Pulizia del fotovoltaico: mantenere gli impianti puliti conviene e la tecnologia aiuta

Indice degli argomenti:

• Pulizia del fotovoltaico: l’importanza della modellazione
• Intelligenza artificiale per mappare la sporcizia sul fotovoltaico
• Il ruolo del monitoraggio per la pulizia del fotovoltaico
• Dal MIT l’idea rivoluzionaria: pulire i pannelli senz’acqua

Effettuare la pulizia del fotovoltaico consente di evitare perdite di potenza causate dalla sporcizia che possono costare caro. I problemi creati dall’effetto soiling, l’accumulo di sporcizia sui pannelli, può causare più dell’1% di perdita di potenza al giorno.

Tradotto in cifre: lo sporco riduce l’attuale produzione globale di energia solare del 3-4% circa, con almeno 3-5 miliardi di euro di perdite di entrate annuali, che potrebbero salire al 4-7%, e più di 4-7 miliardi di euro di perdite, nel 2023. Lo rileva uno studio condotto, tra gli altri, da Leonardo Micheli, ricercatore all’Università degli Studi di Roma “La Sapienza”.

L’esperto di fotovoltaico è il responsabile del “Sole4PV”, progetto focalizzato sul monitoraggio, l’analisi e la previsione delle prestazioni del fotovoltaico e l’ottimizzazione delle strategie di mitigazione delle perdite.

Lo studio ha il pregio di mettere in luce un’altra questione. Finora, nessuna tecnologia passiva antisporco elimina completamente la necessità di pulizia del fotovoltaico. Inoltre, non esiste un metodo universalmente valido, poiché l’economia e l’efficacia cambiano con le condizioni locali, risorse disponibili e frequenze di pulizia.

Occorre prevedere interventi attivi e preventivi: in quest’ultimo senso l’attività di studio di Micheli potrebbe fornire indicazioni preziose.

Pulizia del fotovoltaico: l’importanza della modellazione

La ricerca oggetto del progetto del docente de “La Sapienza” è dedicata all’analisi e alla modellazione dell’energia fotovoltaica, con un lavoro negli ultimi anni dedicato all’effetto soiling sui pannelli solari e all’ottimizzazione dei cicli di pulizia del fotovoltaico.

Soiling è termine inglese che definisce l’accumulo di sporcizia sulle superfici di raccolta della luce nei sistemi di energia solare. A questo fenomeno concorrono più fattori, il più rilevante dei quali è la concentrazione di polvere nell’aria.

Proprio per evitare l’accumulo di sporcizia e prevenire quanto più il problema è nato il progetto SOLE4PV – Soiling Live Extimations for Photovoltaics. È un progetto del MIUR parte del Programma Rita Levi Montalcini, una delle principali iniziative del Ministero per consentire ai giovani ricercatori che lavorano all’estero di poter venire in Italia ed essere chiamati da una Università Statale per svolgere la propria attività di ricerca. Avviato di recente, durerà tre anni e sono stati stanziati 262 mila euro.

«L’obiettivo è creare delle mappe che permettano a chiunque di farsi un’idea del fenomeno del soiling e cercare di raccomandare se e quando è conveniente pulire – spiega Micheli, che fa parte di un gruppo di lavoro della IEA sull’affidabilità dei pannelli solari –. Il costo della pulizia deve essere inferiore al profitto dall’energia che si produce dal pieno recupero dell’impianto».

Intelligenza artificiale per mappare la sporcizia sul fotovoltaico

Per riuscire a svolgere questo lavoro sarà importante adottare tecniche d’intelligenza artificiale, in particolare machine learning e deep learning. «Grazie all’AI sarà possibile comprendere meglio l’impatto di tutti i parametri ambientali sul soiling, la stagionalità del fenomeno e magari adottarli per previsioni future. Il prezzo dell’energia sarà centrale per le attività di operation & maintenance, soprattutto a lungo termine».

L’Artificial Intelligence è utile anche per prevedere (mediante previsione probabilistica su dati storici) le condizioni meteo locali o anche per auto aggiornarsi in base ai dati reali.

La mappatura sarà l’esito di un lavoro di modellazione e analisi basato su dati satellitari, utili per ottenere info sullo stato dei pannelli utilizzando parametri quali particolato, precipitazioni, vento, umidità e irraggiamento, per la stima delle perdite. «L’analisi sul soiling terrà anche conto dell’andamento dei prezzi dell’energia, tema utile sui grandi impianti, per comprendere la convenienza. Per capire poi quale sarà il ciclo di pulizia ottimale sarà importante conoscere l’impatto economico».

Il ruolo del monitoraggio per la pulizia del fotovoltaico

Il monitoraggio è uno strumento essenziale per la pulizia del fotovoltaico o, meglio, per la riduzione della sporcizia, in quanto aiuta a rilevare condizioni di sporco estreme e adattare il programma di pulizia a seconda della variabilità periodica delle condizioni climatiche, o di eventi occasionali, come i lavori stradali o edili. Per i grandi impianti fotovoltaici, anche la non uniformità dello sporco viene mappata per identificare le sezioni che vale la pena pulire economicamente.

L’attuale standard IEC 61724-1101 raccomanda di monitorare lo sporco quando le perdite annuali previste sono superiori al 2% con almeno due sensori di sporcizia per i siti fotovoltaici di più di 5 MW.

La tecnologia offre soluzioni di grande aiuto. Esistono numerosi sensori di sporcizia, compresi i sistemi a due sensori, a livello di cella fotovoltaica o di modulo, dove uno dei sensori viene pulito regolarmente, e sviluppi più recenti verso sensori senza manutenzione.

Per la pulizia, oggi è possibile ricorrere anche ai droni: diversi progetti sono stati attuati proprio per far fronte a questo problema.

Dal MIT l’idea rivoluzionaria: pulire i pannelli senz’acqua

Una promettente soluzione di pulizia del fotovoltaico è stata messa a punto da alcuni scienziati del MIT di Boston. Essi hanno sviluppato un sistema di pulizia dei pannelli fotovoltaici basato sulla repulsione elettrostatica.

Il nuovo sistema usa la repulsione elettrostatica per far sì che le particelle di polvere si stacchino dalla superficie del pannello, senza bisogno di acqua o spazzole. Per attivare il sistema, un semplice elettrodo passa appena sopra la superficie del pannello solare, impartendo una carica elettrica alle particelle di polvere, che vengono poi respinte da una carica applicata al pannello stesso. Il sistema può essere azionato automaticamente utilizzando un semplice motore elettrico, grazie a una tensione di circa 12V, con un tasso di recupero del 95% della potenza persa dopo la pulizia.

Il sistema promette di essere altamente sostenibile: se applicato diffusamente, potrebbe contribuire di evitare l’uso dell’acqua per la pulizia dei pannelli solari, pratica per cui oggi si usano circa 37 miliardi di litri di acqua all’anno.

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