Termografía con drones de campos fotovoltaicos

Los campos de paneles fotovoltaicos, como cualquier otra infraestructura artificial, requieren inspecciones periódicas. Normalmente, la inspección de campo de paneles solares fotovoltaicos requiere el uso de dos sensores (cámaras infrarrojas (IR) y de luz diurna) para detectar paneles defectuosos que se sobrecalientan debido a problemas de conexión, daños físicos o residuos. El dron equipado con una cámara térmica es la mejor opción para inspeccionar campos de paneles fotovoltaicos, ya que en la mayoría de los casos ahorra costes y tiempo en comparación con la antigua inspección visual con la cámara IR portátil.

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.

La inspección de células fotovoltaicas individuales suele ser una tarea difícil. De hecho, o los paneles fotovoltaicos están situados a gran altura en los tejados de los edificios, o el área a inspeccionar es grande y una inspección visual requiere tiempo y dinero. Por otro lado, no realizar una inspección periódica del sistema fotovoltaico una vez al año (se debe realizar una inspección detallada al menos una vez cada 4 años) puede tener consecuencias fatales en forma de incendio, especialmente para un sistema grande. .

La solución ideal a este problema es el uso de cámaras térmicas, ya que los puntos calientes se reflejan significativamente en la imagen térmica (termograma) comparando los colores con el entorno. Sin embargo, en la mayoría de los casos no es posible ni seguro acercarse a los paneles con una cámara térmica: por ejemplo, si los paneles están ubicados en tejados inclinados o en los casos en los que el paso entre los paneles está impedido por diversos obstáculos (plantas, asperezas). del suelo, etc.).

Por estos motivos, una solución elegante y eficiente es utilizar un sistema de cámara de infrarrojos + cámara diurna montada en un dron. La implementación técnica de tal medición requiere experiencia en el control del dron para termografía. Por lo tanto, el piloto del dron está siempre presente mientras el termodiagnóstico, que controla el sistema de cámaras, indica al piloto en qué panel enfocar cuando se detecta el problema y almacena las imágenes para su posterior análisis.

La necesidad de un funcionamiento eficiente y sin problemas de un conjunto fotovoltaico (de cualquier tamaño) proviene de un montaje de alta calidad, así como del mantenimiento y las inspecciones periódicas de todos los paneles. Un método rápido, económico y fiable con el que es posible verificar profesionalmente el estado de una gran superficie de paneles fotovoltaicos es el termodiagnóstico que utiliza un sistema de imagen térmica infrarroja -junto con uno diurno tradicional- conectado al dron.

Los sistemas de termografía con drones son conjuntos de cámaras compactas y ligeras para el espectro visible e infrarrojo, que permiten al usuario monitorizar rápidamente una gran superficie de todo el sistema fotovoltaico. Durante el vuelo podrá observar imágenes en directo, realizar una grabación o secuenciar imágenes de todo el vuelo. Posteriormente, los datos pueden analizarse mediante un software específico, para realizar mediciones avanzadas y generar informes de forma rápida y sencilla.

Imágenes infrarrojas de algunos paneles fotovoltaicos.

El mejor software, además de guardar las coordenadas GPS en cada imagen de inspección grabada, permite resaltar inmediatamente los lugares con una temperatura superior al límite esperado. Los puntos calientes se "iluminan" en el termograma y, a primera vista, puede identificarlos y centrarse en ellos durante una inspección detallada. La identificación visible de los lugares más calurosos suele estar respaldada por la capacidad de establecer un alcance manual para la escala de temperatura.

Otra función importante del mejor software es el ajuste manual del rango de temperatura. Sin esto, el significado de los colores individuales en la imagen cambiará permanentemente y no estará seguro de si el panel tiene un aumento de temperatura alto que indica un problema o una pequeña desviación. ¡Las simulaciones muestran que esta característica puede reducir el tiempo de inspección hasta 10 veces! Por tanto, los sistemas de termografía aérea son excelentes para inspecciones de este tipo.

Hoy en día es posible utilizar drones semiprofesionales con cámaras intercambiables para comprobar el estado de los campos de paneles fotovoltaicos, pero esto requerirá el doble de tiempo: hacer primero un vuelo de reconocimiento con la cámara de vídeo diurna y luego repetir el vuelo una vez Cámara de infrarrojos. Habitualmente, para minimizar el tiempo necesario para la inspección, se utilizan ambos sensores (cámaras) simultáneamente pero se requiere un dron con suficiente capacidad de despegue.

Los dos principales defectos visibles en la cámara de infrarrojos son los problemas de conexión y los daños físicos. Los problemas de conexión ocurren, por ejemplo, cuando un panel o una serie de paneles no está conectado al sistema, por lo que la energía producida por los paneles no puede fluir a través del sistema y hacia la red, de modo que la energía se convierte en calor y todo el panel – o una serie entera de paneles – se calienta ligeramente. Por tanto, la cámara de infrarrojos puede detectar esta diferencia de temperatura.

Por tanto, si de una imagen de un campo de paneles fotovoltaicos tomada con un dron se encuentra un panel (o una serie de paneles) con una temperatura media ligeramente superior a la del resto de paneles, habrá que comprobarlo tanto para ver si está defectuoso como para comprobar si hay problemas de conexión. Evidentemente, si el problema se produce en varios paneles cercanos, lo más probable es que haya un problema de conexión que que todos los paneles estén averiados.

Cuando hay daño físico al panel subyacente, se producen pequeñas áreas de calentamiento más extremo debido a la energía que fluye alrededor y detrás del área dañada. Estos defectos pueden ser visibles en las imágenes IR tomadas por la cámara térmica montada en un dron como un punto brillante con alta temperatura (por ejemplo, 75 °C). Cualquier daño físico a los paneles también puede ser claramente visible como puntos calientes en las imágenes en el espectro infrarrojo.

Ampliación de un problema identificado en un panel fotovoltaico.

Ambos tipos de defectos son claramente visibles incluso en imágenes IR rasantes. En el espectro visible (es decir, utilizando la cámara diurna) normalmente sólo se pueden detectar residuos en los paneles. Por lo tanto, esta imagen ayuda a determinar si el punto caliente se debe al calentamiento real del panel o si son los residuos (suciedad, excrementos de pájaros, etc.) los que se están calentando. Sin embargo, las roturas de cristales suelen ser imperceptibles (a menos que el dron vuele muy bajo) porque las grietas son pequeñas.

Una razón de peso para utilizar una cámara termográfica que investiga el sistema fotovoltaico desde el aire es el hecho de que se recomienda detectar una anomalía térmica con un ángulo de visión de 70° hasta casi 90° con respecto a la superficie del panel. Debido a este requisito, generalmente se excluye el uso de cámaras termográficas portátiles; por el contrario, un dron equipado con una capacidad de carga adecuada, con una cámara térmica infrarroja fijada en el soporte controlable, satisface fácilmente esta condición.

Un factor limitante a la hora de medir valores con un dron solo pueden ser las condiciones hidrometeorológicas, que pueden influir significativamente en la precisión de la propia medición. Lo ideal es una temperatura ambiente de 25 °C durante la medición con una intensidad solar de 1.000 W/m² y pocas nubes. En este caso, el rendimiento eléctrico de los paneles fotovoltaicos es suficientemente alto para reflejar todos los tipos de defectos ilustrados anteriormente.