Manutenzione di impianti fotovoltaici tramite RPAS: il consorzio EasyPV

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1 Manutenzione di impianti fotovoltaici tramite RPAS: il consorzio EasyPV A.Mennella 1, M Nisi 2 1 TopView srl, Via Santa Croce, San Nicola La Strada (CE), Italia Sistematica spa, Via Giacomo Peroni, 400/ ROMA, Italia Il mercato degli impianti fotovoltaici, nonostante il periodo di crisi economica in atto nella zona europea, è esponenzialmente cresciuto nell ultima decade e si appresta a diventare una sorgente primaria di generazione di energia; si registra una potenza installata nell area europea di circa 200 GW con trend ancora crescente e si stimano circa 400 GW installati nel 2018 (cit. EPIA, Report on Global Market Outlook for Photovoltaics ). E quindi evidente come, soprattutto in questi tempi di attenzione al risparmio energetico, l aspetto manutentivo stia divenendo di fondamentale importanza poiché un calo di produzione non monitorato (dovuto a moduli difettosi) comporterebbe una perdita sostanziale delle revenue economiche. Ciò è tanto più importante se si considera anche che lo studio delle anomalie sugli impianti è abbastanza recente, anche se giusto follow-on dei primi anni del boom delle installazioni, periodo in cui si sapeva molto meno sui possibili problemi legati al calo della produzione attesa Risultato: molte installazioni non stanno mantenendo le promesse su cui sono stati costruiti i business plan: si tratta di discostamenti significativi se si considera che la potential induction degradation può ridurre la potenza di un impianto anche del 30%. L invecchiamento degli impianti fotovoltaici si manifesta nel malfunzionamento di alcune celle fotovoltaiche su alcuni moduli (non determinabili con ispezioni ad occhio nudo) che, comportandosi da carichi elettrici, inficiano il funzionamento dell intera stringa di pannelli, degradandone le prestazioni e quindi il rendimento. Ad oggi la soluzione operativa di riferimento consiste in ispezioni termografiche che tuttavia, richiedendo l intervento di operatori che manualmente perlustrino l intero impianto senza indicazioni preliminari, comportano un considerevole impiego di tempo quindi di costi e soprattutto non sono esenti da problemi di safety per il personale coinvolto (si pensi a moduli installati su tetti o in aree in genere di difficile accesso). L impiego degli RPAS con camera termica contribuisce in modo significativo al miglioramento della velocità di intervento ed esecuzione soprattutto per impianti di grandi dimensioni dove non è sempre semplice individuare con certezza il modulo difettoso senza confonderlo con quello limitrofo per assenza di punti chiari di riferimento. Dalla figura 1 si evince quanto sia praticamente impossibile riconoscere pannelli affetti da hotspot esclusivamente nello spettro del visibile. Allo stato dell arte i pochi manutentori che si affidano alla tecnologia RPAS nello scenario nazionale effettuano queste analisi manualmente effettuando il volo sotto il diretto controllo del pilota-in-comando e di un osservatore dedicato ad ispezionare in tempo reale il video termico acquisito. Al fine di riconoscere correttamente i moduli difettosi sono necessari più voli a quote differenti, aspettando la giusta irradiazione solare ed altre condizioni al contorno soprattutto su grandi impianti; per non parlare poi delle numerose ore

2 di backoffice richieste per analizzare i rilievi ed indicare sulla planimetria dell impianto i moduli da sostituire Inoltre, in un ottica di ingegneria di processo ed automazione, le nostre esperienze attuali stanno tuttavia indicando che le prestazioni ottenibili con il solo sistema GPS non sono comunque sufficienti a soddisfare i requisiti operativi: identificare un modulo significa lavorare con accuratezze deci/centimetriche. Stiamo quindi considerando e introducendo meccanismi di augmentation i quali saranno ottimizzati con il sistema EGNOS e con l avvento operativo del sistema di positioning Galileo (l equivalente europeo del GPS). giunzione (normale) hotspot hotspot Modulo difettoso Modulo difettoso Fig. 1 HotSpot visti nello spettro del visibile (VIS) e nello spettro TIR (Thermal InfraRed) A partire dalle nostre esperienze operative su campo, in linea con lo stato dell arte di cui sopra, vogliamo però fare un passo avanti. Ora, se avessimo 1) un tool in grado di determinare con risoluzione decimetrica la posizione del pannello difettoso, individuato mediante un software di riconoscimento e classificazione automatica delle immagini/anomalie termiche, 2) un centro servizi in grado di ricevere la mappa aggiornata dei moduli difettosi di ogni impianto e 3) tanti piloti RPAS sparsi in Europa pronti a mettere a disposizione i loro APR per andare a caccia di hotspot riusciremo a creare valore? Noi siamo fermamente convinti di SI e proprio per questo motivo, in questo emergente scenario operativo applicato al mondo dell energia, abbiamo raggruppato alcune piccole e medie imprese sulla base delle singole esperienze verticali per formare il consorzio internazionale EasyPV. Esso prevede 1) Sistematica S.p.A, SW house con mission nel dominio energetico e GNSS, quale capofila, 2) Università di Aalborg (DANIMARCA) in rappresentanza del mondo accademico, 3) TopView s.r.l. con verticale esperienza su aspetti manufatturieri ed applicativi di RPAS, 4) ENTEC S.p.A. quale azienda competente in aspetti manutentivi fotovoltaici, 5) DeepBlue con profonda esperienza in aspetti operativi RPAS e 6) Alpha Consultants Ltd (INGHILTERRA) quale market analyst. Intendiamo così creare valore e mettere a disposizione diverse competenze a partire dai sistemi di localizzazione di precisione alla manutenzione PV,

3 passando ovviamente per i sistemi RPAS, senza trascurare gli aspetti normativi, di ricerca e di analisi di mercato. Gli aspetti di accuratezza nella localizzazione sono fra i più challenging di tutto il progetto e talvolta non è così semplice trovare l applicazione giusta per sistemi diversi dall ormai popolare GPS; basti pensare che un applicazione interessante per EGNOS è stato un tagliaerba (BIGMOW - ) completamente autonomo in grado di tagliare il prato dei campi di calcio e delineare senza ausili esterni le linee del fuorigioco gli appassionati di calcio sanno quanto un centimetro può fare la differenza Il nostro caso di applicazione, contraddistinto da un business plan molto promettente è infatti facile per un proprietario di un impianto fotovoltaico capire il beneficio di tale sistema in termini di energia maggiormente prodotta - è in vero tecnicamente molto simile al precedente: un pannello fotovoltaico può avere dimensioni di 120 x 60 cm, ed è quindi necessario scendere almeno al di sotto dei 30 cm per individuare univocamente il pannello al NADIR dell APR o ricostruirne la sua posizione dalla conoscenza della FOV della camera, dal suo assetto e dalla quota. Sarà quindi realizzato un tool combinando l emergente tecnologia RPAS con la risoluzione promessa dalla costellazione Europea Galileo, ad oggi in fase di deployment. Tuttavia, in attesa del pieno dispiegamento della costellazione, si possono sfruttare tecniche di augmentation già esistenti (RTK, PPP, SBAS, reti EDAS/EUREF) che, pur non permettendo di avvicinarsi alle risoluzioni attese, rappresentano comunque un buon trade-off momentaneo: si pensi infatti ai ricevitori multi-costellazione attualmente disponibili sul mercato (Septentrio, U-blox, Javad, etc ) sempre più miniaturizzati, economici, leggeri ed in grado di poter essere ospitati su un payload dedicato per tali missioni. Fig. 2 Fix accurato per identificazione Panello L automazione dei processi è possibile attraverso un algoritmo di computer vision il quale processa l immagine termica nel campo di vista e la geo-referenzia attraverso tecniche GNSS (Global Navigation Satellite System) ad alta accuratezza. In questo modo è possibile identificare univocamente il modulo da sostituire; infine il manutentore, solo in un secondo momento, può recarsi sul luogo per effettuare la sostituzione del modulo guasto.

4 Interviste preliminari con gli Stakeholder della filiera del fotovoltaico - con particolare riferimento ai manutentori, proprietari ed intermediatori finanziari e proiezioni prudenti del mercato fotovoltaico in Europa e di market share - hanno incoraggiato il consorzio EasyPV ad investire nell idea. Il modello di business si basa sul concetto di affiliazione al consorzio che eroga formazione dedicata alle nuove figure professionali di manutentori di impianti operanti direttamente sul territorio; ciò al fine di avere una distribuzione capillare del servizio, abbattendo i costi di trasferta. Sulla base del modello proposto la nuova figura professionale guadagna sulla base dei MW ispezionati ogni anno. Fig. 3 APR TopView Mantide a caccia di hotspot L aspetto normativo è fondamentale per il successo del consorzio, alla pari di quello tecnologico. Il regolamento RPAS è in continua evoluzione e nell ambito di un progetto Europeo, proiettato all interno degli stati membri è necessario allinearsi alla roadmap RPAS europea. La nostra esperienza ci insegna che ad oggi non è così difficile ottenere le autorizzazioni necessarie per volare in zona non critica in Italia ed i grossi impianti oggetto di queste survey sono ubicati con buona probabilità in campagna, lontani da case e persone. Con l adozione di questo algoritmo automatizzato, che fonde computer vision con GNSS ad alta accuratezza, il consorzio è convinto di poter fornire un importante contributo nel miglioramento dell efficienza degli impianti fotovoltaici, necessità tra l altro evidenziata dalla commissione europea come una delle priorità (punto 3) all interno del programma europa2020 (http://ec.europa.eu/europe2020/europe-2020-in-a-nutshell/) che si pone gli obiettivi di arrivare al 20% del fabbisogno di energia ricavato da fonti rinnovabili con un parallelo aumento del 20% dell'efficienza energetica.

5 Siamo anche fermamente convinti che il valore creato da questa iniziativa possa creare nuove figure professionali di piloti RPAS specializzati in operazioni di manutenzione su campi fotovoltaici. Infine easypv potrà creare nuove opportunità per la costellazione europea Galileo che, ancora affamata di applicazioni ed idee diverse dal semplice tomtom, potrà giocare un ruolo da sicura protagonista. ALBERTO MENNELLA Laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni e laurea in Scienze Nautiche con specializzazione in Navigazione Radio Elettronica, entrambe conseguite presso la Università degli Studi di Napoli Parthenope"; cofondatore di TopView srl, startup innovativa operante nel settore dei sistemi a pilotaggio remoto. Ha lavorato con il ruolo di System Engineer per oltre 10 anni in diverse aziende operanti nel settore aerospaziale come Thales Alenia Space Italia su tematiche legate alla Navigazione ed alle Comunicazioni integrate all interno di programmi europei e nazionali come SENECA (Satellite Navigation services for Civil Aviation - ASI/ENAV) ed in aziende operanti nella ricerca industriale e nello sviluppo software (CRIAI, ITS). Ad Aprile 2013 ha progettato e realizzato una piattaforma di validazione basata su un sistema multirotore (RPAS) con capacità di volo autonome, finalizzata al test ed alla validazione di un algoritmo di Geo Encryption denominato GREAT (GNSS Regenerative Encryption Algorithm and Technique), che fonde aspetti di navigazione e di sicurezza informatica, del quale risulta co-autore. Nel dicembre 2009, all'interno del programma GAPACOM (MIUR) è stato premiato con il "Thales Innovation Awards" per l algoritmo GREAT insieme a tutto il gruppo di ricerca. La sua area d interesse è focalizzata sui sistemi aeromobili a pilotaggio remoto con particolare riferimento alla radionavigazione (GNSS) ed alle comunicazioni integrate, in tutti gli aspetti sia tecnici che normativi. In quest'area è membro di ASSORPAS e della community DIYDRONES dal 2009, motivato da vera passione per l aerospazio, nonché per l aeromodellismo che pratica come hobby da 20 anni. MARCO NISI Laureato in Ingegneria Aerospaziale presso la facoltà La Sapienza, consegue un master in Sistemi avanzati di Comunicazione e Navigazione satellitare col massimo dei voti in Tor Vergata. System engineer, SW engineer e project technical manager presso Sistematica S.p.A., con 10 anni di esperienza in progetti nazionali ed europei in ambito GNSS (Galileo, EGNOS, GPS) sia per aspetti di System Design che nei domini applicativi e di servizio (Aeronautics e Security). Ha svolto numerose ricerche in ambito UAS: all interno del progetto SENECA (Satellite Navigation services for Civil Aviation), finanziato dall Agenzia Spaziale Italiana e supervisionato da ENAV, ha analizzato come responsabile tecnico per Thales Alenia Space la tematica per l inserimento degli UAV all interno del traffico dell aviazione generale ed i relativi impatti in ambito ATM. È co-autore dell algoritmo GREAT (GNSS Regenerative Encryption Algorithm and Technique) attraverso il quale aspetti di navigazione vengono fusi ad aspetti di sicurezza informatica per permettere comunicazioni sicure in particolari aree geografiche. Tale ricerca è stata premiata con il premio "Thales Innovation Awards 2009 ed è stata completata all interno del progetto GAPACOM (Galileo Advanced Payload Addressing COmmunication Mission), progetto co-finanziato da MIUR, realizzato da Thales Alenia Space Italia con il supporto di Sistematica S.p.A. e TopView s.r.l. e con la partecipazione delle Università La Sapienza di Roma, consorzio CNIT, Luiss e CNA: un payload con algoritmo GREAT è stato installato su un esarotore e nel settembre 2013 è stato validato in volo con successo presso il campo di volo WACO (ROMA).

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