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Termografia con drones en instalaciones fotovoltaicas.

Termografia con drones en instalaciones fotovoltaicas.

La termografía con drones en instalaciones fotovoltaicas, nos permite detectar elementos de la instalación que presentan funcionamientos defectuosos y averías potenciales en módulos fotovoltaicos para poder repararlos o sustituirlos antes de que provoquen una avería mayor o un paro de la instalación.

Para efectuar inspecciones termográficas con drones en instalaciones fotovoltaicas, hay que tener en cuenta algunas directrices que garanticen la calidad de las medidas para poder elaborar un informe que proponga medidas correctoras adecuadas. Éste es uno de los factores más importantes: la formación y experiencia del técnico que opera el dron con la cámara termográfica y el trabajo en equipo con el técnico especialista en instalaciones fotovoltaicas.

Otros factores clave para la realización de termografía con drones en instalaciones fotovoltaicas son los que detallamos a continuación:

Las cámaras termográficas

Las cámaras termográficas para la inspección de instalaciones fotovoltaicas con drones, suelen tener un sensor que opera en un ancho de banda de 7-14 micrometros. En esta región del espectro, el vidrio no es transparente, por lo que si realizmos la inspección de forma frontal, el sensor termográfico "ve" la distribución del calor en la superficie del vidrio y sólo de manera indirecta la distribución de calor en las células solares. Por lo tanto, las diferencias de temperatura que pueden medirse y verse en la superficie de vidrio de los paneles fotovoltaicos, son pequeñas. Para poder realizar mantenimientoPara que estas diferencias sean visibles, la cámara de imagen térmica utilizada para estas inspecciones debe tener una sensibilidad térmica ≤ 0,08K. Para visualizar con claridad diferencias pequeñas de temperatura en la imagen térmica, la cámara debe permitir también un ajuste manual del nivel y el intervalo de tiempo.

Para las aplicaciones de mantenimiento de instalaciones fotovoltaicas, el rango de temperaturas que puede medir la cámara termográfica está comprendido entre los -20ºC y los 250ºC. Como los módulos fotovoltaicos se instalan sobre una estructura de aluminio (material muy reflectante, que en la imagen térmica se ve como un área fría) el sensor termográfico medirá  la temperatura de la estructura como si fuera inferior a 0ºC. Como la ecualización del histograma de la cámara de imagen térmica se adapta automáticamente a las mediciones de temperatura máxima y mínima que en ese momento "ve" la cámara, muchas anomalías térmicas pequeñas no se visualizan de inmediato por lo que para lograr una imagen térmica de gran contraste, es necesario que la cámara cuente  con sistemas de optimización automática del contraste en escenas de intervalo muy dinámico.

Para realizar inspecciones de mantenimiento en instalaciones fotovoltaicas con drones es importante tener en cuenta la resolución de la imagen. Como en el caso de la fotografía convencional, cuanto mayor sea la resolución del sensor de nuestra cámara, mayor será el detalle y la precisión que podemos obtener. En el caso de las inspecciones termográficas en instalaciones fotovoltaicas con drones, la resolución de nuestra cámara termográfica  será un factor importante a la hora de planificar la altura de vuelo. Por ejemplo, una cámara termográfica con una resolución de 640×512 con una lente de 19mm volando a una altura de 100m, nos dará una imagen en la que el lado de cada pixel equivaldrá a 9cm en la realidad.

El módulo radiométrico es otro elemento imprescindible que debe tener nuestro equipo para poder realizar inspecciones de termografía con drones en instalaciones fotovoltaicas. Este módulo nos proporciona información de temperatura en cada uno de los píxeles de la imagen.

Y por último la lente. Una cámara termográfica equipada con una lente de gran angular  nos permitirá captar planos muy amplios a poca distancia, mientras que una lente telescópica nos permite obtener imágenes de detalle a gran distancia. Ambas opciones son interesantes, y dependerá del trabajo que vayamos a realizar la decisión de elegir una lente u otra. En el caso de las inspecciones termográficas con drones en instalaciones fotovoltaicas, solemos utilizar cámaras equipadas con lentes de 13 mm o de 19 mm

Las condiciones ambientales y de medición.

Para realizar inspecciones termográficas en plantas fotovoltaicas utilizando drones, el cielo debe estar despejado, ya que las nubes reducen la radiación directa que incide sobre las placas fotovoltaicas y además introduce interferencias por reflexión o por sombreados.

Las condiciones de radiación solar óptimas para la realización de inspecciones termográficas con drones en centrales fotovoltaicas se obtienen con valores superiores a los 750W/m2.

Cuanto menor sea la temperatura del aire, mayor será el posible contraste térmico y es preferible que no haya viento, ya que las corrientes de aire circulando sobre la superficie del panel fotovoltaico producirá un enfriamiento por convección y el gradiente térmico se reducirá.

Otra posibilidad de aumentar el contraste térmico es desconectar los módulos para evitar el flujo de corriente, lo que permite que el calentamiento se produzca exclusivamente por radiación solar directa en las células. Después reconectamos la carga y se observan las células en la fase de calentamiento. En mi opinión, esta opción no es la más recomendable para la inspección de paneles fotovoltaicos con cámara termográficas desde drones y solamente la utilizo en circunstancias muy concretas con algún tipo de célula o de avería. 

Los errores de medición son causados principalmente por un mal posicionamiento de la cámara y por condiciones ambientales y de medición con contraste térmico insuficiente. Los errores de medida más frecuentes que hemos detectado son debidos a:

  • Ángulo de observación inadecuado.
  • Cambios en la radiación solar mientras se realiza la medida.
  • Reflejos infrarrojos.
  • Sombreados parciales.

Análisis de las imágenes termográficas.

Con la realización de inspecciones termográficas mediante drones en instalaciones fotovoltaicas obtenemos imágenes termográficas que nos muestran con claridad si algunas partes de los módulos fotovoltaicos están más calientes que otras. Según la forma y la ubicación en el módulo, los puntos y las áreas calientes nos indican que pueden existir elementos que impiden el funcionamiento correcto de la instalación o defectos en los módulos o las células. En el primer caso el sobrecalentamiento desaparecerá cuando desaparezca el elemento que perturba el normal funcionamiento (excrementos de ave, sombras parciales, etc) y en el segundo caso tendremos que averiguar cuál es el defecto existente que está causando (o puede causar) la anomalía de funcionamiento de la instalación. Los defectos más habituales son:

  • Grietas en las células.
  • Soldaduras defectuosas
  • Problemas de interconexión
  • Defectos en los diodos de bypass

Imagen: Flir, Nota Técnica. Cámaras de imagen térmica:Una herramienta rápida y fiable para examinar placas solares

Para un adecuado análisis de las posibles averías o defectos, tendremos que comparar las imágenes termográficas obtenidas mediante la utilización de drones para inspecciones fotovoltaicas con las obtenidas a pie de obra en diferentes condiciones de funcionamiento (con y sin carga y en cortocircuito) así como desde diferentes puntos (parte frontal y parte posterior).

Conclusiones

La inspección termográfica con drones de los sistemas fotovoltaicos permite localizar rápidamente los posibles errores en las células o módulos fotovoltaicos, además de detectar posibles problemas de interconexión eléctrica. Las inspecciones fotovoltaicas con drones permiten obtener imágenes termográficas para la detección de avería de forma eficiente, rápida y segura. Para ello debemos asegurarnos de seguir estas condiciones y procedimientos de medición:

• Utilizar cámaras termográficas adecuadas, con los accesorios adecuados.

• Valores de radiación solar superiores a 750 W/m2.

• Ángulo de observación comprendido entre los 5º y los 60º.

• Evitar el sombreado y las reflexiones.

• Que el operador de drones autorizado por AESA.

Desde la aparición de los drones para la realización de inspecciones en instalaciones solares fotovoltaicas, ha habido muchas empresas y profesionales que sin experiencia ni formación en termografía ni instalaciones fotovoltaicas, se han lanzado a ofrecer a sus clientes la termografía desde drones. En mi opinión, el dron sólo es una herramienta que permite realizar estas inspecciones de forma más eficiente, pero el verdadero valor añadido viene dado por una correcta toma de datos, una rigurosa interpretación de los mismos y la elaboración de un informe que proponga soluciones para un mejor y más seguro funcionamiento de las instalaciones. En este sentido, desde DRONITER ofrecemos a nuestros clientes más de 20 años de experiencia en el diseño, ejecución y mantenimiento de instalaciones solares fotovoltaicas y tenemos amplia experiencia y formación en la realización de inspecciones termográficas con drones (y sin ellos) en plantas solares fotovoltaicas.