Control de paneles fotovoltaicos con cámara termográfica IR

Con el tiempo, los fallos en los paneles solares pueden provocar una fuerte caída en la producción de energía y, en algunos casos, incluso provocar un incendio si no se tratan. De hecho, los paneles fotovoltaicos pueden desarrollar defectos que pueden repararse fácilmente si se detectan a tiempo. Por eso los paneles solares deben inspeccionarse periódicamente. Por lo tanto, muchos instaladores de paneles solares se asocian con termógrafos expertos que ofrecen inspecciones periódicas con imágenes térmicas para garantizar la seguridad y el uso eficaz de los sistemas fotovoltaicos.

En el ámbito de la investigación y el desarrollo, las cámaras termográficas son una herramienta consolidada para la evaluación de células y paneles fotovoltaicos. Sin embargo, el uso de cámaras termográficas para la evaluación de paneles solares no se limita al campo de la investigación. Las cámaras termográficas no refrigeradas se utilizan cada vez más para comprobar la calidad de los paneles fotovoltaicos antes de su instalación y para realizar controles periódicos de mantenimiento predictivo después de la instalación de los paneles.

Con una cámara termográfica, se pueden detectar y reparar áreas potencialmente problemáticas antes de que ocurran problemas o fallas reales. Pero no todas las cámaras termográficas son adecuadas para la inspección de células solares, y existen algunas reglas y pautas que deben seguirse para realizar inspecciones eficientes y asegurarse de sacar conclusiones correctas. Se aplican a módulos fotovoltaicos con células solares cristalinas, pero también se aplican a la inspección termográfica de módulos de película delgada.

A medida que aumentan las temperaturas, los paneles fotovoltaicos se vuelven menos eficientes y producen menos electricidad. Algunos defectos pueden provocar su rotura o incluso producir una corriente inversa, lo que podría dañar todo el sistema fotovoltaico. Las cámaras infrarrojas (especialmente las de Flir) se pueden usar para detectar puntos calientes en paneles de forma remota, lo que hace que sea mucho más fácil encontrar defectos antes de que se conviertan en fallas devastadoras.

Lo interesante es que puedes utilizar la termografía para inspeccionar los paneles solares bajo carga, de modo que no tengas que apagar tu sistema fotovoltaico. Cuando se utilizan correctamente, las cámaras termográficas muestran diferencias de temperatura precisas entre celdas o dentro de una sola celda, lo que permite identificar fallas en una etapa temprana. Además, una buena cámara termográfica permite al inspector elaborar informes sobre el terreno, ahorrando así tiempo.

Las inspecciones no suelen limitarse únicamente a los paneles fotovoltaicos. Puede utilizar imágenes térmicas para inspeccionar todo el sistema, desde los propios paneles solares hasta las conexiones, inversores, fusibles y todos los demás componentes eléctricos del sistema. Si alguna parte del sistema comienza a desgastarse o desarrolla una mayor resistencia por algún otro motivo, el correspondiente aumento de temperatura se puede detectar muy fácilmente antes de que el sistema falle.

Los defectos de un sistema fotovoltaico se producen por una mala construcción y un uso incorrecto de los paneles. Para el usuario, esto puede estar relacionado con daños mecánicos causados ​​por un uso descuidado (celdas rayadas o rotas) o por cubrir superficies con suciedad, lo que resulta en un mantenimiento insuficiente. Además, a menudo hay una ruptura en la integridad de las capas individuales del panel causada por los efectos de los voltajes internos en la celda o la dispersión de suciedad en el material de silicio durante la fabricación.

Planificación de un control de un campo fotovoltaico con una cámara IR en un dron.

La mayoría de los defectos mencionados provocan la aparición de puntos calientes, conocidos como “puntos calientes”. Estos son los puntos donde hay mayor recombinación de electrones. La energía liberada durante este proceso se irradia al espacio en forma de calor. Estas manchas provocan un calentamiento excesivo y la diferencia de temperatura en comparación con las células buenas puede ser de más de 50 °C. Esto a menudo provoca daños irreversibles en la celda defectuosa, así como en todo el panel.

Una característica útil de una cámara termográfica para uso en energía fotovoltaica es el etiquetado de imágenes térmicas con datos de GPS. Esto ayuda a localizar fácilmente módulos defectuosos en áreas grandes, p. en campos fotovoltaicos. La cámara termográfica debe tener entonces una cámara digital integrada para que la imagen visual asociada (fotografía diurna) se pueda guardar junto con la imagen térmica correspondiente. También resulta útil poder grabar comentarios de voz y texto para guardarlos junto con la imagen térmica.

Por lo tanto, una buena cámara termográfica combina una calidad de imagen de primer nivel (por ejemplo, una Flir con una resolución de al menos 640 x 480 píxeles y una sensibilidad de 0,035 °C) con funciones avanzadas como, por ejemplo, Conectividad inalámbrica Wi-Fi con una Tablet PC y conexión inalámbrica Bluetooth a instrumentos de medición. Otra característica de uso frecuente es la función Imagen en imagen. Esta superposición de una imagen térmica sobre la imagen visual le permite localizar mejor los puntos críticos.

Durante el proceso de desarrollo y fabricación, las células solares se activan eléctricamente o mediante lámparas de destello. Sin embargo, al probar paneles fotovoltaicos en el campo, el operador debe asegurarse de que haya suficiente energía solar. Para lograr un contraste térmico suficiente al inspeccionar células solares en el campo, se requiere una irradiancia solar de al menos 500 W/m2. Para obtener los máximos resultados, se recomienda una irradiación solar de 700 W/m2.

La radiación solar describe la potencia instantánea incidente sobre una superficie en unidades de kW/m2, que puede medirse con un piranómetro (para la radiación solar global) o un piroheliómetro (para la radiación solar directa). La elección depende en gran medida de la ubicación y el clima local. Incluso las bajas temperaturas exteriores pueden aumentar el contraste térmico. Pero, ¿cómo se lleva a cabo en la práctica la inspección de un panel fotovoltaico con una cámara termográfica?

El posicionamiento de la cámara termográfica debe realizarse teniendo en cuenta los reflejos y la emisividad. Aunque el vidrio tiene una emisividad de 0,85 a 0,90 en la banda de ondas de 8 a 14 μm, las mediciones térmicas en superficies de vidrio no son fáciles de realizar. Los reflejos del vidrio son especulares, lo que significa que en la imagen térmica se pueden ver claramente los objetos circundantes con diferentes temperaturas. En el peor de los casos, esto conduce a interpretaciones erróneas (falsos “puntos críticos”) y errores de medición.

Una imagen aérea infrarroja de algunos paneles fotovoltaicos con problemas.

Por ejemplo, una imagen térmica puede mostrar grandes áreas con altas temperaturas. Sin más información, no es obvio si se trata de anomalías térmicas o sombras/reflejos. Para evitar el reflejo de la cámara y del operador en el cristal, éste no debe colocarse perpendicular al módulo a inspeccionar. Sin embargo, la emisividad es máxima cuando la cámara está perpendicular y disminuye al aumentar el ángulo. Un ángulo de visión de 5 a 60° es un buen compromiso (0° es perpendicular).

Si partes del panel están más calientes que otras, las áreas calientes aparecerán claramente en la imagen térmica. Dependiendo de la forma y ubicación, estos puntos y áreas calientes pueden indicar diferentes problemas. Si un módulo completo está más caliente de lo habitual, esto podría indicar problemas de interconexión. Las sombras y grietas en las celdas aparecen como puntos de acceso o parches poligonales en la imagen térmica. El aumento de temperatura de una celda o parte de ella indica una celda defectuosa o sombreado.

El llamado "patrón de mosaico" indica que un panel tiene un diodo de derivación defectuoso. Se deben comparar las imágenes térmicas obtenidas en condiciones de carga, sin carga y de cortocircuito. Una comparación de imágenes térmicas de las caras frontal y posterior del módulo también puede proporcionar información valiosa. Por supuesto, para una correcta identificación de fallos, los módulos que presenten anomalías también deben ser probados eléctricamente e inspeccionados visualmente.

En conclusión, para obtener imágenes térmicas correctas e informativas durante la inspección de un sistema fotovoltaico en funcionamiento, es necesario observar algunas condiciones y procedimientos de medición: (1) utilizar una cámara termográfica adecuada con los accesorios adecuados; (2) se requiere suficiente irradiación solar (es preferible al menos 500 W/m2 – más de 700 W/m2); (3) el ángulo de visión debe estar dentro de los márgenes de seguridad (entre 5° y 60°); (4) Deben evitarse sombras y reflejos.