Dopo un tetto fotovoltaico integrato nell'edificio (BIPV). è installato, una delle attività di O&M più facilmente trascurate è la pulizia.
I progetti vengono sottoposti a revisione, la costruzione viene ispezionata e la connessione alla rete viene testata. Ma la pulizia spesso riceve molta meno attenzione. Nel momento in cui il proprietario nota un calo nella produzione di energia, le perdite di sporco potrebbero già essersi accumulate nel corso di un anno intero.
Questa guida risponde a tre domande chiave: quanta produzione di energia viene persa senza la pulizia? Con quale frequenza è necessario pulire un tetto BIPV? E come pulirlo senza danneggiare il sistema?
Il costo di trascurare la pulizia: quanta energia viene persa nello sporco?
Il clima determina l’entità delle perdite di sporco
Le perdite dovute allo sporco non sono fisse. Dipendono dalle precipitazioni locali, dalla concentrazione di polvere nell'aria, dall'angolo di inclinazione del modulo, dalla velocità del vento e da altre condizioni ambientali.
| Zona climatica | Perdita annuale di sporco | Caratteristiche chiave |
| Climi puliti con precipitazioni frequenti | 1%–2% | Le piogge forniscono una sostanziale pulizia naturale |
| Stati Uniti nordorientali e centrooccidentali | 2%–4% | Sporco stagionale, con neve in inverno |
| Stati Uniti sudoccidentali | 4%–10% | Condizioni aride e precipitazioni limitate |
| Aree agricole della California centrale | 6%–12% | Polveri agricole combinate con condizioni asciutte |
| Regioni aride dell'India, compreso il Rajasthan | 8%–15% | Le stagioni secche possono durare fino a nove mesi |
| Medio Oriente | 12%–25% | Frequenti tempeste di polvere e precipitazioni molto limitate |
| Aree semiaride al confine con il Sahara | 15%–30% | Condizioni di sporco estreme |
Lo stesso modulo fotovoltaico può subire perdite annuali di inquinamento notevolmente diverse in Germania e Arabia Saudita. La differenza può essere più di dieci volte superiore. Le strategie di pulizia non dovrebbero essere applicate in modo uniforme in tutti i mercati. Devono essere adattati al clima locale e alle condizioni del sito.
In che modo lo sporco influisce sulle prestazioni del fotovoltaico
Lo sporco influenza la produzione di energia attraverso tre meccanismi principali.
Primo: trasmissione della luce ridotta. Le particelle di polvere assorbono e riflettono la luce solare in entrata, riducendo la quantità di luce che raggiunge le celle solari e diminuendo la potenza erogata.
Secondo: degrado non lineare delle prestazioni dovuto all’accumulo di sporco. Quando la densità dello sporco raggiunge un certo livello, l’impatto sulle prestazioni può diventare più grave. Con una densità di sporco riportata di 20 g/m², la corrente di cortocircuito può diminuire del 15%–21%, mentre l'efficienza può diminuire del 15%–35%, a seconda delle condizioni di prova e delle caratteristiche del materiale depositato.
Terzo: punti caldi localizzati causati da sporco non uniforme. Quando in alcune aree di un modulo si accumula molto più sporco di altre, può verificarsi un'ombreggiatura parziale. Le celle ombreggiate possono dissipare energia anziché generarla, creando punti caldi localizzati che accelerano l'invecchiamento del materiale e potenzialmente danneggiano il modulo.
Una semplice analisi costi-benefici
Consideriamo un sistema BIPV commerciale e industriale su tetto da 1 MW, presupponendo una produzione annua di elettricità di 1.200 MWh e un prezzo dell’elettricità di 0,15 dollari/kWh.
- Entrate annuali di elettricità: circa $ 180.000
- Perdita di ricavi con una perdita annua di sporco del 10%: circa $ 18.000
- Costo annuale di pulizia a $ 0,01/W: circa $ 10.000
Nelle regioni aride, il ritorno sulle spese di pulizia varia tipicamente da 1:1,5 a 1:2. Nelle regioni piovose, potrebbe scendere al di sotto di 1:1, rendendo la pulizia antieconomica.
Quanto spesso deve essere pulito un tetto BIPV?
Imposta la frequenza di pulizia in base all'ambiente
| Condizioni ambientali | Frequenza di pulizia consigliata | Considerazioni chiave |
| Climi temperati e piovosi con precipitazioni annue superiori a 800 mm | 1–2 volte all'anno | Rimuovere principalmente escrementi di uccelli, linfa degli alberi e altri contaminanti persistenti |
| Aree industriali generali | 2-4 volte all'anno | Considera il tasso di deposizione della polvere industriale |
| Aree urbane e siti vicini alle strade principali | 3-4 volte all'anno | Le particelle legate al traffico possono aderire fortemente alle superfici |
| Regioni aride e polverose | Una volta al mese durante la stagione secca | Considerare un'ulteriore pulizia entro 48 ore dopo una tempesta di polvere, quando è sicura e pratica |
| Regioni estremamente aride del Medio Oriente e del Nord Africa | Ogni 1-2 settimane durante la stagione secca | Eventi di polvere frequenti possono richiedere un monitoraggio più intenso |
Un punto spesso trascurato: La pulizia dopo una tempesta di polvere dovrebbe avere la priorità rispetto al normale programma di pulizia. Un singolo evento di polvere grave può depositare tanta polvere quanta ne accumulerebbe normalmente in un mese intero.
Utilizzare il rapporto prestazioni (PR) come trigger di pulizia
Se l'impianto fotovoltaico dispone di una piattaforma di monitoraggio, attivare la pulizia in base al rapporto di prestazione (PR) può essere più economico rispetto a seguire un programma fisso.
Un approccio pratico consiste nello stabilire una curva PR di base e considerare la pulizia quando il PR misurato scende del 2% rispetto alla linea di base. Questa soglia può aiutare a identificare potenziali perdite di sporco evitando pulizie inutili.
Tuttavia, il PR può diminuire anche a causa di variazioni dell'efficienza dell'inverter, della temperatura del modulo, di guasti alle apparecchiature, del degrado o di altre condizioni operative. Questi fattori dovrebbero essere studiati prima di attribuire il calo allo sporco.
Metodi di pulizia del tetto BIPV: un confronto dei costi
Metodi di pulizia comuni
| Metodo di pulizia | Consumo di acqua | Costo relativo | Applicazioni tipiche | Prestazioni di pulizia |
| Pulizia manuale con spazzola a setole morbide e acqua | 1–2 L per modulo | Alto; ad alta intensità di manodopera | Tetti piccoli e geometrie complesse del tetto | Eccellente |
| Robot per il lavaggio a secco | Nessuno | Medio; investimento iniziale relativamente elevato | Grandi tetti piani e impianti fotovoltaici a terra | Bene |
| Robot che spruzzano acqua | 0,5–1 L per modulo | Medio | Grandi tetti commerciali e industriali | Molto buono |
| Pulizia assistita da droni | Basso | Alto | Tetti elevati o di difficile accesso | Moderato |
| Spazzolatura a secco o rimozione della polvere tramite vibrazione | Nessuno | Basso | Regioni con scarsità d’acqua | Moderato |
Il costo annuale della pulizia varia in genere da $ 0,005 a $ 0,02 per watt, a seconda dell'accessibilità del tetto, dei costi di manodopera e del metodo di pulizia utilizzato.
Til ruolo dei rivestimenti antisporco
I rivestimenti antisporco, compresi i nanorivestimenti idrofili e idrofobici, non sostituiscono la pulizia. Aiutano invece a ridurre l’accumulo di sporco e a prolungare gli intervalli di pulizia.
Test sul campo hanno dimostrato che i moduli fotovoltaici con rivestimenti antisporco accumulano il 30%-40% in meno di polvere tra i cicli di pulizia rispetto ai moduli non rivestiti. Tuttavia, la durata utile del rivestimento riportata varia considerevolmente, da 18–24 mesi a 3–5 anni. La durabilità effettiva dovrebbe essere verificata rispetto ai dati di test dei fornitori.
Sebbene i rivestimenti antisporco richiedano un investimento iniziale relativamente elevato, a lungo termine potrebbero ridurre il numero di operazioni di pulizia di circa un terzo. Nelle regioni aride e polverose, l’investimento può spesso essere economicamente giustificato.
Quattro errori comuni nella pulizia del tetto BIPV
Utilizzo di acqua dura
Questo può essere uno degli errori di pulizia più costosi.
Quando le acque sotterranee hanno una concentrazione di solidi disciolti totali (TDS) superiore a 500 ppm, l'acqua spruzzata sul vetro caldo può evaporare rapidamente, lasciando depositi di calcio e magnesio. Dopo 3–4 cicli di pulizia, questi depositi possono causare una riduzione permanente del 2%–4% nella trasmissione della luce del vetro e potrebbero essere difficili o impossibili da rimuovere.
Pratica consigliata: utilizzare acqua ad osmosi inversa (RO) o acqua deionizzata, con TDS controllato inferiore a 50 ppm.
Pulizia durante le ore di punta del caldo di mezzogiorno
Spruzzare acqua fredda sui moduli fotovoltaici a temperature superiori a 60°C può creare stress termico nel vetro, causando potenzialmente microfessure o, nei casi più gravi, rottura del vetro.
Pratica consigliata: pulire al mattino presto o nel tardo pomeriggio, quando la temperatura del modulo è più vicina alla temperatura ambiente.
Pulire troppo frequentemente
Negli ambienti poco sporchi, la pulizia mensile può costare più del valore della produzione aggiuntiva di elettricità. Un'altra preoccupazione è l'usura della superficie. La spazzolatura e la raschiatura a secco possono lasciare graffi microscopici sul vetro. Nel corso del tempo, questi graffi possono ridurre la trasmissione della luce, annullando potenzialmente i benefici della pulizia.
Utilizzo di detergenti
Alcuni detergenti potrebbero danneggiare il rivestimento antiriflesso (AR) sul vetro. I rivestimenti AR possono migliorare la trasmissione della luce di circa il 2%–3%, a seconda del prodotto. Se il rivestimento è danneggiato, parte di questo vantaggio in termini di prestazioni potrebbe essere perso in modo permanente.
Pratica consigliata: utilizzare acqua pulita e una spazzola a setole morbide. In caso di contaminanti ostinati, come escrementi di uccelli o linfa degli alberi, utilizzare un panno morbido inumidito con acqua per pulire l'area interessata.
Tre decisioni di progettazione che possono ridurre i costi di pulizia
Percorsi di inclinazione e drenaggio del tetto
Le superfici del tetto con un angolo di inclinazione pari o superiore a 15° possono beneficiare del deflusso assistito dalla gravità, aiutando a rimuovere parte della polvere accumulata e migliorando la pulizia naturale in condizioni di pioggia adeguate.
I percorsi di drenaggio dovrebbero essere progettati per prevenire la formazione di acqua stagnante. Una volta evaporata, l'acqua stagnante può lasciare macchie d'acqua e depositi minerali più difficili da rimuovere rispetto alla polvere sciolta.
Pulizia delle vie di accesso
Per i tetti di grandi dimensioni, i percorsi di pulizia e i percorsi di accesso sicuri dovrebbero essere incorporati nella progettazione fin dall’inizio. Senza percorsi di accesso dedicati, i costi di pulizia possono potenzialmente raddoppiare perché le apparecchiature non possono raggiungere il tetto in modo efficiente e i tubi flessibili potrebbero non coprire tutte le aree.
È inoltre necessario considerare la sicurezza, compresi i parapetti, i punti di ancoraggio delle linee di vita e gli adeguati sistemi di protezione anticaduta.
Collegamenti di manutenzione
Riservare spazio per gli allacciamenti alla rete idrica, gli scarichi e le aree di stoccaggio delle attrezzature. Queste disposizioni sono generalmente poco costose da incorporare durante la costruzione. L'adeguamento dopo la messa in servizio potrebbe richiedere modifiche al tetto completato, aumentando sia i costi che i disagi operativi.
Domande frequenti
Q1: I tetti BIPV necessitano di pulizia? In cosa differiscono dai sistemi fotovoltaici convenzionali?
Sì. Poiché i moduli BIPV fanno parte del tetto stesso, la pulizia deve considerare non solo la produzione di energia ma anche l’aspetto e l’impermeabilizzazione del tetto. Una differenza fondamentale è che i moduli BIPV spesso non sono progettati per supportare il traffico pedonale e alcuni prodotti hanno limitazioni di carico specifiche. Le vie e le procedure di accesso alla pulizia devono quindi essere progettate specificatamente per il sistema.
Q2: La pioggia può sostituire la pulizia manuale?
Parzialmente. La pioggia può lavare via la polvere, ma generalmente è inefficace contro i contaminanti ostinati come escrementi di uccelli, linfa degli alberi e residui di olio industriale. Anche nelle regioni piovose, la pulizia manuale potrebbe essere ancora necessaria 1-2 volte all’anno.
Q3: La pulizia può danneggiare i moduli fotovoltaici?
Una corretta pulizia dovrebbe ridurre al minimo il rischio di danni. I rischi principali includono depositi minerali causati dalla durezza dell'acqua, stress termico derivante dalla pulizia dei moduli caldi con acqua fredda e graffi causati da materiali abrasivi o spazzole a setole dure. Seguire le istruzioni di pulizia del produttore ed evitare queste pratiche può aiutare a proteggere i moduli.
Utilizza questa semplice formula: Rapporto costi di pulizia = Costo annuale di pulizia ÷ (Perdita annua di sporco × Entrate annuali di elettricità)
Un rapporto inferiore a 1 indica che la perdita stimata di entrate recuperabili supera i costi di pulizia, suggerendo che la pulizia potrebbe essere economicamente vantaggiosa. Nelle regioni aride, il rapporto può essere intorno a 0,5, mentre nelle regioni piovose può avvicinarsi o superare 1.
D5: Vale la pena investire nei rivestimenti antisporco?
Potrebbero essere utili nelle regioni in cui le perdite annuali di sporco superano l’8%. Alcuni test sul campo hanno dimostrato che i rivestimenti antisporco possono ridurre l’accumulo di polvere del 30%–40%, riducendo potenzialmente la frequenza di pulizia. Nelle aree con bassi livelli di sporco, tuttavia, il ritorno sull’investimento potrebbe essere limitato.
Hai bisogno di una strategia di pulizia su misura per la posizione del tuo progetto BIPV?
E-mail: info@xzbesta.com
