Controllo pannello fotovoltaico con termocamera IR

Con il passare del tempo, i guasti nei pannelli solari possono causare un forte calo della produzione di energia e in alcuni casi persino provocare un incendio se trascurati. I pannelli fotovoltaici, infatti, possono sviluppare difetti che possono venire facilmente riparati se rilevati abbastanza presto. Questo è il motivo per cui i pannelli solari dovrebbero essere ispezionati regolarmente. Molti installatori di pannelli solari, pertanto, collaborano con esperti termografi che offrono ispezioni periodiche di imaging termico per garantire la sicurezza e l’impiego efficace dei sistemi fotovoltaici.

Nel campo della ricerca e sviluppo, le termocamere sono uno strumento consolidato per la valutazione di celle e pannelli fotovoltaici. Tuttavia, l’uso di termocamere per la valutazione dei pannelli solari non è limitato al campo della ricerca. Le termocamere non raffreddate vengono attualmente utilizzate sempre di più per i controlli di qualità dei pannelli fotovoltaici prima dell’installazione e per effettuare regolari controlli di manutenzione predittiva dopo l’installazione del pannello.

Con una termocamera, le potenziali aree problematiche possono essere rilevate e riparate prima che si verifichino problemi o guasti reali. Ma non tutte le termocamere sono adatte per l’ispezione di celle solari, e ci sono alcune regole e linee guida che devono essere seguite al fine di eseguire ispezioni efficienti e assicurarsi di trarre conclusioni corrette. Esse si applicano ai moduli fotovoltaici con celle solari cristalline, ma sono applicabili anche all’ispezione termografica di moduli a film sottile.

Con l’aumentare della temperatura, i pannelli fotovoltaici diventano meno efficienti, producendo meno elettricità. Alcuni difetti possono causare la loro rottura o addirittura produrre una corrente inversa, che potrebbe danneggiare l’intero impianto fotovoltaico. Le termocamere infrarosse (specie quelle di Flir) possono essere utilizzate per rilevare i punti caldi nei pannelli a distanza, il che rende molto più facile trovare i difetti prima che si trasformino in guasti devastanti.

L’aspetto interessante è che è possibile utilizzare la termografia per ispezionare i pannelli solari sotto carico, quindi non è necessario spegnere l’impianto fotovoltaico. Se utilizzate correttamente, le termocamere mostrano differenze di temperatura precise tra le celle o all’interno di una singola cella che consentono di identificare i guasti in una fase iniziale. Inoltre, una buona termo camera consente all’ispettore di produrre rapporti sul posto, risparmiando così del tempo.

Le ispezioni non sono di solito limitate ai soli pannelli fotovoltaici. È possibile utilizzare l’imaging termico per ispezionare l’intero sistema, dai pannelli solari stessi alle connessioni, agli inverter, ai fusibili e tutti gli altri componenti elettrici nel sistema. Se qualche parte dei sistemi inizia a consumarsi o sviluppa una resistenza più elevata per qualche altra ragione, il corrispondente aumento della temperatura può essere rilevato molto facilmente prima che il sistema si guasti effettivamente.

I difetti di un impianto fotovoltaico sono causati dalla cattiva costruzione e dall’uso scorretto dei pannelli. Per l’utente, ciò può riguardare danni meccanici causati da un uso imprudente (celle graffiate o rotte) o dalla copertura di aree superficiali con sporco, con conseguente manutenzione insufficiente. Inoltre, c’è spesso un’interruzione nell’integrità dei singoli strati del pannello causata dagli effetti delle tensioni interne nella cella o dalla dispersione dello sporco nel materiale di silicio durante la fabbricazione.

Pianificazione di un controllo di un campo FV con una camera IR su drone.

La maggior parte dei difetti citati provoca il verificarsi di punti caldi, noti come “hotspot”. Questi sono i punti dove c’è una maggiore ricombinazione di elettroni. L’energia rilasciata durante tale processo viene irradiata nello spazio sotto forma di calore. Queste macchie causano un riscaldamento eccessivo e la differenza termica rispetto alle cellule buone può essere superiore a 50 °C. Ciò porta spesso a danni irreversibili alla cella difettosa, così come all’intero pannello.

Una caratteristica utile per una termocamera per uso nel fotovoltaico è l’etichettatura delle immagini termiche con i dati GPS. Ciò aiuta a localizzare facilmente i moduli difettosi in ampie aree, ad es. nei campi fotovoltaici. La termocamera deve avere poi una fotocamera digitale integrata in modo che l’immagine visiva associata (foto diurna) possa essere salvata con la relativa immagine termica. È utile anche poter registrare commenti vocali e di testo da salvare insieme all’immagine termica.

Pertanto, una buona termocamera combina la qualità delle immagini di prima qualità (ad es. una Flir con risoluzione di almeno 640 x 480 pixel e 0,035 °C di sensibilità) con funzionalità avanzate come ad es. la connettività Wi-Fi wireless con un Tablet PC e una connessione Bluetooth wireless agli strumenti di misura. Un’altra caratteristica spesso usata è la funzione Picture-in-Picture. Questa sovrapposizione di un’immagine termica sopra l’immagine visiva consente di localizzare meglio gli hotspot.

Durante lo sviluppo e il processo di produzione, le celle solari vengono attivate elettricamente o mediante lampade flash. Quando si testano i pannelli fotovoltaici sul campo, tuttavia, l’operatore deve garantire che vi sia una quantità di energia sufficiente da parte del sole. Per ottenere un sufficiente contrasto termico durante l’ispezione delle celle solari sul campo, è necessaria un’irradiazione solare di almeno 500 W/mq. Per il massimo risultato, è consigliabile un’irradiazione solare di 700 W/mq.

L’irraggiamento solare descrive la potenza istantanea incidente su una superficie in unità di kW/mq, che può essere misurata con un piranometro (per irraggiamento solare globale) o un piroeliometro (per irraggiamento solare diretto). La scelta dipende fortemente dalla posizione e dal clima locale. Anche le basse temperature esterne possono aumentare il contrasto termico. Ma come si effettua, in pratica, l’ispezione di un pannello fotovoltaico con la termocamera?

Il posizionamento della termocamera va fatto tenendo conto dei riflessi e dell’emissività. Anche se il vetro ha un’emissività di 0.85-0.90 nella banda d’onda di 8-14 μm, le misurazioni termiche sulle superfici di vetro non sono facili da fare. I riflessi del vetro sono speculari, il che significa che gli oggetti circostanti con temperature diverse possono essere visti chiaramente nell’immagine termica. Nel peggiore dei casi, ciò comporta interpretazioni errate (falsi “hotspot”) e errori di misurazione.

Un’immagine aerea nell’infrarosso di alcuni pannelli FV con dei problemi.

Ad es., un’immagine termica può mostrare ampie aree con temperature elevate. Senza ulteriori informazioni, non è ovvio se si tratti di anomalie termiche o ombre/riflessi. Per evitare il riflesso della termocamera e dell’operatore nel vetro, questi non deve essere posizionato perpendicolarmente al modulo da ispezionare. Tuttavia, l’emissività è massima quando la telecamera è perpendicolare e diminuisce con un angolo crescente. Un angolo di visione di 5-60° è un buon compromesso (0 ° è perpendicolare).

Se parti del pannello sono più calde di altre, le aree calde appariranno chiaramente nell’immagine termica. A seconda della forma e della posizione, questi punti e aree calde possono indicare problemi diversi. Se un intero modulo è più caldo del solito, ciò potrebbe indicare problemi di interconnessione. Le ombre e le crepe nelle celle si presentano come hotspot o patch poligonali nell’immagine termica. L’aumento di temperatura di una cella o di una sua parte indica una cella difettosa o ombreggiamento.

Un cosiddetto “pattern patchwork” indica che un pannello ha un diodo di bypass difettoso. Le immagini termiche ottenute in condizioni di carico, assenza di carico e cortocircuito devono essere confrontate. Anche un confronto tra le immagini termiche delle facce anteriore e posteriore del modulo può fornire informazioni preziose. Naturalmente, per una corretta identificazione del guasto, i moduli che mostrano anomalie devono anche essere testati elettricamente e ispezionati visivamente.

In conclusione, per ottenere delle immagini termiche corrette e informative durane l’ispezione di un impianto fotovoltaico in funzione, è necessario osservare alcune condizioni e procedure di misurazione: (1) utilizzare una termocamera adatta con gli accessori giusti; (2) è richiesta una sufficiente irradiazione solare (preferibile almeno 500 W/mq – superiore a 700 W/mq); (3) l’angolo di visione deve essere entro i margini di sicurezza (tra 5° e 60°); (4) ombra e riflessi devono essere evitati.