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Principi della termografia e manutenzione degli impianti

L’impiego delle radiazioni solari per la generazione di elettricità tramite impianti fotovoltaici è stato potenziato in modo notevole nel corso degli ultimi anni.

Ovviamente tali impianti devono fornire un ritorno sull’investimento sufficiente per essere redditizi. Ciò dipende, tra i vari fattori, anche dal perfetto funzionamento degli impianti o, in altre parole, dalle prestazioni ottimali dell’intero impianto, in particolare quando il costo dell’elettricità ottenuta dalla potenza solare è superiore al costo di altre tecnologie più convenzionali.

cella difettosa

pannello fotovoltaico con cella difettosa

In condizioni operative normali, ogni cella fotovoltaica, quando riceve la radiazione solare, genera una tensione che, quando si aggiunge al resto delle celle nella serie, fornisce la tensione di uscita per il pannello che dovrà alimentare l’inverter per poter generare la tensione di uscita alternata. Quando però una cella non funziona o non genera energia perché non sta ricevendo le radiazioni solari, potrebbe essere polarizzata inversamente; si comporterà quindi come se stesse effettuando una carica anziché come un generatore, il che potrebbe comportare un’elevata dissipazione di calore.

Questa situazione è facilmente individuabile con l’impiego di una termocamera: grazie all’immagine termica, infatti, si è in grado di osservare la modalità di surriscaldamento delle celle difettose.

La termografia è la scienza dell’utilizzo di dispositivi ottici elettronici capaci di rilevare e misurare la radiazione e metterla in relazione con la temperatura superficiale. La radiazione è lo spostamento di calore che si verifica quando l’energia radiante (onde elettromagnetiche) si sposta senza un mezzo di trasferimento diretto. La termografia svolge un ruolo importante nella ricerca di guasti in ambienti commerciali ed industriali: infatti, confrontando la mappatura termica (immagine a falsi colori dell’energia a raggi infrarossi o del calore emessi da un oggetto), di un’apparecchiatura normalmente funzionante con quella di un’apparecchiatura che manifesta anomalie, si otterrà un ottimo mezzo di ricerca guasti.

Le termocamere sono utilizzate più comunemente per verificare l’integrità degli impianti elettrici e fotovoltaici poichè le procedure diagnostiche sono senza contatto e possono essere eseguite velocemente; inoltre i malfunzionamenti nelle apparecchiature sono tipicamente evidenziati da mappature termiche chiare e riconoscibili chiamate eccezioni termiche . Ad esempio, quando una o più fasi o componenti hanno una temperatura diversa a causa di problemi non correlati al normale equilibrio del carico, può essere presente una eccezione termica.

termografia pannelli

Pannelli solari con diversi punti a temperature differenti

In base alla struttura del pannello fotovoltaico le celle sono connesse in serie per ottenere il voltaggio più adeguato per l’inverter utilizzato, un guasto in una delle suddette celle potrebbe portare a una perdita totale o parziale di potenza in un pannello fotovoltaico. In ogni caso, questo tipo di problema può portare a una riduzione della potenza del pannello, con conseguente ritardo nel ritorno sull’investimento. Inoltre, i problemi associati al surriscaldamento possono portare alla riduzione dell’efficienza delle celle adiacenti o addirittura alla loro rottura, con una diffusione del problema in tutto il pannello.

I pannelli fotovoltaici possono essere ispezionati con una termocamera dalla parte anteriore o posteriore del pannello. Quest’ultimo tipo di ispezione presenta il vantaggio di evitare problemi connessi ai riflessi solari o ai riflessi dovuti alla bassa radianza associata alla superficie cristallina del pannello. In ogni caso, però, la termografia consente di identificare rapidamente e a distanza i pannelli con punti caldi.

cella difettosa 2

cella fotovoltaica a 111°C

Per cercare di evitare i problemi associati alla polarizzazione inversa delle celle, i moduli fotovoltaici potrebbero includere diodi di protezione (di blocco, a senso unico o di bypass) che consentiranno di dissipare più potenza quanto maggiore sarà il numero delle celle difettose. Questo riscaldamento può essere rilevato anche utilizzando la termocamera mediante l’esame del pannello dal lato delle connessioni.

Allo stesso modo, è possibile utilizzare una termocamera per rilevare problemi di riscaldamento negli inverter e nei trasformatori di media tensione. Nei trasformatori di media tensione, è possibile rilevare problemi nelle connessioni a bassa e media tensione, nonché problemi di avvolgimento interni. Un’altra area in cui la termografia può essere di enorme aiuto per la manutenzione preventiva e predittiva è l’ispezione di tutti i punti di connessione, che potrebbero allentarsi nel tempo, portando a problemi operativi e a guasti evitabili, in particolare considerando il fatto che un impianto fotovoltaico può presentare un elevato numero di connessioni e di pannelli elettrici sia in CA che in CC. Per tale motivo, è bene ricordare che una connessione difettosa può tradursi in un punto di resistenza maggiore; in altre parole, in un punto in cui sarà presente una dissipazione termica maggiore dovuta all’effetto Joule. Con la termografia è possibile rivelare anche gli squilibri di corrente elettrica tra le fasi: spesso questi sono considerati normali, ad esempio in un impianto di illuminazione, tuttavia possono provocare guasti costosi in altre parti dell’impianto elettrico come in un motore che ha perso una fase o in un circuito sovraccaricato.

termografia trasformatore

immagine termografica delle connessioni di un trasformatore Mt/Bt

Come già accennato in precedenza, al fine di avere una diagnosi del problema il più accurata possibile, è preferibile realizzare una mappatura termografica dell’impianto elettrico alla sua messa in esercizio: un eventuale malfunzionamento dell’impianto sarebbe ancor più evidente avendo la possibilità di confrontare l’analisi termografica appena effettuata con quella precedentemente realizzata. Per quanto riguarda gli impianti fotovoltaici, il confronto tra analisi termografiche realizzate in momenti differenti non è cosi rilevante al fine dell’analisi dei malfunzionamenti, in quanto il confronto termografico dei vari pannelli appartenenti allo stesso impianto consente lo stesso di evidenziare eventuali anomalie.

In conclusione, considerato il periodo di ammortamento degli impianti fotovoltaici (tra i 6 e i 10 anni), è fondamentale garantire che la resa dell’impianto rientri nei limiti considerati durante la fase di progettazione dello stesso, in modo che la sua redditività possa essere garantita durante l’intero periodo di funzionamento. In tal senso, la termografia rappresenta uno strumento essenziale per l’analisi del funzionamento e dell’efficienza dei vari elementi che costituiscono l’impianto: moduli fotovoltaici, connessioni, motori, trasformatori, inverter, e così via. Una riduzione dell’efficienza dei pannelli fotovoltaici può portare a un sensibile aumento del periodo di ammortamento dell’impianto.

Una termocamera è uno strumento estremamente prezioso, poiché consente al direttore dell’impianto di rilevare la presenza di pannelli fotovoltaici con difetti di produzione e di ricorrere alle garanzie pertinenti.

Tutti questi aspetti dimostrano come la termografia sia uno strumento essenziale per la gestione degli impianti. Inoltre, lo strumento è estremamente semplice da usare, il che ne consente la totale integrazione nella serie di soluzioni utilizzate dai tecnici addetti alla manutenzione (multimetri, multimetri a pinza, pinze di dispersione, tester di isolamento e analizzatori della qualità della potenza).

Fonte: Fluke Italia S.r.l.

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