Manteniment d’instal·lacions solars fotovoltaiques

El manteniment preventiu de les instal·lacions solars fotovoltaiques comporta tot un seguit de tasques senzilles i rutinàries. En el cas de ser assumides per l’usuari es podran fer amb més assiduïtat, fet que millorarà el rendiment i la fiabilitat de la instal·lació.

Les tasques de manteniment preventiu realitzables per l’usuari es limiten a operacions de verificació dels paràmetres bàsics de funcionament de la instal·lació i operacions de manteniment superficial de l’equipament.

Aquestes tasques les classificarem en funció del lloc d’actuació:

• Treballs en els panells fotovoltaics.
• Treballs en les bateries.
• Treballs de verificació dels equips de control i inversors.

Per aprofitar al màxim un sistema solar, s’ha de garantir un bon nivell de radiació incident sobre els panells. En aquest sentit, podem establir que el manteniment preventiu en la zona de panells a càrrec de l’usuari consisteix en el següent:

• Neteja dels panells.
• Eliminació d’ombres esporàdiques.
• Revisió visual dels elements de subjecció dels panells (estructures i ancoratges).

La brutícia acumulada sobre la superfície del mòdul redueix el seu rendiment i pot produir efectes semblants als produïts per les ombres. Els residus industrials i els procedents de les aus poden arribar a provocar un problema seriós, però, en general, la reducció de la potència no sol ser significativa. La intensitat de l’efecte depèn de l’opacitat del residu.

L’acció de la pluja pot reduir en molts casos al mínim o eliminar la necessitat de netejar els mòduls.

Aquesta operació cal efectuar-la especialment després d’un període llarg sense pluges o bé després d’una pluja de fang (vegeu la figura). Únicament caldrà netejar les cares exposades al sol amb aigua i algun detergent no abrasiu, procurant evitar que l’aigua s’acumuli sobre el mòdul.

En el cas de nevades, s’ha de treure la neu tan aviat com sigui possible perquè no impedeixi la captació solar i s’hi glaci. En el cas del glaç enganxat, s’ha de netejar amb una fusta o bé amb aigua tèbia.

Cal tenir en compte les consideracions següents durant la neteja dels mòduls solars:

• La neteja s’hauria de realitzar al matí o al capvespre, quan la radiació solar és baixa i l’activitat de les cèl·lules solars és menor.
• Cal evitar el contrast de temperatura dels mòduls: no netejar-los amb aigua calenta quan la temperatura ambient sigui baixa, ni amb aigua freda quan els mòduls estiguin calents.
• No s’han d’utilitzar eines de neteja que puguin ratllar la superfície.
• No utilitzar aigua a alta pressió.

Cal tenir una cura especial en les ubicacions de panells sobre terra o en ubicacions properes a zones arbrades. En aquestes ubicacions cal fer un seguiment intensiu del creixement de la vegetació i eliminar els elements que puguin projectar ombres sobre el camp fotovoltaic (figura).

En la revisió visual dels elements de subjecció dels panells (estructures i ancoratges) durant el primer any cal prémer els cargols que subjecten les plaques i l’estructura de suport, i posteriorment només cal fer un repàs de la fermesa i estat dels ancoratges. En el cas d’estructures de ferro pintat cal fer el manteniment de la pintura.

La bateria és l’element més sensible d’una instal·lació i cal tenir-ne una cura especial, amb un seguiment continuat. En aquest cas cal esmentar que la manipulació o manteniment de la bateria comporta tot un seguit de perills per a la persona, i en cas que l’usuari participi del manteniment, ha de ser coneixedor dels perills i ha d’adoptar les mesures de seguretat preventives. A més, en la zona d’ubicació de la bateria hi ha d’haver cartells informatius sobre les mesures preventives necessàries per a la manipulació de bateries, i alhora cal disposar dels estris de seguretat necessaris i d’una farmaciola d’emergència.

Com a operacions de manteniment preventiu realitzables per l’usuari en la bateria, esmentarem:

• Mantenir el nivell de l’electròlit de les bateries: cal verificar periòdicament (un cop al mes) que el nivell de l’electròlit estigui entre les marques de nivell màxim i mínim. En el cas que el nivell d’electròlit baixés per sota del mínim caldria afegir-hi aigua destil·lada (únicament aigua destil·lada) amb un embut de plàstic (mai metàl·lic), tot procurant no mullar ni els borns ni les plaquetes de connexió (figura). En cas que sigui necessari reomplir sovint el nivell d’electròlit, això indicaria una avaria del sistema que tindria com a conseqüència un excés de gasificació en la bateria. Aquesta situació requeriria una intervenció per part del tècnic.

• Revisió dels borns de la bateria. Per reduir les pèrdues elèctriques de la bateria, cal mantenir-ne els borns i les connexions netes de restes d’òxids i de sals que acostumen a formar-se en els processos de gasificació. La neteja d’aquestes restes s’ha de fer amb estris sintètics (com ara plàstics, mai metàl·lics) i, un cop finalitzada la neteja de les connexions, cal protegir-les amb vaselina neutra i collar-les fermament.

Aquesta serà una tasca de supervisió general del funcionament de la instal·lació. En aquest cas, l’usuari ha de conèixer el funcionament dels equips instal·lats i, per tant, ha de poder entendre la informació bàsica que es presenta en les pantalles d’aquests equips.

Com a paràmetres significatius a verificar esmentem els següents:

• En instal·lacions autònomes, cal examinar periòdicament en el regulador o altres aparells de monitoratge la tensió (V) de les bateries (s’ha d’observar de nit) i llegir el corrent de càrrega (A) del camp fotovoltaic (s’ha d’observar de dia). Aquestes dades han de coincidir amb els valors preestablerts per a la instal·lació; en cas contrari pot ser un símptoma d’un possible mal funcionament.
• En instal·lacions connectades a la xarxa, caldrà examinar periòdicament en el comptador d’energia o altres aparells de monitoratge l’energia consumida, en standby i l’energia produïda per la instal·lació fotovoltaica en un període concret. Com en el cas de les instal·lacions autònomes, aquestes dades han de coincidir amb els valors preestablerts per a la instal·lació; en cas contrari pot ser un símptoma d’un possible mal funcionament.

Les instal·lacions fotovoltaiques, en general, són senzilles de mantenir. Però requereixen un manteniment preventiu bàsic per garantir el rendiment i la durabilitat de la instal·lació.

En funció de la tipologia d’instal·lació, potència i equips utilitzats s’establirà un programa de manteniment preventiu de la instal·lació, en el qual podrà col·laborar de manera activa l’usuari.

El manteniment d’una instal·lació no està pensada per corregir problemes a causa del disseny o la instal·lació del sistema fotovoltaic, ja que les errades produïdes en aquestes fases han de ser solucionades durant la posada en marxa.

Per aconseguir que una instal·lació solar sigui eficient, hem d’assegurar-nos que les instal·lacions no pateixin cap desperfecte que repercuteixi en el rendiment. Per tant, és molt important planificar el manteniment d’una instal·lació des del disseny de la instal·lació.

La fiabilitat d’una instal·lació solar fotovoltaica depèn en gran manera de la qualitat dels equips, del dimensionament correcte del conjunt i d’una execució de la instal·lació adequada. En aquest sentit, cal recordar que una instal·lació fotovoltaica és un conjunt d’elements que estan interrelacionats entre si, i que si hi hagués un únic component defectuós, mal dimensionat o mal instal·lat, aquest limitaria notablement la fiabilitat i el funcionament de tota la instal·lació.

Per aquest motiu, el manteniment d’una instal·lació començarà pel reconeixement i verificació del conjunt d’equips que la componen.

Tots els equips de la instal·lació hauran de complir uns estàndards mínims de qualitat. En aquest sentit, cal verificar que els equips de la instal·lació disposin com a mínim dels certificats acreditatius de qualitat. Com a exemple, algunes de les normes de referència aplicables als components d’una instal·lació fotovoltaica són les següents:

• Norma UNE-EN 61215 per als mòduls fotovoltaics de silici cristal·lí.
• Marcatge CE i certificat del TÜV Rheinland Group per als onduladors (inversors).
• Norma DIN 40736 (plaques tubulars) per a les bateries.
• Norma MV-106 per als caragols d’acer inoxidable.
• Normes MV-103 (càrregues extremes degudes a factors climatològics) i MV-102 (característiques mecàniques de l’acer i de composició química) per a l’estructura de suport.
• Altres.

El pla de manteniment preventiu d’una instal·lació connectada a la xarxa inclourà, almenys, una visita anual per al cas d’instal·lacions de potència de fins a 100 kW i semestral per a la resta.

Les tasques mínimes que cal realitzar durant aquest manteniment són les següents:

• Comprovació de les proteccions elèctriques.
• Verificació de l’estat dels mòduls i de les connexions.
• Comprovació de l’estat de l’inversor: funcionament, llums de senyalització, alarmes, etc.
• Verificació de l’estat mecànic de cables i terminals, borns, platines, transformadors, ventiladors/extractors, unions,… Per a una qualitat òptima, cal netejar i tornar a collar els caragols sempre que calgui.

En finalitzar l’instal·lador realitzarà un informe tècnic en el qual es detallarà l’estat de les instal·lacions i les incidències esdevingudes.

En les instal·lacions aïllades, el manteniment es realitzarà almenys un cop a l’any.

El pla de manteniment preventiu de la instal·lació inclourà, com a mínim, les activitats següents:

• Verificació del funcionament de tots els components i equips.
• Revisió del cablatge, connexions, platines, terminals, etc.
• Comprovació de l’estat dels mòduls: neteja i presència de danys que afectin la seguretat i proteccions.
• Estructura suport: revisió de danys a l’estructura, deteriorament per agents ambientals, oxidació, etc.
• Bateries: nivell de l’electròlit, neteja i greixatge de terminals, etc.
• Regulador de càrrega: caigudes de tensió entre terminals, funcionament d’indicadors, etc.
• Inversors: estat d’indicadors i alarmes.
• Caigudes de tensió al cablejat de contínua.
• Verificació dels elements de seguretat i proteccions: preses de terra, actuació interruptors de seguretat, fusibles, etc.

De manera complementària a les tasques que pot realitzar l’usuari, en les instal·lacions fotovoltaiques cal que, com a mínim amb la periodicitat establerta, un tècnic qualificat verifiqui i controli la instal·lació fent una anàlisi completa dels elements principals que la formen.

Aquesta actuació es du a terme en hores de radiació solar i consta com a mínim de les tasques següents:

• Manteniment dels panells fotovoltaics.
• Manteniment de les bateries.
• Treballs de verificació dels equips de control i inversors.

Les tasques més significatives que cal realitzar en les operacions de manteniment preventiu dels panells fotovoltaics són les següents:

• Revisió del deteriorament de l’estructura de suport. Per tal de garantir la seguretat de la instal·lació és necessari verificar un per un tots els elements de subjecció de les plaques solars i de l’estructura de suport.
• Comprovació de l’estat dels panells. Com que estan exposats a la intempèrie i, a vegades, a condicions ambientals extremes (impactes de materials portats pel vent, efectes atmosfèrics…), caldrà verificar possibles danys que afectin el funcionament o la seguretat de la instal·lació.
• Verificació de l’estat de les connexions i del cablatge de cada caixa del camp fotovoltaic. Les connexions elèctriques han d’estar assegurades i ben ajustades, netes i lliures de corrosió. Per assegurar el funcionament correcte de les cadenes fotovoltaiques, caldrà revisar una a una cada sèrie amb la mesura dels paràmetres de tensió i intensitat en buit i en càrrega.
• Comprovació de les proteccions. En el cas que les cadenes fotovoltaiques disposin de fusible de protecció, se n’ha de comprovar l’estat.

Per dur a terme aquestes tasques, a més a més d’una inspecció visual, l’instal·lador disposa de diferents eines que les faciliten:

• Multímetre i pinça amperimètrica.
• Traçador V-I.
• Càmeres termogràfiques.
• Altres.

La inspecció visual del mòdul té per objectiu detectar possibles desperfectes, entre els quals destaquen els següents:

• Trencament del vidre.
• Microfissures.
• Oxidacions dels circuits i soldadures de les cèl·lules fotovoltaiques.
• Altres.

La termografia és una de les eines més efectives pel manteniment d’una instal·lació solar fotovoltaica, ja que permet realitzar la supervisió d’una gran superfície en poc temps, a distància i sense l’obligació d’aturar els sistemes de producció. Aquesta eina és útil sobretot quan cal inspeccionar un camp fotovoltaic o una central solar amb un gran nombre de mòduls que abasten una extensió de superfície elevada.

Aquestes càmeres tèrmiques detecten variacions subtils de temperatura en els panells solars, identificant punts de funcionament ineficients deguts a l’acumulació de pols, ombres o cèl·lules defectuoses. Els resultats permeten a l’instal·lador que realitza el manteniment focalitzar els esforços de neteja i reparació, assegurant la màxima producció d’energia i augmentant la vida útil de la instal·lació.

Una càmera termogràfica també ens resultarà molt útil per revisar tota la resta de la instal·lació: cablejat, proteccions, reguladors, inversors i acumuladors, entre altres.

Les inspeccions mitjançant càmera termogràfica es poden dur a terme en condicions normals de funcionament de la instal·lació. Per tant, la seva utilització resulta ideal en les situacions següents:

• Durant la fase de prova després de la posada en marxa d’una instal·lació.
• Periòdicament, quan es realitza el manteniment predictiu.
• Després de realitzar activitats periòdiques, com ara la neteja dels panells.

La mesura dels paràmetres de tensió i intensitat en buit i en càrrega del generador fotovoltaic pot realitzar-se fàcilment amb un multímetre i amb una pinça amperimètrica.

La figura representa les principals magnituds que cal mesurar en un sistema fotovoltaic: V_OC, V_PMP, I_SC i I_PMP.

Per tal d’avaluar les característiques de funcionament d’un panell o conjunt de panells podem realitzar una sèrie de mesures de tensió i corrent, tenint en compte les següents precaucions:

• El voltímetre s’ha de connectar en paral·lel amb el camp fotovoltaic.
• L’amperímetre s’ha de connectar en sèrie amb el camp fotovoltaic. Si s’utilitza una pinça amperimètrica, se simplifica la mesura del corrent, ja que no cal obrir el circuit sota mesura.

Recordatori d'ús dels instruments de mesura

La figura resumeix el procediment de mesura de les principals magnituds d’un sistema fotovoltaic:

• El voltímetre és l’instrument que ens permet mesurar la diferència de potencial entre dos punts (voltatge). Per poder-la mesurar, haurem de connectar el voltímetre entre els dos punts sota mesura mitjançant una connexió en paral·lel. La incorporació d’un voltímetre al circuit no ha d’afectar la mesura. És per això que els voltímetres tenen una resistència interna molt gran.
• L’amperímetre permet mesurar la intensitat del corrent elèctric. S’ha de connectar en sèrie, interrompent el circuit, perquè que totes les càrregues elèctriques circulin al seu través. La incorporació d’un amperímetre al circuit no ha d’afectar la mesura. És per això que els amperímetres tenen una resistència interna molt petita.

Per realitzar les mesures cal utilitzar els instruments de mesura (multímetre i pinça amperimètrica) de manera adequada, seleccionant l’escala i les connexions dels cables de prova segons la mesura que cal realitzar. La figura mostra la configuració d’un multímetre:

• Mesura de la tensió: la tensió d’un mòdul fotovoltaic està compresa entre uns 20 V i uns 50 V depenent de les seves característiques. Quan aquests mòduls es connecten en sèrie per formar cadenes fotovoltaiques la tensió del camp fotovoltaic pot ser elevada, propera als 1.000 V. Per tant, durant la mesura de la tensió se selecciona l’escala de 1.000 V del voltímetre (V CC). Les puntes de prova cal connectar-les en les connexions adequades (V).
• Mesura del corrent: els mòduls fotovoltaics subministren corrents elevats, superior a 5 A, quan estan sotmesos a radiació. Per mesurar un corrent continu gran, els amperímetres tenen una posició de mesura en l’escala de 10 A o 20 A (V CC), segons l’equip de mesura. Les puntes de prova cal connectar-les en les connexions adequades (I).

La utilització d’una pinça amperimètrica (figura) simplifica la mesura del corrent, ja que no cal obrir el circuit sota mesura per intercalar l’equip en sèrie.

Les mesures es recomana realitzar-les des del quadre de proteccions de CC, en el qual trobarem un element de desconnexió en càrrega (interruptor de desconnexió), la funció principal del qual és el seccionament amb càrrega de l’entrada de CC de l’inversor, fet que ha de permetre realitzar de manera segura les operacions de manteniment i la mesura dels paràmetres elèctrics del camp fotovoltaic.

La figura mostra un exemple de mesura sense càrrega.

La figura mostra un exemple de mesura amb càrrega.

La mesura de la radiació solar és fonamental per establir si els mòduls fotovoltaics funcionen en el punt de treball esperat. Aquesta mesura pot realitzar-se amb un dels següents dispositius:

• Mesurador de radiació solar: aquest dispositiu permet la mesura directa de la radiació solar posicionant el sensor que incorpora a la mateixa inclinació dels panells.
• Mesurador solar amb cèl·lula calibrada: la mesura de la radiació solar també es pot fer a partir d’una cèl·lula solar calibrada. Aquesta cèl·lula ja disposa internament d’una resistència en paral·lel o de shunt. Per utilitzar aquest dispositiu com a mesurador de radiació únicament mesurarem la intensitat de sortida. La intensitat produïda per la cèl·lula és directament proporcional a la radiació incident. Afegint a una cèl·lula calibrada un amperímetre i els circuits de selecció d’escala adequats per mesurar diferents nivells de radiació, es comercialitzen senzills equips de mesura.
• Cèl·lula calibrada. També podem utilitzar directament una cèl·lula calibrada i realitzar la mesura del corrent amb l’amperímetre d’un multímetre.

La figura mostra la mesura de les característiques elèctriques d’un panell en funcionament, on podem comprovar que les condicions de treball d’un mòdul fotovoltaic depenen de la radiació rebuda. El comportament d’un mòdul és pràcticament lineal amb la radiació rebuda, de manera que conegut el corrent en condicions estàndard de mesura (1.000 W/m²) podem estimar la radiació rebuda per qualsevol corrent mesurat. Per exemple, si el corrent de curtcircuit d’un panell és de 5,4 A, cal esperar que la radiació que rep és de 600 W/m²:

Un equip traçador de la corba V-I és un dispositiu de mesura que permet avaluar el comportament elèctric d’un mòdul o cadena fotovoltaica sota les condicions de radiació del moment de la mesura. Aquesta mesura determinarà el seu comportament en diferents punts de treball, de manera que visualment podrem comprovar el seu funcionament, identificant els principals punts d’interès: I_SC, V_OC, I_PMP, V_PMP i P_PMP.

La mesura de la corba característica V-I d’un camp fotovoltaic en condicions reals de funcionament, permet extrapolar les condicions estàndard de mesura per proporcionar informació sobre la potència nominal real del generador i comparar-la amb les especificacions de disseny. D’aquesta manera es pot detectar la possible degradació del rendiment d’un mòdul o cadena respecte de les mesures inicials realitzades durant la posada en marxa d’una instal·lació.

La figura mostra l’esquema de referència típic per a la mesura de la corba V-I, en el que l’equipament bàsic necessari és el següent:

• Instrument de mesura de la corba V-I (traçador) amb sensor d’irradiació.
• Sensor de temperatura (termoparell).
• Pinça amperimètrica.
• Guants de seguretat de 1.000 V.
• Connectors i cables de prova.

La mesura de la corba V-I s’ha de realitzar sota les condicions següents:

• Desconnexió de la cadena fotovoltaica sota mesura. Podem assegurar la desconnexió mesurant el seu corrent amb una pinça amperimètrica. Si la desconnexió és efectiva, el corrent mesurat ha de ser nul (circuit obert).
• Radiació alta: > 700 W/m².
• Cel clar.
• Incidència el més ortogonal possible de la llum solar sobre el pla inclinat.
• Superfície dels mòduls neta i completament lliure d’ombres.

El procediment de mesura depèn de les característiques de l’equip utilitzat, però en general aquesta mesura es pot realitzar des del quadre de protecció elèctric fotovoltaic, després d’aïllar la cadena del mòdul fotovoltaic que se sotmetrà a prova de l’inversor i d’altres cadenes de la instal·lació. La connexió de l’equip de mesura s’ha de realitzar segons les instruccions del fabricant, prenent les precaucions de seguretat adequades.

Un manteniment adequat de les bateries allargarà la seva vida útil i ajudarà a assegurar els requisits d’emmagatzematge establerts durant el disseny d’una instal·lació.

La taula mostra els requisits de manteniment dels principals tipus de bateries utilitzades.

El manteniment comença per instal·lar les bateries en un lloc adequat, ben ventilat i amb temperatura ambiental dins del marge de funcionament establert pel fabricant. Les tasques que cal realitzar, comunes a la resta de components del sistema, són la neteja, i verificar l’ajustament de les connexions i la presència de corrosió.

Les bateries solars monoblocs i tubulars OPZS i TOPZS (Pb-àcid amb electròlit líquid) necessiten un control i manteniment periòdic del nivell d’electròlit, per mantenir-ne el funcionament correcte.

Aquest tipus de bateria és l’element més sensible de la instal·lació i necessita un seguiment acurat que en garanteixi la durabilitat. En aquest cas com mínim, verificarem l’estat de la bateria mesurant:

• La tensió de la bateria i de cada un dels vasos. Sempre s’ha de mesurar la tensió:
  • Amb les plaques desconnectades, és a dir, en repòs.
  • Amb un consum connectat a la bateria per tal que el valor sigui indicatiu.
• La densitat de l’electròlit de cada un dels vasos. Per a això s’utilitza un densímetre format per una pera de goma o cautxú que ens permet succionar l’electròlit de la bateria i omplir un tub transparent, on sura un flotador que ens indica el valor de la densitat segons el nivell al qual arriba el líquid en una escala graduada. Això ens indicarà l’estat en tant per cent de càrrega (SOC) en funció dels valors que es mostren en la taula.
  En cas que hi hagi diferències significatives entre les densitats o tensions dels vasos d’una mateixa bateria, cal considerar que aquesta presenta alguna anomalia o avaria.
  En el cas que el nivell d’electròlit baixés per sota del mínim cal afegir-hi aigua destil·lada.

• Verificació visual de corrosió en les plaques de la bateria i nivell de sediments en la base dels vasos. Aquests senyals (figura) són indicatius del procés d’envelliment de la bateria.
• Cal verificar el cablatge, les connexions, les platines i els terminals de la bateria perquè habitualment hi circulen grans intensitats i un fals contacte representaria una resistència en sèrie que provocaria caigudes de tensió proporcionals a la intensitat que circuli pel circuit, segons estableix la llei d’Ohm.

L'oxidació dels terminals de la bateria és una de les incidències més habituals en les instal·lacions amb una regulació de càrrega defectuosa.

En les bateries de gel i AGM l’electròlit no es troba en estat líquid, per tant, no requereixen manteniment, ja que no hi ha possibilitat d’afegir aigua destil·lada. Aquests dispositius són més segurs a causa de la reducció de les emissions de gasos, així com el vessament de solució àcida.

Les bateries d’ió-liti per a instal·lacions fotovoltaiques tampoc requereixen cap manteniment específic, pel fet que són mòduls segellats. El sistema BMS que controla aquest tipus de bateria s’encarrega de registrar automàticament els nivells de càrrega de les bateries, la seva temperatura, els cicles de vida, etc.

Quan les bateries estiguin un període sense activitat, com per exemple en les instal·lacions solars aïllades d’ús estacional, cal seguir els següents passos per mantenir-les en condicions:

• Carregar completament les bateries.
• Desconnectar els terminals de la bateria.
• Periòdicament, de manera mensual o trimestral, realitzar una càrrega completa de refresc.

El manteniment dels equips de control d’una instal·lació és senzill, ja que només caldrà realitzar les següents actuacions:

• Comprovar l’estat dels contactes i cablatge de cada connexió.
• Verificar l’estat de neteja.
• Comprovar la correcta ventilació.
• Verificar el funcionament correcte, tant del convertidor com del regulador, a partir dels indicadors i alarmes que inclouen.

El regulador de càrrega és un element que no necessita un manteniment específic, encara que depenent del lloc d’instal·lació, caldrà fer una neteja periòdica per eliminar la pols i la brutícia acumulades que puguin bloquejar el pas correcte de l’aire per a la dissipació correcta de la calor i, per tant, afectar el seu rendiment i vida útil.

També és important comprovar les connexions de forma regular i assegurar-se que els terminals estan nets, sense òxid i ben ajustats i estrets.

Amb l’objectiu d’assegurar els paràmetres de control de càrrega de la bateria cal comprovar el funcionament del regulador i verificar la fiabilitat dels valors de lectura de la tensió en el regulador, i també els paràmetres de programació d’aquest.

La principal tasca durant el seu manteniment consisteix a verificar que l’àrea d’ubicació de l’inversor es mantingui neta, seca i ben ventilada. En especial, de manera regular cal verificar la correcta ventilació de l’inversor (ventiladors, filtres, dissipadors, etc.) perquè el sistema de refrigeració funcioni de manera adequada, ja que en cas de mal funcionament l’inversor se sobreescalfa innecessàriament i limita la potència de sortida amb la pèrdua de rendiment corresponent.

El rendiment del convertidor és un dels paràmetres més rellevants a l’hora d’establir la producció energètica de les instal·lacions connectades a la xarxa. Per això cal verificar-ne el rendiment mesurant els valors de tensió i intensitat d’entrada en corrent continu, i alhora els de sortida en corrent altern. Aquesta mesura caldrà realitzar-la amb diferents rangs de potència. El mateix paràmetre serveix per verificar els inversors en instal·lacions autònomes.

Com en tota instal·lació elèctrica, la seguretat és un dels paràmetres més significatius que s’han de garantir. Per això cal comprovar tots els elements de seguretat i proteccions elèctriques (figura): preses de terra, actuació d’interruptors de seguretat, fusibles, etc.

En les instal·lacions de connexió a la xarxa té un interès especial la verificació del comptador elèctric, ja que en depèn directament la facturació d’electricitat.

L’objectiu del manteniment correctiu d’una instal·lació és la reparació d’una avaria o la correcció d’una fallada en el moment que es produeix. És a dir, aquest tipus de manteniment corregeix les avaries a mesura que es produeixen. Aquestes avaries poden afectar a tota o només a una part de la instal·lació.

Aquest pla de manteniment inclou:

• La visita a la instal·lació en els terminis establerts, cada vegada que l’usuari ho requereixi per avaria greu a la instal·lació.
• L’anàlisi i el pressupost dels treballs i les reposicions necessàries per a solucionar una avaria.

Podem diferenciar dos tipus de manteniment correctiu:

• Programat. Una vegada detectada l’avaria es planifica el moment idoni per realitzar la reparació: materials, mà d’obra, etc. Normalment, l’avaria permet a la instal·lació seguir funcionant i produir energia.
• No programat. La reparació de l’avaria se soluciona en el moment de produir-se, normalment perquè afecta significativament a la producció d’energia. Per exemple, l’avaria deixa no operativa una instal·lació.

Exemple de planificació del manteniment correctiu

Les dues instal·lacions fotovoltaiques de la figura tenen una connexió a la xarxa trifàsica.

Quan s’utilitzen inversors trifàsics, una fallada d’una de les cadenes (1) repercuteix en el rendiment de la instal·lació, però no afectarà el funcionament de la resta de components. De la mateixa manera, una fallada d’un dels inversors (2) tampoc afectarà la resta. Per tant, davant aquestes avaries podem planificar un manteniment programat i reparar l’avaria en el moment més adequat.

En canvi, si s’utilitzen inversors monofàsics, la sortida dels quals està connectada cada una a una fase diferent de la línia trifàsica de sortida, una avaria d’una de les cadenes (3) o una avaria d’un dels inversors (4) pot crear un desequilibri en la connexió a la xarxa de distribució trifàsica que obligui a aturar tot el generador fotovoltaic. En aquest cas pot planificar-se un manteniment correctiu no programat i actuar de manera urgent, ja que la instal·lació pot quedar fora de servei.

Amb la posada en marxa de la instal·lació no acaben les funcions del tècnic d’instal·lacions solars fotovoltaiques. La seva tasca es complementa amb el manteniment i la localització i la reparació de possibles avaries.

Els principals símptomes d’una avaria en una instal·lació fotovoltaica són les següents:

• El rendiment de la instal·lació disminueix.
• La instal·lació deixa de produir energia.

Aquests símptomes normalment són conseqüència d’alguna avaria que és fàcilment identificable (trencaments, oxidacions…) però altres vegades caldrà recórrer a equips de mesura específics per tal d’identificar l’origen de l’avaria.

La localització i reparació d’avaries està associada amb la destresa i experiència del tècnic, així com del coneixement del funcionament dels equips que formen les instal·lacions, ja que haurà de verificar-ne cada part:

• Camp fotovoltaic.
• Regulador de càrrega i bateries.
• Inversor.
• Dispositius de seguretat de la instal·lació.

En tots els casos caldrà sempre lliurar un informe tècnic on es descriguin les actuacions realitzades.

Els mòduls solars fotovoltaics se sotmeten a exhaustius controls de qualitat, de manera que l’avaria d’un mòdul durant el procés de fabricació és difícil. Els defectes de fabricació, en cas d’existir, es presenten en els primers dies de funcionament.

Durant la instal·lació i manteniment d’una instal·lació algunes de les avaries que podem detectar són les següents:

• Trencament del vidre i microfissures dels mòduls.
• Penetració d’aigua a l’interior del mòdul, que produeix l’oxidació dels circuits interiors que connecten les cèl·lules.
• Errors en les connexions dels mòduls, degut principalment a la humitat.
• Brutícia i ombres parcials.
• Degradació gradual dels mòduls.

El trencament del vidre es produeix normalment per causes externes durant el seu transport, instal·lació o per cops o pedrades.

Com que el vidre està temperat, la ruptura es manifesta en forma d’estellat des de la zona d’impacte. Un mòdul pot funcionar encara que tingui el vidre trencat, però aquest estellat redueix significativament el seu rendiment, i per això la solució més aconsellable és la seva substitució.

Un altre defecte que pot afectar els mòduls són les microfissures, les quals són fractures que normalment només afecten petites seccions d’una cèl·lula del mòdul. Aquestes esquerdes poden afectar tant a la producció d’energia com a la vida útil dels panells.

Les possibles causes de l’aparició de les microfissures són les següents:

• Humitat i congelació.
• Càrrega de vent.
• Fortes nevades.
• Calamarsa.
• Canvis tèrmics cíclics.

La humitat pot provocar la corrosió dels contactes de les cèl·lules d’un mòdul, provocant la seva oxidació i corrosió.

Aquesta avaria és molt poc freqüent, ja que els mòduls estan fabricats per treballar a la intempèrie i les cèl·lules estan protegides per un encapsulant i la coberta frontal. Així i tot, cops, ratlladures i les agressions externes poden degradar aquestes proteccions.

En aquestes condicions es produeixen curtcircuits que inutilitzen el mòdul. Per tant, el mòdul s’ha de substituir immediatament.

Durant la instal·lació cal assegurar l’estanquitat pròpia de les caixes de connexió a través dels elements passafils. A causa de les diferències tèrmiques entre el dia i la nit, es pot produir l’afluixament de les connexions del cablejat dels mòduls i l’entrada d’aigua pot provocar males connexions que poden reduir la potència generada.

Per solucionar el problema caldrà realitzar la neteja dels terminals o borns de connexió i el canvi de la junta de la caixa de connexions o del passafils si hi ha cap de defectuós.

Les ombres, provocades per un obstacle o per brutícia, poden produir punts calents en una o diverses cèl·lules del mòdul. Això provocarà un menor rendiment, ja que actuen els díodes de pas.

Aquesta situació se soluciona eliminant la causa de les ombres o la brutícia.

Si els díodes de pas dels mòduls fotovoltaics són de baixa qualitat amb el temps poden deteriorar-se i deixen de funcionar. En aquest cas, no hi ha protecció contra els punts calents provocats per les ombres i el panell pot deixar de funcionar.

Tot i que els panells solars tenen una vida útil que pot arribar fins a 25 anys, el seu rendiment baixa amb el temps. Qualsevol dels defectes que s’han estudiat poden causar problemes prematurs que provoquin una disminució del rendiment i, per tant, de l’energia generada.

Altres possibles causes d’aquest envelliment prematur són les següents:

• Degradació induïda per potencial. Degradació de les cèl·lules del mòdul fotovoltaic a causa de corrents paràsits que circulen a través d’elements del panell que no estan preparats per fer-ho.
• Delaminació. Pèrdua d’adherència entre les diferents capes que formen un mòdul fotovoltaic.
• Alta resistència, degudes a defectes en les juntes de soldadura.

La taula mostra alguns dels errors típics que es produeixen en el mòduls solars i les principals eines i mesures que permeten detectar-los.

Les dues avaries típiques de les bateries són les següents:

• Esgotament. Les bateries tenen una vida útil, passada la qual la seva capacitat es redueix. En aquest cas caldrà substituir-les.
• Sulfatació i corrosió de les plaques per manca de control del nivell d’electròlit, que impedeixen una conversió eficient d’energia química a elèctrica. Si aquests processos es tornen irreversibles, caldrà canviar la bateria.

Les bateries d’ió-liti tenen pantalles de visualització o indicadors leds que mostren informació de l’estat de funcionament de la bateria. Per exemple, una bateria amb indicadors leds pot proporcionar la informació següent:

• Estat de càrrega (SOC). Indica el tant per cent de càrrega de la bateria. Si per exemple hi ha 4 leds, cadascun indica una taxa de càrrega del 25%.
• Indicador d’alarma (ALM). Quan es posa vermell, la cadència indica la gravetat de l’avaria o incidència.
• Indicador d’estat (RUN). Quan s’encén, indica el mode de funcionament de la bateria. La diferent cadència pot indicar diferents estats: carrega, descarrega, sense càrrega ni descàrrega. Si l’indicador està apagat pot indicar que està en mode de repòs.

Quan la bateria arriba al final de la seva vida útil o està danyada caldrà substituir-la. Alguns dels símptomes que ens ajuden a identificar aquest problema són els següents:

• Disminució significativa de la seva capacitat.
• Voltatge baix després d’una càrrega completa.
• Temps de càrrega prolongat o massa curt.
• Estats de càrrega parcials.
• Fuita d’electròlit.
• Sulfatació i corrosió.
• Temperatura excessiva.

El nivell de càrrega de la bateria és un indicador important sobre el seu estat. Les bateries quan estan carregades i en repòs, tenen uns nivells de tensió molt semblants que podem prendre com a referència per fer aquesta comprovació. Per exemple, en la taula podeu veure les tensions típiques de referència d’una bateria completament carregada i en repòs.

Si mesurem la tensió d’un bateria i el seu valor és semblant a aquests valors significarà que la bateria està carregada i en bon estat, llevat que en connectar-la a la càrrega la tensió baixi de manera ràpida.

Si en realitzar la mesura després d’una càrrega completa la seva tensió és baixa, és indicatiu que la bateria està en mal estat o és defectuosa.

Exemple de mesura de la tensió d'una bateria

La figura mostra l’exemple de la mesura del voltatge d’una bateria. La tensió nominal d’aquesta bateria és de 12 V.

Una bateria en bon estat ha de tenir una tensió en repòs, quan està completament carregada, superior a 12 V. Tensions més petites poden ser un indicador que la bateria està defectuosa.

La densitat (ρ) de l’electròlit d’una bateria de Pb-àcid (figura), completament carregada i en repòs, ens permet avaluar el seu estat.

Quan la densitat de tots els vasos d’una bateria és pràcticament igual, és un símptoma que el seu estat és correcte, tret que sigui molt baixa, inferior a 1,20 g/ml.

Si un dels vasos de la bateria té un valor de densitat més petit que la resta, caldrà forçar una càrrega d’equalització a través del regulador de càrrega. Si la densitat del vas segueix sent baixa, hi ha moltes possibilitats que aquest vas estigui malmès i, per tant, aquesta bateria no funcioni bé.

Les bateries danyades poden tenir fuites d’electròlit i produir gas inflamable, provocant alguna de les situacions d’emergència següents:

• Fuites. Si una bateria té fuites d’electròlit, hi ha risc d’inhalació, contacte amb els ulls o amb la pell o perill d’ingestió. Cal extremar les precaucions i prendre les mesures de protecció adequades en cada cas.
• Foc. L’ús inadequat i el sobreescalfament a causa de sobrecàrregues o defectes de fabricació poden provocar foc.

Els efectes immediats de la humitat i l’aigua sobre una bateria poden ser greus, ja que l’aigua pot provocar un curtcircuit entre els seus terminals, danyant-la. Cal desconnectar-la immediatament.

En el cas que descartem una avaria del regulador de càrrega, els principals problemes que podem tenir amb aquests dispositius estan relacionats amb les connexions de la bateria i la configuració del camp fotovoltaic.

La taula resum alguns dels problemes comuns que podem tenir, així com possibles solucions.

Un mal funcionament de l’inversor sovint es detecta perquè s’activen les proteccions que incorpora (escalfament, limitació de potència,…) que provoquen reinicis automàtics de manera continuada o desconnecten la sortida quan superen el llindar configurat.

Els principals problemes que podem trobar en un inversor d’una instal·lació aïllada són els següents:

• Sobrecàrregues. Algunes càrregues, com ara motors o bombes, requereixen elevades quantitats de corrent d’entrada quan han d’arrencar. En tals circumstàncies, és possible que el corrent d’arrencada excedeixi els límits de l’inversor. En aquest cas, la tensió de sortida disminuirà ràpidament per limitar el corrent de sortida de l’inversor. Si s’excedeix contínuament aquest límit, l’inversor s’apagarà.
• Tensió baixa de la bateria. Un inversor s’apagarà quan la tensió d’entrada de CC caigui per sota del nivell de desconnexió per tensió baixa de bateria.

Els inversors incorporen funcions d’autodiagnosis que informen de l’errada produïda, indicant els motius de l’apagada. Aquests missatges d’error s’indiquen normalment en la pantalla que incorporen. En els models d’inversors més senzills aquestes indicacions poden donar-se mitjançant indicadors led.

En el cas que descartem una avaria de l’inversor, situacions típiques que desconnecten l’inversor de connexió a xarxa són les següents:

• Anomalies de la xarxa.
• Nivell de tensió d’entrada fora del rang de funcionament.
• Inversió de polaritat.
• Baixa impedància d’aïllament.
• Temperatura de funcionament elevada.

Aquestes errades apareixeran reflectides en la pantalla de l’inversor.

Si la tensió o la freqüència de la xarxa és massa alta o massa baixa, l’inversor es desconnectarà de la xarxa de distribució elèctrica i s’aturarà.

Les comprovacions que cal realitzar en aquest cas són les següents:

• Assegurar-se que l’interruptor automàtic de CA estigui tancat.
• Comprovar que el cable de CA no estigui malmès.
• Assegurar-se que la tensió de la xarxa de distribució en el punt de connexió roman dins del rang de funcionament normal.

El rang de tensió d’entrada d’un inversor de connexió a xarxa ve determinada per les característiques de l’inversor utilitzat. L’inversor deixarà de funcionar en les situacions següents:

• Sobretensió d’entrada.
• Tensió del generador fotovoltaic massa baixa.

Una sobretensió de CC és una tensió d’entrada massa alta a l’inversor (figura) que pot provocar danys irreparables en l’equip. Per solucionar aquest problema cal realitzar les següents comprovacions, després de desconnectar l’inversor del camp fotovoltaic:

• Comprovar si la tensió de CC és més baixa que la tensió d’entrada màxima de l’inversor. Si ho és, cal tornar a connectar el camp fotovoltaic i cercar altra possible causa d’avaria.
• Si la tensió de CC és més gran que la tensió d’entrada màxima de l’inversor, cal assegurar-se que el generador fotovoltaic estigui correctament dimensionat.

Per altra banda, el camp fotovoltaic ha d’assolir una tensió mínima (V_MÍN) que permeti la posada en servei de l’inversor (figura). Aquesta tensió pot ser massa baixa quan les condicions d’irradiació solar són baixes o hi ha brutícia en els mòduls fotovoltaics.

Els inversors disposen de proteccions contra la connexió incorrecta de la polaritat del generador fotovoltaic.

En el cas d’una fallada de la connexió de posada a terra o d’un defecte d’aïllament de la instal·lació (figura), pot aparèixer una tensió de contacte en components que normalment no estan sota tensió, que pot resultar perillosa. Un exemple clar d’aquesta situació es produeix quan un cable de connexió tallat per accident entra en contacte amb el marc d’un mòdul, provocant que una part del corrent circuli a través d’ell.

Cada vegada que l’inversor entra en mode operatiu, verifica la resistència aïllament entre terra i els conductors de corrent continu i mesura el corrent de fuita (I_F). Si l’inversor detecta una fallada a terra del generador fotovoltaic, l’inversor no arrencarà.

Un defecte d’aïllament es pot produir amb relativa freqüència en les instal·lacions fotovoltaiques, ja que són instal·lacions en les quals part dels dispositius s’instal·len a l’exterior. Les principals causes que el provoquen són les següents:

• Acció d’alguns animals.
• Pas de conductors per perfils metàl·lics afilats.
• Utilització de terminals de connexió poc adequats.
• Humitat i entrada d’aigua en quadres elèctrics i caixes de protecció instal·lats a la intempèrie.
• Deteriorament dels aïllaments dels cables i dels mòduls fotovoltaics que estan exposats a condicions climàtiques extremes.
• Utilització de panells fotovoltaics o conductors amb una tensió d’aïllament menor que la tensió màxima del camp fotovoltaic.

Les conseqüències d’un defecte d’aïllament poden ser les següents:

• Pot ser l’origen d’un contacte indirecte, amb risc per a la seguretat de les persones.
• Provoquen pèrdues elèctriques degudes als corrents de fuita.
• La manca d’aïllament pot provocar arcs elèctrics amb el corresponent risc d’incendi associat.

Si la temperatura ambient i la temperatura de funcionament de l’inversor són elevades, poden saltar les seves proteccions tèrmiques.

Les verificacions que cal realitzar en aquest cas són les següents:

• Comprovar si la temperatura ambient està dins del marge de funcionament de l’inversor.
• Comprovar la presència de pols i brutícia en l’inversor.
• Desconnectar l’entrada fotovoltaica, reiniciar l’inversor després d’uns minuts per esperar que es refredi i comprovar que l’inversor torni a funcionar amb normalitat.

El sistema de monitoratge s’encarrega de realitzar la mesura dels paràmetres de funcionament necessaris per avaluar les prestacions d’una instal·lació solar fotovoltaica.

El sistema de monitoratge d’una instal·lació connectada a la xarxa, quan s’instal·li, proporcionarà mesures, com a mínim, de les variables següents:

• Voltatge i corrent CC a l’entrada de l’inversor.
• Voltatge i corrent total de sortida CA de l’inversor.
• Radiació solar al plànol dels mòduls mesurada amb una cèl·lula o mòdul de tecnologia equivalent.
• Temperatura ambient a l’ombra.

Amb aquestes dades es pot verificar el funcionament correcte d’una instal·lació solar.

Sovint, després de la instal·lació, s’estableix amb l’empresa instal·ladora un pla de manteniment preventiu que garanteixi el funcionament òptim de la instal·lació i el seguiment mitjançant un pla de gestió.

Aquest pla de gestió de la instal·lació inclou les activitats de seguiment i control periòdic de la instal·lació que eviti desviacions en la producció comprovant en tot moment que els paràmetres de funcionament són els correctes de manera que es puguin detectar amb rapidesa les incidències produïdes, realitzant un monitoratge remot.

A partir de la informació proporcionada pels equips i programari instal·lats, s’accedirà als paràmetres de funcionament de manera que es podrà detectar si la instal·lació està funcionament de manera correcta o presenta alguna anomalia en el funcionament.

El monitoratge d’una instal·lació fotovoltaica presenta els avantatges següents:

• Optimització del rendiment. El monitoratge en temps real de les dades de producció d’una instal·lació fotovoltaica permet identificar possibles problemes o errors al sistema, cosa que pot ajudar a maximitzar la producció d’energia.
• Detecció de problemes. El monitoratge continu dels paràmetres elèctrics de la instal·lació fotovoltaica ajuda a detectar ràpidament avaries: cables solts, panells defectuosos, presència d’ombres en determinades cadenes i altres problemes tècnics que podrien reduir l’eficiència energètica. Això facilita la programació del manteniment preventiu de la instal·lació.
• Estalvi d’energia. Les dades en temps real del consum d’energia de la instal·lació permet identificar patrons d’ús i possibilita l’optimització del consum energètic i, per tant, garantir-ne l’estalvi energètic a l’usuari.

El dispositiu de monitoratge és una central de comunicació que permet la connexió a Internet, transmet els valors de la instal·lació fotovoltaica directament a un servidor web en línia per proporcionar en tot moment una vista general sobre el funcionament de la instal·lació. Aquest dispositiu també pot connectar tots els inversors directament a Internet. La configuració del sistema i del mateix dispositiu es monitora des del servidor web integrat al mateix dispositiu.

Actualment, els inversors integren un programari que registra les dades de producció, les variables elèctriques del camp fotovoltaic que té connectat, comptabilitza les dades de consum que proporciona el comptador bidireccional i altres dades. L’inversor recopila tota la informació i l’envia a la plataforma web que monitora la nostra instal·lació fotovoltaica.

Tant els inversors actuals com els dispositius de monitoratge independents (figura) disposen de connexió a Internet (xarxa Ethernet cablejada o per wifi) que permeten l’accés a les dades monitorades en plataformes en línia.

Per al monitoratge d’una instal·lació fotovoltaica és necessari la mesura i el registre de diferents paràmetres de funcionament i variables en temps real, amb l’objectiu d’avaluar el rendiment i l’eficiència del sistema, detectar problemes i optimitzar-ne el funcionament.

En aquestes instal·lacions es pot establir un sistema d’alarmes que permeti la intervenció ràpida del tècnic per resoldre qualsevol incidència. El sistema de monitoratge utilitza la informació proporcionada pels inversors, sensors i altres dispositius de la instal·lació i proporcionarà les mesures, com a mínim, de les variables següents:

• Voltatge i corrent CC a l’entrada de l’inversor.
• Voltatge i freqüència de la xarxa.
• Potència de sortida de l’inversor.
• Resistència d’aïllament.
• Radiació solar al pla dels mòduls i en horitzontal, mesurada mitjançant cèl·lules calibrades.
• Radiació solar mesurada mitjançant piranòmetre.
• Temperatura ambient a l’ombra.
• Temperatura dels mòduls mitjançant sondes de temperatura.
• Potència reactiva de sortida de l’inversor.
• Energia produïda pels inversors.
• Energia consumida de la xarxa.
• Energia autoconsumida.
• Velocitat i direcció del vent.
• Humitat relativa.
• Estat d’operació de l’inversor (en funcionament MPPT, en mode d’espera…).

En la web solarweb.com podeu veure exemples de monitoratge de diferents instal·lacions (figura).

Portal de monitoratge del fabricant Fronius que permet controlar la producció i consum energètic en temps real d'una instal·lació (https://www.solarweb.com).

En la figura podeu veure el monitoratge d’una instal·lació. En aquest gràfic podem observar els següents paràmetres:

• Energia lliurada a la xarxa.
• Potència a les bateries.
• Energia consumida directament.
• Consum total de la instal·lació.
• Estat de càrrega de les bateries.

https://www.solarweb.com

La figura mostra el balanç energètic d’una instal·lació on es compara l’energia generada, emmagatzemada en les bateries i la consumida de manera diària durant un mes.

https://www.solarweb.com

La figura mostra el balanç energètic anual d’una instal·lació.

https://www.solarweb.com

El sistema de monitoratge, com podeu veure a la figura pot configurar-se per generar missatges d’avis quan es produeixen errades en la instal·lació.

https://www.solarweb.com

La figura mostra un exemple de visualització dels paràmetres elèctric de la instal·lació, en aquest cas la tensió i el corrent que subministra una de les cadenes del camp fotovoltaic.

https://www.solarweb.com