CASO STUDIO
CPRh e SolarBug: un nuovo sistema di analisi dei dati per
la rilevazione di anomalie su impianti fotovoltaici
befreenergy.com
Indice
L’ANALISI DEI RICORSI STORICI IN BREVE ........................................................................................................................................................................................ 2
IL CASO STUDIO ........................................................................................................................................................................................................................................ 2
PARTE 1: ANALISI GRAFICA ................................................................................................................................................................................................................... 3
ANALISI CPRh .......................................................................................................................................................................................................................................... 3
IDENTIFICAZIONE DEGLI HOT SPOT .................................................................................................................................................................................................. 4
CALCOLO DEL DERATING REALE ........................................................................................................................................................................................................ 5
PARTE 2: ANALISI QUANTITATIVA....................................................................................................................................................................................................... 6
CONFRONTO TRA PRODUZIONE MENSILE MINIMA, REALE E OTTIMALE.................................................................................................................................. 6
CONFRONTO TRA PRODUZIONE ANNUALE MINIMA, REALE E OTTIMALE ................................................................................................................................ 7
TABELLA RIEPILOGATIVA ANNUALE E STIMA DEL MANCATO GUADAGNO .............................................................................................................................. 8
CONCLUSIONI ........................................................................................................................................................................................................................................... 8
L’ANALISI DEI RICORSI STORICI IN BREVE
L’Analisi dei Ricorsi Storici, basata sull’indicatore CPRh, è una metodologia di analisi sviluppata e brevettata da BeFree, marchio Esapro dedicato alla ricerca e allo sviluppo.
Attraverso l’Analisi dei Ricorsi Storici, è possibile ottenere informazioni:
sul funzionamento dell’impianto;
sull’eventuale presenza di anomalie dei moduli;
sul derating reale dei moduli;
sull’eventuale avvenimento di cali di produzione o indisponibilità dell’impianto durante l’arco temporale considerato.
Il principale indicatore utilizzato per quest’analisi è il CPRh (hourly Corrected Performance Ratio): PR orario corretto dagli effetti della temperatura sui moduli, calcolato tenendo in
considerazione soltanto le ore con radiazione maggiore di 600 W/m2 e cielo sereno. Il CPRh è un coefficiente che varia tra 0 e 1 ed è dato dal rapporto tra l’energia oraria prodotta e
l’energia oraria teorica. Idealmente, quando è uguale a 1 significa che l’impianto sta performando al massimo mentre quando è pari a 0 significa che non ha prodotto energia. Nella
realtà, il CPRh di un impianto correttamente funzionante può assumere anche valori lievemente inferiori o superiori ad 1, questa oscillazione è dovuta principalmente alla
caratteristica incertezza degli strumenti di misura utilizzati per la rilevazione dei dati.
In ogni caso, per il buon esito dell’analisi è indispensabile utilizzare dati rilevati attraverso strumentazione di precisione, ad es. piranometri di prima classe e sensori di temperatura
opportunamente schermati, come definito dalla Norma CEI EN 61724 (Linee guida per la misura, lo scambio e l’analisi dei dati dei sistemi fotovoltaici).
L’Analisi dei Ricorsi Storici viene suddivisa in 2 macro capitoli:
1) ANALISI GRAFICA DEL CPRh: permette il riconoscimento di trend e pattern che caratterizzano diversi tipi di anomalie dei moduli fotovoltaici (es: Hot Spot, PID, eccessivo
derating, indisponibilità dell’impianto) e permette quindi di discriminare un impianto ben funzionante da un impianto con anomalie.
2) ANALISI QUANTITATIVA: è data dal confronto della produzione reale con la produzione teorica ottimale e minima (ai fini di poter affermare che il comportamento è nella
norma) tenendo in considerazione, oltre ai parametri tecnici dell’impianto, anche quelli ambientali.
La metodologia sopra descritta viene applicata “real time” da SolarBug, un sistema di analisi innovativo che, tramite portale web dedicato, permette di conoscere giornalmente la
reale performance dell’impianto e che, periodicamente, consente di verificare l’eventuale presenza di pattern tipiche, sintomo di anomalie che affliggono la centrale fotovoltaica.
IL CASO STUDIO
Nel presente documento riportiamo i risultati dell’Analisi dei Ricorsi Storici effettuata presso un impianto fotovoltaico sito in provincia di Bari che, secondo i report redatti dal
manutentore, sembrava essere correttamente funzionante.
La rielaborazione e l’analisi grafica, con l’impiego degli algoritmi sopra descritti, dei dati di produzione combinati all’irraggiamento e alla temperatura ambientale rilevati in loco con
strumenti di precisione, ha permesso di rilevare la presenza di Hot Spot sui moduli fotovoltaici che sta comportando un eccessivo derating degli stessi.
Negli anni queste anomalie hanno ridotto notevolmente le prestazioni dell’impianto e, per il produttore, il tutto si è tradotto in una rilevante perdita economica.
L’analisi è stata redatta con l’utilizzo dei dati registrati a partire dalla data di entrata in esercizio dell’impianto fino ad agosto 2016.
Di seguito si riportano i principali dati dell’impianto:
Entrata in esercizio:
Tariffa incentivo:
Potenza Nominale:
Tilt:
Tipo Moduli:
Strumento di misura irraggiamento:
Dicembre 2010
0,3460 €/kWh (0,273 €/kWh rimodulata)
949,50 kWp
20°
LDK Solar 220-250P
Piranometro classe 1 LP Pyra 02
Incentivazione:
Prezzo medio vendita:
Tipologia Impianto:
Azimut:
Tipo Inverter:
Secondo Conto Energia
50 €/MWh
Fisso a terra
0° (Sud)
Power One PVI Central 300TL
PARTE 1: ANALISI GRAFICA
ANALISI CPRh
Grafico 1 – Analisi CPRh
Questo primo grafico riporta l’analisi del CPRh
per tutto il periodo in esame.
Ogni punto corrisponde ad un valore di CPRh e
l’unione di tutti i valori rilevati nell’arco del tempo
restituisce un’immagine in grado di evidenziare a
colpo d’occhio la presenza di eventuali anomalie.
Un impianto ben funzionante dovrebbe
presentare un andamento lineare mentre, in
questo caso, si notano subito l’andamento
oscillatorio della curva e una grande dispersione di
punti (visibile con maggior chiarezza nei grafici di
dettaglio sotto riportati).
In particolare:
• I valori di CPRh superiori al 105%, cerchiati in
grigio in alto a destra, rappresentano problemi di
staratura del piranometro, effettivamente rilevati
a marzo 2016;
• I valori di CPRh inferiori all’85 % (ad es. quelli
cerchiati in arancione) rappresentano eventi di
indisponibilità parziale dell’impianto dovuti a
interventi
di
manutenzione
ordinaria
e
straordinaria;
• I valori di CPRh pari a 0 (ad es. quelli cerchiati in
rosso) rappresentano eventi di indisponibilità
totale dell’impianto dovuti ad interventi di
manutenzione o stacchi dalla rete.
Grafico 1
IDENTIFICAZIONE DEGLI HOT SPOT
Grafico 2 – Dettaglio CPRh
CPRh - dettaglio
Questo secondo grafico
riporta soltanto i valori
rilevati tra il 2012 e il 2013
per poter visualizzare con
più chiarezza l’andamento
oscillatorio
del
CPRh,
evidenziato anche dalla linea
nera.
105,0%
100,0%
95,0%
90,0%
85,0%
80,0%
75,0%
70,0%
23/12/2011
14/03/2012
04/06/2012
25/08/2012
15/11/2012
CPRh
05/02/2013
Poli. (CPRh)
Grafico 2
28/04/2013
19/07/2013
09/10/2013
30/12/2013
Osservando il grafico nel
dettaglio, si può notare
come il deterioramento del
CPRh avvenga soltanto nei
mesi
estivi,
quando
raggiunge
valori
anche
inferiori al 90%.
Questo particolare trend
fa supporre la presenza di
Hot Spot sui moduli
fotovoltaici.
L’Hot
Spot
è
infatti
prevalentemente dovuto a
microfratture delle celle che
provocano un eccessivo
surriscaldamento
delle
stesse.
Quest’effetto
peggiora
soprattutto
d’estate a causa delle
dilatazioni termiche.
CALCOLO DEL DERATING REALE
Grafico 3 – Dettaglio CPRh
In questo terzo grafico la scala di
valori nell’asse dell’ordinata viene
ristretta per poter meglio analizzare
l’andamento dei dati rilevati.
Si evidenziano:
• Un’accentuata dispersione annua
dei valori di CPRh che in alcuni
periodi
raggiunge
anche
una
differenza di circa il 17% tra valore
massimo e valore minimo,
• Il forte decadimento della CPRh che
in 5 anni e mezzo di analisi ha subito
un deterioramento del 6% con un
decadimento medio annuale pari
all’1,06%, superiore quindi allo 0,7%,
cioè il massimo decadimento annuo
previsto dal produttore dei moduli
sulla scheda tecnica.
Quanto sopra evidenziato supporta
l’ipotesi della presenza di Hot Spot.
In un impianto ben funzionante,
infatti, l’oscillazione annuale tra i
valori di CPRh massimo e minimo
mediamente non supera il 5-6%,
mentre il decadimento medio annuo
è solitamente inferiore allo 0,5%.
Grafico 3
PARTE 2: ANALISI QUANTITATIVA
CONFRONTO TRA PRODUZIONE MENSILE MINIMA, REALE E OTTIMALE
200.000
180.000
160.000
140.000
120.000
100.000
80.000
60.000
40.000
20.000
-
E minima
E reale
Grafico 4
E ottimale
CONFRONTO TRA PRODUZIONE ANNUALE MINIMA, REALE E OTTIMALE
Grafici 4 e 5
1.600.000
Questi ultimi due grafici
confermano ulteriormente
l’ipotesi della presenza di
Hot Spot presso l’impianto.
E’ subito evidente, infatti,
come la produzione reale
dell’impianto
sia
notevolmente inferiore alla
produzione
teorica
ottimale, soprattutto nei
mesi
estivi
quando
adirittura scende sotto la
soglia
di
produzione
teorica minima.
1.400.000
1.200.000
1.000.000
800.000
Questa anomalia, oltre ad
un’immediata
riduzione
della
producibilità
dell’impianto, aumenta nel
corso degli anni anche il
fenomeno del derating dei
moduli che raddoppia
rispetto alla normalità.
600.000
400.000
200.000
2011
2012
2013
E minima
2014
E reale
E ottimale
Grafico 5
2015
2016
Non sono da sottovalutare
nemmeno le ripercussioni
economiche che questa
problematica può causare
per il produttore, come si
evidenzia nella tabella
riepilogativa di seguito
riportata.
TABELLA RIEPILOGATIVA ANNUALE E STIMA DEL MANCATO GUADAGNO
ENERGIA
PRODOTTA
(MWh)
ENERGIA
TEORICA
MINIMA
(MWh)
ENERGIA
TEORICA
OTTIMALE
(MWh)
RADIAZIONE
(kWh/m2)
Incentivo + Vendita
2011
1.471,077
1.474,390
1.551,989
1.781,528
2012
1.488,138
1.505,684
1.584,931
2013
1.448,497
1.505,476
2014
1.354,206
2015
ANNO
MANCATO
GUADAGNO (€)
PR
CPR
1.311 < x < 32.041
82,7%
94,8%
1.832,339
6.948 < x < 38.329
81,3%
93,9%
1.584,711
1.811,455
22.563 < x < 53.940
80,0%
91,4%
1.404,461
1.478,380
1.688,602
19.901 < x < 49.173
80,3%
91,6%
1.396,024
1.465,144
1.542,257
1.772,310
22.325 < x < 47.233
78,8%
90,5%
2016 (fino agosto)
971,443
1.028,042
1.082,149
1.248,037
18.281 < x < 35.758
77,9%
89,8%
TOTALE
8.129,385
8.383,197
8.824,417
10.134,271
91.329 < x < 256.474
L’elevata sotto performance a cui l’impianto è soggetto rimane evidente anche dal riepilogo dei dati annuali riportato nella tabella.
Andando a stimare la mancata produzione sulla base dell’energia teorica minima che l’impianto avrebbe dovuto superare e sulla base dell’energia teorica ottimale producibile, è
subito evidente l’elevata perdita economica per l’investitore che in poco più di 5 anni e mezzo è stimabile nell’intervallo tra 91.329,00 € e 256.474,00 €.
CONCLUSIONI
Attraverso l’Analisi dei Ricorsi Storici basata sull’indicatore CPRh è possibile verificare il funzionamento dell’impianto nella sua totalità rilevando, tramite l’identificazione di alcuni
trend di CPRh specifici, le possibili cause di eventuali inefficienze o sotto performance.
Nel caso specifico, i report che il manutentore inviava al produttore riportavano un PR calcolato tenendo in considerazione il derating teorico dei moduli come da datasheet che,
nonostante qualche lieve calo, veniva considerato all’interno di un range accettabile per un impianto ben funzionante. Questo tipo di manutenzione predittiva svolta in modo
superficiale, non ha fatto emergere alcun dubbio in merito alla sussistenza di eventuali problematiche.
In realtà è stata dimostrata, prima attraverso l’Analisi dei Ricorsi Storici basata sull’indicatore CPRh e successivamente con indagine termografica in campo, la presenza di
numerosi moduli affetti da problemi di Hot Spot i quali, in assenza di interventi correttivi mirati, comportano una perdita economica sempre più rilevante.
I risultati ottenuti da questa analisi sono stati molto utili al committente in quanto hanno permesso di verificare l’efficacia e i limiti dell’operato del proprio manutentore, accertare
con semplicità l’effettiva presenza di Hot Spot, e infine gli hanno permesso di intraprendere un’attività correttiva mirata, volta al ripristino delle piene funzionalità dell’impianto.
BeFree è un marchio del gruppo
Esapro S.r.l.
Via Cappello, 12/A
San Pietro in Gu, Padova, Italia
esapro.it
befreenergy.com
