizio. Tratta attrezzature, condizioni ambientali, procedure di ispezione, competenza del personale e rendicontazione, senza definire un sistema automatico di classificazione dei guasti.

Una cella o un gruppo di celle localmente più caldo può indicare che una parte del modulo si comporta in modo diverso dalle celle circostanti. Le cause possibili sono danni, ombreggiamento, mismatch, comportamento delle interconnessioni o un’altra condizione elettrica o fisica. L’immagine termica individua l’anomalia, ma da sola non ne determina il meccanismo.

In certe condizioni di esercizio, il comportamento dei diodi di bypass può generare andamenti più ampi su parti di un modulo. Tali andamenti possono giustificare un’indagine elettrica, ma non vanno etichettati automaticamente come guasto confermato del diodo sulla base delle sole immagini.

Anche il riscaldamento delle connessioni può essere visibile. Connettori, morsetti, portafusibili e altre interfacce percorse da corrente possono funzionare a temperature più alte quando la resistenza aumenta sotto carico. Prima di confermare la causa possono comunque servire un’ispezione fisica e una verifica elettrica diretta.

Le irregolarità a livello di stringa possono comparire come gruppi di moduli con un comportamento termico diverso. Una stringa più fredda o più calda può dipendere da una disconnessione, dall’ombreggiamento, dalla configurazione del circuito, dallo stato dell’inverter, dalle condizioni di misura o da un guasto. La topologia dell’impianto e i dati di monitoraggio vanno perciò esaminati insieme al termogramma.

L’evidenza termica è più solida quando individua una differenza riproducibile in condizioni adatte. Diventa più debole quando l’andamento si spiega con riflessi, passaggi nuvolosi o un carico elettrico non uniforme.

L’ispezione visiva è utile perché molti problemi fotovoltaici lasciano tracce fisiche. Vetri rotti o incrinati, deformazioni del telaio, backsheet danneggiati, scatole di giunzione allentate, cavi danneggiati, sporcizia, vegetazione, corpi estranei e componenti di montaggio spostati si possono registrare direttamente.

Non ogni anomalia visibile ha le stesse conseguenze elettriche. Un segno estetico può avere poco effetto, mentre un piccolo connettore o una scatola di giunzione danneggiati possono pesare di più anche se occupano poco spazio nell’immagine. L’osservazione va quindi descritta prima di assegnare la gravità.

Sporcizia e ombreggiamento meritano un’attenzione separata. Polvere, deiezioni di uccelli, foglie, vegetazione, strutture vicine o altri oggetti possono influire sulla produzione senza implicare che il modulo sia difettoso. Le immagini visibili aiutano a distinguere queste cause esterne dai candidati termici che richiedono un approfondimento elettrico.

Segni d’acqua, corrosione o guarnizioni danneggiate possono giustificare ulteriori indagini quando un’infiltrazione di umidità può compromettere l’isolamento o i componenti elettrici. Il segno visivo da solo non stabilisce la resistenza di isolamento, perciò può restare necessaria una misura diretta.

Le immagini visibili aeree sono efficaci per uno screening ampio, mentre l’ispezione a terra è più adatta a piccoli connettori, etichette, dettagli dei cavi, guarnizioni e altri elementi che richiedono un accesso ravvicinato.

La prova elettrica va scelta in base al guasto sospettato. La tensione a circuito aperto aiuta a verificare la configurazione della stringa e a individuare differenze di tensione inattese, mentre la corrente di cortocircuito consente di confrontare stringhe simili in condizioni adeguate.

Il tracciamento della curva I-V offre una visione più ampia del comportamento elettrico, misurando corrente e tensione lungo un intervallo di funzionamento. La forma della curva può indicare mismatch, ombreggiamento, effetti legati alla resistenza, comportamento dei bypass o altre anomalie, ma l’interpretazione richiede comunque il contesto ambientale e di configurazione.

La prova di resistenza di isolamento è indicata quando il dubbio riguarda dispersioni verso terra, infiltrazioni di umidità, cavi danneggiati o deterioramento dei materiali isolanti. La prova di continuità del collegamento di protezione risponde a un’altra domanda: verifica che i percorsi di collegamento previsti restino elettricamente continui.

I problemi ai connettori possono richiedere un esame fisico diretto e un’altra misura elettrica adatta al circuito. La prova di polarità può essere pertinente dopo l’installazione o una riparazione, quando occorre confermare l’orientamento dei conduttori.

Nessuna prova singola dimostra ogni tipo di guasto. I metodi elettrici vanno usati per verificare la proprietà associata al meccanismo sospettato, non come una lista di controllo generica scollegata dall’osservazione iniziale.

I riscontri termici e visivi aiutano a restringere la posizione; le misure elettriche stabiliscono la condizione elettrica necessaria per la decisione di manutenzione.

Il rilevamento diventa utile solo quando il riscontro può essere localizzato e verificato. Ogni candidato va collegato a un modulo, una fila, una stringa, un ingresso dell’inverter, un connettore o un altro elemento fisico, in modo che la squadra in campo possa tornare nel punto giusto.

Il passo successivo è decidere quali evidenze mancano. Un modulo termicamente anomalo può richiedere una prova I-V, un confronto di corrente o un’ispezione visiva. Una scatola di giunzione danneggiata può richiedere una prova di isolamento, mentre una temperatura insolita di un connettore può richiedere una verifica fisica ed elettrica.

Quando il problema è sufficientemente supportato, si può definire l’azione correttiva. Pulizia, rimozione della vegetazione, sostituzione del connettore, riparazione del cavo, sostituzione del modulo, nuova terminazione o ulteriore monitoraggio sono risposte diverse e devono seguire la condizione confermata, non la prima categoria assegnata all’immagine.

L’ordine di lavoro deve conservare il riscontro iniziale, l’esito della verifica, la riparazione e il metodo di chiusura. Una misura o un’ispezione termica ripetuta può poi confermare se la condizione anomala è cambiata come previsto.

Questa catena è importante per i guasti ricorrenti. Se lo stesso punto o lo stesso tipo di componente compare più volte, lo storico può aiutare il team O&M a stabilire se esista un problema più ampio.

Il rilevamento è quindi l’inizio del flusso di manutenzione, non la conclusione tecnica finale.

La termografia può generare candidati falsi o fuorvianti quando le condizioni di acquisizione sono scarse. Il vetro fotovoltaico riflette la radiazione infrarossa: cielo, suolo, strutture vicine, vegetazione o lo stesso velivolo possono creare zone apparentemente calde o fredde che non sono prodotte dal modulo.

L’angolo di ripresa influisce su questi riflessi. Un’immagine acquisita da una direzione può apparire diversa dallo stesso modulo osservato da un altro angolo, anche se la condizione elettrica non è cambiata.

Anche sporcizia e ombreggiamento possono creare andamenti di temperatura. Un’area di celle sporca o parzialmente in ombra può apparire termicamente anomala senza rappresentare un guasto interno al modulo. Le immagini visibili e il contesto del sito aiutano a separare questi casi.

Il rapido movimento delle nuvole, la variazione dell’irraggiamento, il vento e una risoluzione spaziale insufficiente possono aggiungere incertezza. Una differenza termica non va trattata come difetto confermato solo perché il software la evidenzia.

Un singolo rilievo non equivale a un monitoraggio continuo. Condizioni elettriche intermittenti possono essere assenti durante il volo e un nuovo guasto può comparire in seguito.

L’imaging termico non sostituisce neppure la verifica elettrica diretta. Il software può individuare e organizzare i riscontri candidati, ma causa radice, condizione elettrica, implicazioni di sicurezza e decisioni di riparazione possono richiedere personale competente e prove adeguate.