La transizione globale verso le energie rinnovabili sta creando uno dei maggiori dispiegamenti di attrezzature ingegneristiche, sistemi elettrici e materiali avanzati nelle infrastrutture moderne. Moduli solari, turbine eoliche, pale, cavi, inverter, sistemi di montaggio, componenti elettrici e materiali strutturali devono funzionare in modo affidabile per decenni, spesso in condizioni ambientali e meccaniche severe.
Ma la certificazione da sola non può rispondere a ogni domanda sulle prestazioni delle attrezzature durante la loro vita operativa.
Con l’aumento della scala e del valore degli investimenti nei progetti rinnovabili, prove e analisi indipendenti diventano sempre più importanti per fabbricanti, sviluppatori, appaltatori EPC, investitori e proprietari degli impianti.
Le Energie Rinnovabili Diventano una Sfida di Materiali e Affidabilità
La transizione rinnovabile è spesso discussa in termini di capacità installata, produzione energetica e decarbonizzazione.
Dietro questi numeri si trova un’enorme infrastruttura fisica.
Ogni progetto solare o eolico dipende da materiali e componenti le cui prestazioni possono influire direttamente su sicurezza, disponibilità, efficienza ed economia del progetto.
Questi componenti possono essere esposti per anni a cicli termici, radiazioni ultraviolette, umidità, sale, corrosione, vibrazioni, fatica, carichi meccanici e sollecitazioni elettriche.
Comprendere come rispondano a tali condizioni è fondamentalmente una questione di prove e analisi.
Le Prove Solari FV Vanno Molto Oltre la Misura della Potenza
I moduli fotovoltaici appaiono relativamente semplici dall’esterno, ma sono assemblaggi ingegnerizzati che combinano celle semiconduttrici, vetro, incapsulanti, strati posteriori, telai, scatole di giunzione, connettori e interconnessioni elettriche.
Ogni elemento può influenzare le prestazioni a lungo termine.
Misura delle caratteristiche elettriche, della potenza e delle variazioni di prestazioni dopo sollecitazioni ambientali o meccaniche.
Variazioni ripetute di temperatura possono rivelare debolezze in interconnessioni, materiali, laminati e interfacce dei componenti.
Le prove di esposizione ambientale aiutano a valutare la resistenza alla degradazione da umidità e al deterioramento dei materiali.
I moduli possono dover resistere a carichi legati a vento, neve, installazione e altre sollecitazioni meccaniche.
Le prove possono identificare la suscettibilità a meccanismi di degradazione elettrica che riducono le prestazioni del modulo.
Incapsulanti, strati posteriori, vetro, telai, guarnizioni e altri materiali possono essere valutati per la resistenza ambientale a lungo termine.
La serie IEC 61215 fornisce un importante quadro internazionale per la qualificazione del progetto e le prove dei moduli FV terrestri. L’edizione 2021 include carico meccanico dinamico e degradazione indotta da potenziale tra i requisiti di prova per moduli di silicio cristallino.
Le prove di qualificazione forniscono evidenza che un progetto di modulo resista a sequenze di prova e sollecitazioni ambientali definite. Non devono essere interpretate automaticamente come una previsione precisa degli anni di funzionamento di un singolo modulo in una specifica installazione.
L’Energia Eolica Crea una Sfida Ancora Maggiore di Prove Strutturali
Le turbine eoliche moderne sono tra le maggiori macchine rotanti mai fabbricate.
I loro componenti subiscono milioni di cicli di carico in condizioni di vento, temperatura e ambiente in continuo cambiamento.
Le prove si estendono quindi dalle prestazioni elettriche alla valutazione strutturale in scala reale.
Le prove statiche e di fatica in scala reale possono valutare se le strutture delle pale soddisfino le ipotesi progettuali.
Materiali compositi, adesivi, resine e materiali strutturali possono essere valutati per proprietà meccaniche e durabilità.
Le misure sul campo possono determinare le caratteristiche di potenza della turbina in condizioni definite di sito e misurazione.
Componenti e sottosistemi possono essere provati per verificare le caratteristiche elettriche e supportare la valutazione della conformità alla rete.
Materiali e componenti possono richiedere valutazione per temperatura, umidità, sale, corrosione e altre esposizioni specifiche del sito.
Analisi di laboratorio e ingegneristiche possono determinare le cause di cricche, delaminazione, corrosione, fatica e guasti prematuri dei componenti.
Le Prove dei Materiali Diventano Centrali per l’Affidabilità delle Rinnovabili
Le prestazioni delle energie rinnovabili dipendono in ultima analisi dai materiali.
Acciaio, alluminio, polimeri, compositi, adesivi, rivestimenti, vetro, rame, isolamento elettrico e materiali semiconduttori si comportano diversamente sotto sollecitazioni operative e ambientali prolungate.
Le prove dei materiali possono aiutare a determinare l’idoneità all’applicazione prevista e l’eventuale inizio di degradazione durante il funzionamento.
Le Prove Ambientali Accelerate Rivelano Prima le Debolezze
Attendere vent’anni per scoprire se un componente rinnovabile sia durevole è chiaramente impraticabile.
I laboratori utilizzano quindi prove ambientali controllate e sollecitazioni accelerate per esporre prodotti e materiali a condizioni definite in periodi di prova ridotti.
Le attrezzature subiscono caldo, freddo, umidità, esposizione UV, vento, sale, vibrazioni e carichi meccanici durante il funzionamento.
Condizioni definite di laboratorio consentono di confrontare materiali e componenti, identificare debolezze e valutare il rispetto di requisiti di prova specificati.
Le prove accelerate devono tuttavia essere interpretate correttamente. Una prova di laboratorio non equivale automaticamente a un numero specifico di anni in servizio, salvo che sia stata stabilita una relazione appropriata e validata.
Le Rinnovabili Offshore Aumentano Ulteriormente i Requisiti di Prova
Le attrezzature eoliche offshore operano in uno degli ambienti più impegnativi per le infrastrutture industriali.
Acqua salata, umidità, carichi ciclici, vento, onde e difficile accesso manutentivo aumentano le conseguenze della degradazione dei materiali e dei guasti.
Prove e analisi possono quindi porre particolare attenzione a:
Valutazione di materiali metallici, sistemi protettivi e rivestimenti per esposizioni marine aggressive.
Adesione, spessore, degradazione e prestazioni protettive possono essere valutati prima e durante il servizio.
Materiali strutturali e collegamenti possono essere valutati per carichi ciclici ripetuti.
I materiali delle pale possono essere esaminati per delaminazione, cricche, difetti di incollaggio e altre debolezze strutturali.
Le attrezzature elettriche devono rimanere affidabili nonostante umidità, contaminazione salina e condizioni operative impegnative.
Quando i componenti si guastano offshore, identificare il meccanismo effettivo diventa cruciale per prevenirne la ricorrenza nell’intero parco impianti.
L’Analisi dei Guasti Può Essere Importante Quanto la Qualificazione
Le prove sono spesso associate all’approvazione di un nuovo prodotto prima dell’ingresso nel mercato o dell’installazione.
Ma alcuni dei lavori di laboratorio più preziosi iniziano dopo che qualcosa è andato storto.
Un componente incrinato, un fissaggio corroso, una pala delaminata, un rivestimento deteriorato, un cavo danneggiato o un modulo FV con prestazioni insufficienti possono contenere evidenze fisiche del meccanismo di guasto sottostante.
Un’analisi efficace chiede perché: scelta dei materiali, difetto di fabbricazione, fatica, corrosione, esposizione ambientale, danno di installazione, sollecitazione di progetto, degradazione elettrica o una combinazione di meccanismi.
Dal Guasto alla Causa Radice
Un’indagine strutturata può combinare diverse tecniche analitiche anziché affidarsi a una sola prova.
Identificare caratteristiche di frattura, danni superficiali, corrosione, delaminazione e altre evidenze fisiche.
Verificare composizione, contaminazione, depositi o sostanze inattese associate al guasto.
Determinare se resistenza, durezza, tenacità o altre proprietà rimangano coerenti con la specifica.
Esaminare superfici di frattura per identificare fatica, sovraccarico, frattura fragile o altri meccanismi.
Valutare il cedimento del sistema protettivo, la morfologia della corrosione e il contributo ambientale.
Combinare evidenze di laboratorio con storia operativa, carichi, informazioni progettuali e condizioni del sito per determinare la probabile causa radice.
Le Prove Sono Anche uno Strumento di Garanzia della Catena di Fornitura
I progetti rinnovabili dipendono sempre più da catene di fornitura internazionali.
I componenti possono essere progettati in un Paese, fabbricati in un altro e installati a migliaia di chilometri.
I proprietari necessitano quindi di fiducia nel fatto che attrezzature e materiali consegnati rimangano coerenti con specifiche approvate ed evidenze di qualificazione.
Le prove di tipo e qualificazione valutano progetti di prodotto definiti rispetto a requisiti tecnici e sequenze di prova applicabili.
Controlli di fabbricazione, campionamento, ispezione e prove aiutano a garantire che la produzione rimanga coerente con le specifiche approvate.
Questa distinzione è importante. Una prova di tipo superata non garantisce da sola che ogni prodotto successivamente fabbricato sia identico al campione provato.
Prove, Ispezione e Certificazione Operano Insieme
La garanzia delle rinnovabili è più solida quando le prove non sono trattate come un’attività isolata di laboratorio.
Prove, ispezione e certificazione affrontano parti diverse della catena di fiducia.
Generano dati tecnici oggettivi sulle caratteristiche e prestazioni di materiali, componenti o attrezzature.
Valuta fabbricazione, installazione, esecuzione, stato e conformità in stabilimenti, siti di progetto e impianti operativi.
Fornisce valutazione indipendente della conformità rispetto a norme, schemi o requisiti tecnici definiti ove applicabile.
Interpreta evidenze, indaga guasti e supporta decisioni ingegneristiche quando la risposta non può essere ottenuta da un certificato soltanto.
Le Prove Indipendenti Proteggono Più della Conformità
Il valore commerciale delle prove va oltre i requisiti normativi o di certificazione.
Per sviluppatori, finanziatori, investitori e proprietari, le prove indipendenti possono supportare scelta delle attrezzature, qualificazione dei fornitori, due diligence tecnica, controversie di garanzia, problemi di prestazioni ed estensione della vita degli impianti.
Cosa Devono Considerare Fabbricanti e Proprietari?
Il programma corretto dipende da attrezzatura, tecnologia, norme applicabili, ambiente previsto e rischio del progetto.
- quali norme internazionali, nazionali o contrattuali si applichino;
- quali attrezzature e materiali creino il maggiore rischio tecnico;
- se siano richieste prove di qualificazione, conformità, prestazioni o indagine;
- se le prove debbano essere eseguite da un laboratorio accreditato;
- se siano provati campioni rappresentativi della produzione;
- quali condizioni ambientali le attrezzature subiranno realmente;
- se l’ispezione di fabbricazione debba accompagnare le prove di laboratorio;
- come saranno investigate deviazioni e guasti; e
- come i risultati supporteranno certificazione, acquisti o accettazione del progetto.
Il Laboratorio Diventa Parte della Gestione del Rischio nelle Rinnovabili
Con la crescita dimensionale, tecnica e della diffusione degli impianti rinnovabili, aumentano le conseguenze dei guasti prematuri delle attrezzature.
Un difetto relativamente piccolo del materiale può infine influire su un impianto molto più grande.
Un cedimento del rivestimento può diventare corrosione. Un difetto di incollaggio può diventare un problema strutturale. Un collegamento elettrico debole può compromettere l’affidabilità. Un’incoerenza di fabbricazione può creare un problema di garanzia nell’intero parco impianti.
Prove e analisi consentono di investigare questi rischi con evidenze anziché supposizioni.
Mettere alla Prova la Transizione Energetica
La transizione rinnovabile richiederà enormi quantità di attrezzature e materiali nei prossimi decenni.
La sfida non è quindi più soltanto la velocità di sviluppo della generazione rinnovabile.
È anche la fiducia con cui l’industria può dimostrare che le attrezzature installate oggi funzioneranno in modo sicuro e affidabile domani.
La transizione energetica è in ultima analisi una trasformazione dell’infrastruttura fisica. Ogni megawatt installato dipende da materiali, componenti e attrezzature le cui prestazioni devono essere comprese, provate e verificate.