ANALISI DELLE CAUSE DI LOW PERFORMANCE DEGLI IMPIANTI: CASE STUDIES E SOLUZIONI. Ing. Mauro Moroni CEO Moroni & Partners

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1 ANALISI DELLE CAUSE DI LOW PERFORMANCE DEGLI IMPIANTI: CASE STUDIES E SOLUZIONI Ing. Mauro Moroni CEO Moroni & Partners

2 CHI SIAMO Moroni & Partners è una realtà imprenditoriale che oggi opera a livello nazionale ed internazionale nel settore della consulenza energetica integrata con oltre 1 GIGAWATT di esperienza. La struttura è composta da un team di oltre 50 professionisti altamente qualificati e flessibili, esperti nel campo dell impiantistica, con una elevata specializzazione nell ambito delle energie rinnovabili e dell efficienza energetica. La struttura opera attraverso 3 divisioni principali: ENGINEERING TECHNICAL ADVISORY ASSET MANAGEMENT

3 LE NOSTRE DIVISIONI Valutazioni impatto ambientale e iter autorizzativi Progettazione Impiantistica, urbanistica e strutturale Due Diligences Verifiche strumentali Supervisione O&M Monitoraggio performance ENGINEERING TECHNICAL ADVISORY ASSET MANAGEMENT Direzione Lavori e Sicurezza Progettazione esecutiva Prove di accettazione (FAC PAC) Perizie assicurative Adempimenti fiscali e amministrativi

4 CERTIFICAZIONI Moroni & Partners è attenta alla qualità dei servizi offerti, al rispetto dell ambiente,all uso razionale dell energia ed alla salute e sicurezza dei lavoratori, ottenendo le seguenti certificazioni volontarie: ISO 9001/ Sistema di gestione della qualità ISO / Sistema di gestione ambientale ISO / Sistema di gestione dell energia BS OHSAS 18001/ Sistema di gestione sicurezza M&P continua e continuerà a investire in qualità, una garanzia di professionalità e competitività al servizio dei propri clienti.

5 RICONOSCIMENTI M&P è stata insignita del premio "Renewable Energy Advisory Firm of the Year - Italy 2013" dalla prestigiosa testata finanziaria Acquisition International.

6 M&P WORLDWIDE Current Markets Future Markets

7 ASSET MANAGEMENT PRODUTTORE MORONI & PARTNERS Monitoraggio, verifiche in campo, assistenza amministrativa e fiscale Supervisione operazioni e adempimenti contrattuali IMPIANTO FOTOVOLTAICO O&M CONTRACTOR

8 MANUTENZIONE PREVENTIVA La manutenzione preventiva permette di rilevare e isolare in anticipo eventuali problematiche che affliggono gli impianti. I principali vantaggi di tale tipologia di manutenzione sono: Operazioni rapide e non invasive (controlli non distruttivi) Rilevamento guasti con limitati fermi impianto Segnalazione anomalie prima del verificarsi del guasto Attivazione tempestiva delle garanzie di impianto e dei singoli componenti

9 MANUTENZIONE PREVENTIVA ASSET MANAGEMENT VERIFICHE A CAMPIONE Monitoraggio PR impianto Analisi dati storici impianto Verifica tempistiche di intervento O&M Verifica garanzie di performance O&M Verifica performance d impianto e parametri elettrici Verifica stato componenti Verifica stato opere accessorie Verifica operazioni O&M Verifica Healt & Safety OTTIMIZZAZIONE PERFORMANCE DI PRODUZIONE AUMENTO DISPONIBILITA IMPIANTO RISPETTO GARANZIE CONTRATTUALI RISPETTO NORMATIVE VIGENTI

10 PERFORMANCE RATIO Il P.R. definisce il rapporto tra la potenza (o l energia) in uscita dall impianto fotovoltaico e la potenza (o l energia) teoricamente disponibile (CEI EN 61724). P.R. Y Y F R Eca Pn G Hi STC dove: YF: Final yield (indice energetico finale dell impianto) YR: Reference yield (indice solare energetico di riferimento La corretta calibrazione dei sensori di irraggiamento è fondamentale per avere una misura affidabile del P.R

11 MONITORAGGIO P.R. Monitoraggio indipendente P.R. nel medio e lungo periodo L analisi mostra l andamento delle prestazioni generali dell impianto su base giornaliera, mensile e annuale.

12 MONITORAGGIO P.R. Andamento PR con Fault Potenza AC [kw] 100,00% 90,00% 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% Performance Ratio Andamento PR corretto Potenza AC [kw] ,0% 90,0% 70,0% 50,0% Performance Ratio

13 ANALISI DATI STORICI DATI STORICI SCADA Irraggiamento sul piano dei moduli Temperatura ambiente e/o moduli Energia in uscita dai gruppi di conversione (monitoraggio) Dati contatori fiscali DATI CONTRATTUALI Contratto O&M Report interventi O&M ANALISI DATI Individuazione fermi impianto Individuazione fault sistema di monitoraggio Verifica risoluzione problematiche VERIFICA RISPETTO CONDIZIONI CONTRATTUALI Performance garantite Disponibilità impianto garantite Tempi di interventi garantiti

14 ANALISI DATI STORICI Yr [(kwh/mq)/ (kw/mq)] Yf [kwh/kw p ] PR eff No irradiance data period [hh:mm:ss] No energy meter data period [hh:mm:ss] No monitoring data period [hh:mm:ss] January ,5% 0:44:34 8:16:02 13:01:14 February ,1% 0:00:00 0:00:00 29:45:01 March ,8% 0:00:00 0:00:00 1:16:16 April ,9% 2:00:00 0:39:50 4:31:18 May ,8% 0:00:00 0:00:00 0:00:00 June ,6% 0:00:00 1:43:12 178:17:48 July ,1% 1:35:17 0:00:00 0:00:00 August ,1% 0:00:00 0:00:00 0:00:00 September ,0% 0:00:00 0:00:00 0:00:00 October ,0% 2:00:00 1:00:00 0:00:00 November (to 25/11/2013) ,7% 0:00:00 0:00:00 0:00:00 Problematiche relative a fermi impianto Problematiche relative al sistema di monitoraggio Nessuna problematica

15 ANALISI DATI STORICI DISPONIBILITA SENSORE DI IRRAGGIAMENTO DATI CONTATORI FISCALI DISPONIBILITA SISTEMA DI MONITORAGGIO Periodo con dati non disponibili Periodo con dati disponibili

16 VERIFICHE A CAMPIONE Le operazioni sono costituite da una serie di ispezioni visive e verifiche strumentali di dettaglio periodiche volte a rilevare problematiche in merito a tre aspetti principali. ISPEZIONI VISIVE VERIFICHE STRUMENTALI Problematiche in materia di Health & Safety Problematiche di durabilità dei materiali Problematiche di produzione energetica

17 VERIFICHE GSE Il recente DM 31/01/2014 disciplina le modalità di controllo e le sanzioni previste per gli impianti RES che godono di incentivi. Sono oggetto di ispezione: Caratteristiche tecniche di opere, macchinari e apparecchiature installate Configurazione impiantistica e processo di produzione di energia elettrica Strumentazione di misura dell energia e contabilizzazione dell energia Documentazione a corredo dell impianto (tecnica e autorizzativa) VIOLAZIONI RILEVANTI presentazione al GSE di dati non veritieri o di documenti falsi alterazione della configurazione impiantistica non comunicata al GSE inefficacia del titolo autorizzativo indisponibilità della documentazione da tenere presso l impianto DECADENZA INCENTIVI E RESTITUZIONE SOMME PERCEPITE E FONDAMENTALE ESEGUIRE UN CONTROLLO DELLA DOCUMENTAZIONE PRIMA DELL ESECUZIONE DI VERIFICHE DA PARTE DEL GSE

18 ISPEZIONI VISIVE

19 ISPEZIONI VISIVE PRODUTTIVITA E DURABILITA Moduli e strutture Controllo dello stato delle strutture di supporto e dei sistemi di fissaggio dei moduli fotovoltaici; Controllo dello stato dei quadri di campo e delle relative apparecchiature Controllo delle targhe e delle etichettature. Cablaggi Controllo del tipo e della posizione dei cavi utilizzati; Controllo di eventuali danneggiamenti superficiale; Controllo della corretta identificazione dei cavi e dei circuiti elettrici

20 ISPEZIONI VISIVE PRODUTTIVITA E DURABILITA Quadri elettrici Verifica integrità connessioni e crimpature; Verifica dell integrità e dell adeguatezza delle protezioni Verifica integrità e adeguatezza fusibili Controllo delle targhe e delle etichettature. Inverter e trasformatori Verifica corretta installazione delle apparecchiature; Verifica corretto funzionamento dei comandi Verifica del corretto funzionamento dell impianto di ventilazione Verifica integrità cabine e locali tecnici; Controllo delle targhe e delle etichettature.

21 ISPEZIONI VISIVE HEALTH & SAFETY L analisi contempla la verifica della completezza e della conformità della documentazione richiesta dalla normativa e il rispetto delle condizioni di sicurezza sul posto di lavoro. Gli aspetti dell impianto oggetto dell analisi sono i seguenti: Cabine e locali tecnologici Opere Civili Strutture di sostegno e moduli Documentazione in materia di sicurezza

22 ISPEZIONI VISIVE HEALTH & SAFETY Presidio antincendio privo del cartellino di manutenzione Presenza acqua e fango nella vasca di fondazione cabina elettrica INDICE PRIORITA 2 INDICE PRIORITA 1

23 ISPEZIONI VISIVE HEALTH & SAFETY Quadro ausiliari con etichettature da aggiornare Cabina incendiata INDICE PRIORITA 2 INDICE PRIORITA 1

24 ISPEZIONI VISIVE HEALTH & SAFETY Materiale di risulta Pozzetto danneggiato INDICE PRIORITA 2 INDICE PRIORITA 1

25 ISPEZIONI VISIVE HEALTH & SAFETY Zona diffusa d impaludamento Scavo antistante l accesso all impianto INDICE PRIORITA 2 INDICE PRIORITA 1

26 ISPEZIONI VISIVE HEALTH & SAFETY Cavo scollegato Cavi non correttamente fissati alle strutture INDICE PRIORITA 2 INDICE PRIORITA 2

27 ISPEZIONI VISIVE HEALTH & SAFETY Sistema di ancoraggio compromesso Area con distaccamento dei pannelli INDICE PRIORITA 1 INDICE PRIORITA 1

28 ISPEZIONI VISIVE HEALTH & SAFETY Pali della recinzione piegati Area di stoccaggio non segnalata INDICE PRIORITA 2 INDICE PRIORITA 2

29 VERIFICHE STRUMENTALI

30 MISURA CURVA I-V Moduli fotovoltaici con performance minori di quanto riportato nei dati di targa. Problema rilevabile mediante misura curva IV e/o analisi di laboratorio. Valore reale Valore teorico

31 ANALISI TERMOGRAFICA Moduli fotovoltaici con presenza di surriscaldamenti localizzati (hot-spots). Problema rilevabile mediante termografia a infrarossi.

32 ANALISI TERMOGRAFICA L entità delle perdite dovute alla presenza di hot spots è rilevabile mediante la misura della caratteristica I-V sui moduli segnalati dalla termografia. L entità delle perdite dipende dal numero e dalla posizione degli hot-spots. Curva IV ideale Curva IV misurata

33 ANALISI TERMOGRAFICA L analisi termografica mostra anche l effetto sui moduli fotovoltaici di fenomeni di ombreggiamento causati da oggetti esterni e interni all impianto fotovoltaico. Il perdurare del fenomeno, oltre al calo delle performace può causare danni permanenti alle celle fotovoltaiche.

34 ANALISI TERMOGRAFICA Le verifiche termografiche possono essere effettuate anche con l ausilio di droni UAV (Unmanned Aerial Vehicle) radio controllati e manovrati da personale professionale opportunamente formato.

35 DERATING INVERTER Derating di potenza inverter dovuta a elevate temperature in cabina (T> 40 C) L efficienza di conversione tipicamente decresce all aumentare delle temperature di un valore compreso tra il 3% e 8% su base annuale.

36 EFFICIENZA INVERTER La prova ha lo scopo di valutare l efficienza dell inverter nella conversione dell energia prodotta dal campo fotovoltaico (CC) in quella destinata all immissione in rete (CA).

37 CONNESSIONI ELETTRICHE Problematiche in fase di crimpatura delle connessioni elettriche possono causare la distruzione dell isolante con conseguenti principi di incendio.

38 SOLAR TRACKERS VERIFICA DATI DI IRRAGGIAMENTO CAPTATO VERIFICA RISPOSTA APPARATI ELETTROMECCANICI PROBLEMATICHE SOFTWARE PROBLEMATICHE HARDWARE

39 VERIFICHE STRUTTURALI Errato dimensionamento delle strutture di sostegno DEFORMAZIONE OLTRE IL LIMITE STRUTTURALE

40 VERIFICHE STRUTTURALI Una cattiva progettazione può condurre al collasso delle strutture in presenza di eventi atmosferici straordinari. Tali eventi possono portare al distacco dell intero impianto.

41 VERIFICHE STRUTTURALI Le verifiche strutturali riguardano anche la qualità dei materiali scelti, generalmente acciaio galvanizzato o alluminio. Sono stati rilevati frequenti fenomeni di corrosione che possono pregiudicare la durabilità delle strutture di supporto.

42 VERIFICHE STRUTTURALI Durata tipica del rivestimento di zinco fino alla prima manutenzione, per diverse categorie di ambienti e relative velocità di corrosione.

43 PROVE DI ACCETTAZIONE Le attività di verifica e manutenzione descritte possono essere utilizzate per: COLLAUDI FUNZIONALI PROVE DI ACCETTAZIONE PROVVISORIA (PAC) PROVE DI ACCETTAZIONE DEFINITIVA (FAC)

44 RE-ENGINEERING LE ATTIVITÀ DI RE-ENGINEERING APPLICATE AL FOTOVOLTAICO CONSISTONO NELL IDENTIFICAZIONE DI SOLUZIONI PROGETTUALI CRITICHE E DEI RELATIVI INTERVENTI DI UPGRADE, AL FINE DI OTTIMIZZARE LE PERFORMANCE D IMPIANTO

45 RE-ENGINEERING Analisi tecnica (Due Diligence) Identificazione di soluzioni progettuali critiche Identificazione e ingegnerizzazione degli upgrades Simulazione dinamica performance in condizioni as built Simulazione dinamica performance in condizioni upgraded Stima costi upgrades BENEFICI COSTI Business plan

46 BUSINESS CASE (CPV) Potenza Nominale: 930 kwp Tipologia impianto: Fotovoltaico a concentrazione (CPV) Principali servizi eseguiti: Due Diligence tecnica Studio ottimizzazione impianto Progettazione upgrades Supervisione realizzazione upgrades Monitoraggio performance

47 BUSINESS CASE (CPV) PRINCIPALI PROBLEMATICHE RISCONTRATE: Problemi di condensa e opacità specchi Deformazioni strutturali anomale Difetti sistema di puntamento dei trackers Derating inverter per temperatura cabina Problemi sistema di monitoraggio (trasmissione dati) Performance Ratio basso (70%)

48 BUSINESS CASE (CPV) MODELLAZIONE E SIMULAZIONE IMPIANTO AS BUILT Modellazione caratteristiche tecniche generali impianto Modellazione specifica delle criticità riportate Simulazione software dinamica Producibilità annua attesa 905,2 MWh

49 BUSINESS CASE (CPV) UPGRADES PROPOSTI A SEGUITO DI RE-ENGINEERING: Problemi di condensa e opacità specchi Deformazioni strutturali anomale Difetti sistema di puntamento dei trackers Derating inverter per temperatura cabina Problemi sistema di monitoraggio Sostituzione moduli difettosi Analisi FEM e progettazione interventi strutturali Revisione software e sostituzione componenti difettosi Progettazione sistema di ventilazione cabina Ripristino delle corrette impostazioni di sistema

50 BUSINESS CASE (CPV) ANALISI COSTI DI UPGRADE: Sostituzione moduli difettosi Deformazioni strutturali anomale Revisione software e sostituzione componenti difettosi Progettazione sistema di ventilazione cabina Ripristino delle corrette impostazioni di sistema COSTO: 0 (coperto da garanzia) COSTO: COSTO: COSTO: COSTO FERMO IMPIANTO: 1 giorno FERMO IMPIANTO : 8 giorni FERMO IMPIANTO : 3 giorni FERMO IMPIANTO : non necessario FERMO IMPIANTO : non necessario TOTATE COSTI DI UPGRADE:

51 BUSINESS CASE (CPV) MODELLAZIONE E SIMULAZIONE IMPIANTO UPGRADED Modellazione caratteristiche tecniche generali impianto Modellazione specifica delle criticità riportate Simulazione software dinamica Resa energetica annua stimata: 1.041,5 MWh Upgraded Performance Ratio 80,1 %

52 BUSINESS CASE (CPV) ANALISI ECONOMICA Resa energetica annua (prima degli upgrade): 905,2 MWh Incremento produzione Resa energetica annua (upgraded): 1.041,5 MWh Ricavi da tariffa incentivante: 298 /MWh Ricavi da vendita energia: 80 /MWh annuale: 136,3 MWh Benefici economici: /y Payback time: 2 anni Flussi di cassa cumulati (18 anni): COSTO INTERVENTI DI UPGRADE:

53 BUSINESS CASE (CPV) MONITORAGGIO POST INTERVENTI A seguito dell esecuzione degli interventi migliorativi sono state monitorate le performance d impianto, al fine di verificare l efficiacia degli upgrades. P.R. impianto ottimizzato P.R. Prima degli interventi

54 BUSINESS CASE (FV) Potenza nominale: 504 kwp Tipologia impianto: fotovoltaico fisso a terra Principali servizi eseguiti: Due Diligence tecnica Studio ottimizzazione impianto Progettazione upgrades Analisi economica

55 BUSINESS CASE (FV) PRINCIPALI CRITICITA RISCONTRATE Moduli FV difettosi Difetti su fusibili e connessioni Ombre da oggetti interni all impianto Ombre da oggetti esterni all impianto Performance Ratio basso (65%)

56 BUSINESS CASE (FV) MODELLAZIONE E SIMULAZIONE IMPIANTO AS BUILT Modellazione caratteristiche tecniche generali impianto Modellazione specifica delle criticità riportate Simulazione software dinamica Resa energetica annua stimata 632 MWh (1.253 kwh/kwp)

57 BUSINESS CASE (FV) UPGRADES PROPOSTI A SEGUITO DI RE-ENGINEERING: Moduli FV difettosi Difettosità fusibili e connessioni Ombre da oggetti interni Ombre da oggetti esterni Sostituzione moduli Sostituzione fusibili e serraggio Taglio erba Installazione ottimizzatori COSTO 0 (Garanzia) COSTO COSTO COST O Fermo impianto 1 giorno Fermo impianto 1 giorno Fermo impianto nessuno Fermo impianto 7 giorni COSTO TOTALE DI UPGRADE:

58 BUSINESS CASE (FV) MODELLAZIONE E SIMULAZIONE IMPIANTO UPGRADED Modellazione caratteristiche tecniche generali impianto Modellazione specifica delle criticità riportate Simulazione software dinamica Resa energetica annua 672,8 MWh (1.335 kwh/kwp) Upgraded Performance Ratio 70,1 %

59 BUSINESS CASE (FV) ANALISI ECONOMICA Resa energetica annua (prima degli upgrade): 632,0 MWh Annual production Resa energetica annua (upgraded): 672,8 MWh Ricavi da tariffa incentivante: 346 /MWh Ricavi da vendita energia : 80 /MWh increase 40,8 MWh Benefici economici /y Payback time: 4 years Flussi di cassa cumulati (17 anni): COSTO INTERVENTI DI UPGRADE :

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