Cercetătorii au folosit zece instalații solare din Malta drept laboratoare în condiții reale pentru a testa metode prin care defecțiunile și pierderile de producție pot fi identificate înainte să provoace probleme mai mari. Proiectul PROMISE, finanțat prin programul european Horizon, a combinat senzori, replici digitale ale instalațiilor, analiză automată a datelor și pregătire practică pentru tehnicieni, într-un mediu expus la veri foarte calde, aer sărat și episoade de praf saharian.
Pe scurt
-
Malta are aproximativ 3.000 de ore de soare pe an, dar temperaturile ridicate, aerul marin și furtunile de praf saharian creează condiții dificile pentru funcționarea pe termen lung a panourilor fotovoltaice.
-
Cercetătorii au monitorizat zece instalații reale folosind senzori care măsoară producția de electricitate, lumina solară, vântul și temperatura. Datele pot indica momentul în care este necesară o intervenție de întreținere.
-
Proiectul a dezvoltat replici digitale ale instalațiilor și instrumente bazate pe inteligență artificială pentru testarea unor scenarii și identificarea automată a abaterilor care pot semnala o defecțiune.
-
Studenții și tehnicienii au fost instruiți să examineze panourile prin inspecții vizuale, fotografii, liste de verificare și teste de electroluminescență care pot arăta fisuri sau defecte ascunse.
-
Instalațiile solare mici reprezintă aproximativ jumătate din capacitatea fotovoltaică europeană și pot întâmpina probleme similare de monitorizare și întreținere, în special atunci când proprietarii nu au contracte specializate de service.
Malta oferă condiții favorabile pentru producerea electricității solare, dar este și un mediu solicitant pentru echipamente. Insula are aproximativ 3.000 de ore de soare pe an, iar panourile sunt expuse simultan la temperaturi ridicate, umiditate și sare transportată de aerul marin, precum și la praful adus periodic din Sahara.
Aceste condiții permit cercetătorilor să observe într-un interval mai scurt probleme care în alte zone ale Europei pot apărea mai lent. Președintele Foundation for Innovation and Research – Malta și coordonatorul proiectului PROMISE, Brian Azzopardi, a explicat că sistemele care rezistă în mediul maltez ar trebui să poată funcționa și în alte regiuni europene cu condiții mai puțin severe.
PROMISE a analizat timp de trei ani metode pentru îmbunătățirea monitorizării, întreținerii și fiabilității sistemelor fotovoltaice. Proiectul nu s-a concentrat numai asupra performanței panourilor noi, ci și asupra modului în care instalațiile deja montate pot fi menținute în funcțiune pentru o perioadă mai lungă.
Utilizarea energiei solare s-a extins rapid în Malta începând aproximativ din 2010, cu sprijinul granturilor publice și al programelor comunitare. Potrivit estimării prezentate de Azzopardi, nivelul de adoptare a ajuns la aproximativ 20%–22%, după ce anterior fusese aproape inexistent.
Creșterea numărului de instalații a făcut mai vizibilă problema întreținerii. O instalație fotovoltaică poate continua să producă electricitate chiar dacă unul sau mai multe panouri nu mai funcționează la capacitatea normală. Proprietarul poate observa defecțiunea numai după ce pierderea de producție devine suficient de mare pentru a apărea în facturi sau în datele generale ale sistemului.
Întârzierea poate permite extinderea deteriorării sau acumularea unor pierderi de producție. Echipa proiectului a încercat să identifice schimbările mai devreme, înainte ca defecțiunea să devină evidentă pentru proprietar.
Cercetătorii au instalat senzori disponibili comercial care măsoară cantitatea de electricitate produsă, radiația solară, temperatura și viteza vântului. Compararea producției efective cu vremea și condițiile de funcționare permite diferențierea între o scădere normală provocată de nori și o pierdere care poate indica o problemă tehnică.
Datele au fost introduse într-un sistem de monitorizare capabil să estimeze când ar putea fi necesară întreținerea. Scopul este ca verificările și reparațiile să poată fi programate înainte ca problema să provoace o scădere importantă a producției.
Echipa a dezvoltat și gemeni digitali, replici informatice ale instalațiilor reale. Un asemenea model reproduce comportamentul sistemului și permite testarea mai multor situații fără intervenții directe asupra instalației fizice.
Cercetătorii pot compara datele primite de la panouri cu rezultatele pe care modelul le consideră normale în aceleași condiții. O diferență persistentă între comportamentul real și cel estimat poate semnala o defecțiune, o umbrire nouă, murdărie, deteriorarea unui panou sau o problemă la o altă componentă.
Instrumentele bazate pe inteligență artificială analizează continuu datele și semnalează automat anomaliile. Sistemul nu repară instalația și nu stabilește singur cu certitudine cauza unei probleme, dar poate atrage atenția tehnicianului asupra unui punct care necesită verificare.
Monitorizarea s-a desfășurat în zece „Living Labs”, instalații reale folosite simultan pentru producerea energiei, cercetare și pregătirea specialiștilor. Această abordare permite testarea instrumentelor în condiții cotidiene, fără limitarea la experimente realizate exclusiv în laborator.
Instalațiile fotovoltaice pot pierde din performanță din mai multe motive. Praful, murdăria și excrementele de păsări pot reduce lumina care ajunge la celule. Construcția unei clădiri apropiate poate crea o zonă de umbră care nu exista la montarea panourilor, iar temperaturile, sarea și solicitările mecanice pot contribui la deteriorarea componentelor.
Sistemele fotovoltaice au puține piese mobile, dar acest lucru nu înseamnă că nu au nevoie de verificări. Cablurile, conexiunile, invertoarele, suporturile și suprafața panourilor pot suferi defecte sau degradări care reduc producția ori afectează siguranța instalației.
Problema este relevantă mai ales pentru instalațiile mici de pe acoperișurile locuințelor. Proprietarii acestora nu beneficiază întotdeauna de contracte ample de mentenanță sau de sisteme avansate de monitorizare, iar unele defecțiuni pot rămâne neobservate o perioadă îndelungată.
Proiectul a tratat pregătirea personalului ca parte a aceleiași probleme. Extinderea capacității solare creează nevoia de tehnicieni și cercetători care înțeleg funcționarea instalațiilor, pot interpreta datele și pot identifica defectele fizice.
Studenții care au participat la școlile internaționale de vară au vizitat instalațiile și au lucrat cu date provenite din sistemele reale. Ei au învățat să realizeze inspecții vizuale, să fotografieze și să documenteze defectele și să folosească liste structurate de verificare.
O metodă mai avansată folosită în pregătire a fost electroluminescența. În timpul testului, electricitatea este introdusă în sens invers într-un panou solar, iar celulele emit o lumină infraroșie foarte slabă, invizibilă ochiului uman.
Camerele specializate pot înregistra această lumină și pot arăta zone în care celulele nu funcționează uniform. Metoda permite detectarea fisurilor foarte mici și a altor defecte care pot să nu fie vizibile atunci când panoul este examinat din exterior.
Echipa a folosit și jocuri, exerciții de asociere și simulări pentru pregătirea participanților. Unul dintre jocuri reproduce situația unui tehnician care trebuie să diagnosticheze o instalație, să decidă ce intervenții sunt necesare și să gestioneze un buget de mentenanță.
Exercițiul reflectă faptul că întreținerea nu înseamnă numai identificarea unui defect. Tehnicianul trebuie să interpreteze datele, să stabilească prioritatea intervenției, să discute costurile și să coordoneze reparația cu proprietarul sau administratorul instalației.
Pentru publicul mai tânăr, cercetătorii au creat și un spectacol numit „Dance of the Photon”, în care mișcarea dansatorilor explică transformarea luminii solare în electricitate în interiorul unei celule fotovoltaice. Activitatea a fost concepută pentru a prezenta un proces tehnic într-o formă mai ușor de urmărit.
Importanța întreținerii nu este limitată la Malta. Instalațiile de dimensiuni mici reprezintă aproximativ jumătate din capacitatea fotovoltaică totală a Europei, potrivit informațiilor prezentate de proiect. Multe sunt amplasate pe locuințe sau pe proprietățile unor întreprinderi mici și pot avea acces limitat la monitorizare și service specializat.
Instrumentele testate în Malta ar putea ajuta proprietarii și tehnicienii să identifice mai devreme scăderile neobișnuite de producție. Aplicarea lor în alte țări va depinde de cost, compatibilitatea cu instalațiile existente, calitatea datelor și capacitatea personalului de a interpreta alertele.
Proiectul nu demonstrează că orice sistem care funcționează în Malta va rezista automat oriunde în Europa. Condițiile climatice, tipurile de instalații și cauzele defecțiunilor diferă între regiuni, iar soluțiile trebuie validate pentru mediul în care urmează să fie folosite.
PROMISE a fost finanțat prin programul Uniunii Europene pentru cercetare și inovare Horizon. Proiectul a reunit cercetare tehnică, testare în instalații reale, instrumente digitale și activități de formare pentru sectorul fotovoltaic.
Gemenii digitali sunt folosiți în mai multe sectoare pentru a reproduce comportamentul unui echipament sau al unui sistem fizic. În cazul instalațiilor solare, aceștia permit compararea producției reale cu performanța estimată și simularea efectelor produse de vreme, umbrire, degradare sau defecțiuni.
Întreținerea predictivă folosește datele pentru a estima când este probabil să apară o problemă sau când o intervenție devine necesară. Ea diferă de mentenanța realizată numai după defectare și de verificările efectuate la intervale fixe, indiferent de starea instalației.
Extinderea energiei solare mărește numărul echipamentelor care trebuie monitorizate pe parcursul mai multor decenii. Durata efectivă de funcționare și cantitatea totală de electricitate produsă depind de calitatea componentelor, montaj, condițiile locale și întreținerea realizată după instalare.
Rezultatele și experiența acumulate în Malta pot fi folosite pentru cercetări ulterioare și pentru dezvoltarea programelor de pregătire. Materialul publicat nu precizează că instrumentele create au devenit deja produse comerciale disponibile pe toate piețele europene și nici nu cuantifică reducerea costurilor sau creșterea duratei de viață obținută prin folosirea lor.