Termografia con drone di campi fotovoltaici

I campi di pannelli fotovoltaici, come del resto qualsiasi altra infrastruttura artificiale, richiedono delle ispezioni periodiche. Solitamente, l’ispezione sul campo di pannelli solari fotovoltaici richiede l’uso di due sensori – infrarossi (IR) e fotocamere diurne – per rilevare pannelli difettosi che si surriscaldano a causa di problemi di connessione, danni fisici o detriti. Il drone dotato di telecamera termica è la scelta migliore per l’ispezione dei campi di pannelli fotovoltaici, poiché nella maggior parte dei casi consente di risparmiare sui costi e sul tempo rispetto al vecchio controllo visivo con la videocamera IR portatile.

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.

L’ispezione delle singole celle fotovoltaiche è solitamente un compito difficile. Infatti, o i pannelli fotovoltaici si trovano ad un’altezza elevata sui tetti degli edifici, oppure l’area da esaminare è grande, e un’ispezione visiva richiede tempo e denaro. D’altra parte, l’omissione di un’ispezione regolare all’impianto FV una volta all’anno (occorre effettuare un’ispezione dettagliata almeno 1 volta ogni 4 anni) può avere conseguenze fatali sotto forma di incendio, specie per un grande impianto.

La soluzione ideale a questo problema è l’applicazione di telecamere termiche, perché gli hotspot si riflettono in modo significativo sull’immagine termica (termogramma) confrontando i colori rispetto all’ambiente circostante. Nella maggior parte dei casi, però, non è possibile o sicuro avvicinarsi ai pannelli con una termo camera: ad esempio, nel caso in cui i pannelli si trovino su tetti inclinati o nei casi in cui il passaggio tra i pannelli sia impedito da vari ostacoli (piante, rugosità del terreno, etc.).

Per questi motivi, una soluzione elegante ed efficiente è l’utilizzo di un sistema di telecamera IR + fotocamera diurna montato su un drone. La realizzazione tecnica di tale misura richiede esperienza nel controllo del drone per la termografia. Pertanto, il pilota del drone è sempre presente mentre il termo-diagnostico, che controlla il sistema di telecamere, istruisce il pilota su quale pannello mettere a fuoco quando viene rilevato il problema e memorizza le immagini per un’analisi successiva.

La necessità di un funzionamento efficiente e senza problemi di un campo fotovoltaico (di qualsiasi dimensione) deriva da un montaggio di alta qualità, nonché dalla manutenzione e dalle ispezioni periodiche di tutti i pannelli. Un metodo rapido, economico e affidabile con cui è possibile verificare in modo professionale lo status di una vasta area di pannelli FV è la termodiagnostica che utilizza un sistema di imaging termico infrarosso – insieme a uno tradizionale diurno – collegato al drone.

I sistemi per termografia da drone sono set di telecamere compatte e leggere per lo spettro visibile e per quello infrarosso, che consentono all’utente di controllare rapidamente un’ampia area dell’intero impianto fotovoltaico. Durante il volo, è possibile monitorare le immagini in diretta, produrre una registrazione o sequenziare le immagini dell’intero volo. I dati possono essere successivamente analizzati da un software dedicato, per misurazioni avanzate e per produrre report in modo facile e veloce.

Immagini nell’infrarosso di alcuni pannelli fotovoltaici.

I software migliori, oltre a salvare le coordinate GPS su ciascuna immagine dell’ispezione registrata, consentono di evidenziare subito i luoghi con una temperatura superiore al limite previsto. I punti caldi “si accendono” sul termogramma ed a una prima occhiata è possibile identificarli e concentrarsi su questi durante un’ispezione dettagliata. L’identificazione visibile dei luoghi più caldi è di solito supportata dalla possibilità di impostare un ambito manuale per la scala della temperatura.

Un’altra importante funzione dei migliori software è l’impostazione manuale dell’intervallo di temperatura. Senza questa, il significato dei singoli colori nell’immagine verrà modificato in modo permanente e non si sarà certi se il pannello abbia un aumento di temperatura elevato che indica un problema o una piccola deviazione. Le simulazioni mostrano che questa funzione può ridurre il tempo di ispezione fino a 10 volte! Perciò i  sistemi di termografia aerea sono ottimi per ispezione di questo tipo.

Oggi è possibile utilizzare, per il controllo dello stato dei campi di pannelli fotovoltaici, anche i droni semiprofessionali con fotocamere intercambiabili, ma ciò richiederà un doppio lasso di tempo: per fare un volo di rilevamento prima con la videocamera diurna e poi ripetere il volo dopo una camera a IR. Di solito, per ridurre al minimo il tempo richiesto per l’ispezione, entrambi i sensori (telecamere) vengono utilizzati contemporaneamente ma richiedono un drone con capacità di decollo sufficiente.

I due difetti principali visibili con la telecamera IR sono problemi di connessione e danni fisici. I problemi di connessione si verificano, ad esempio, quando un pannello o una stringa di pannelli non sono collegati al sistema, per cui l’energia prodotta dai pannelli non può fluire attraverso il sistema e verso la rete in modo che la potenza venga convertita in calore e l’intero pannello – o un’intera serie di pannelli – si scaldano leggermente. Dunque, la termocamera IR può rivelare tale differenza di temperatura.

Pertanto, se da un’immagine di un campo di pannelli fotovoltaici ripresa con un drone si riscontra un pannello (o una serie di pannelli) con una temperatura media leggermente più alta rispetto agli altri pannelli, questo deve essere controllato sia per vedere se è difettoso sia per verificare se vi sono dei problemi di connessione. Ovviamente, se il problema si verifica in vari pannelli vicini, è più verosimile che vi sia un problema di connessione piuttosto che siano pannelli tutti difettosi.

Dove c’è un danno fisico al pannello sottostante, si verificano delle piccole aree di riscaldamento più estremo dovute all’energia che scorre intorno e dietro l’area danneggiata. Tali difetti possono essere visibili sulle immagini IR riprese dalla termocamera montata su un drone come un punto luminoso con temperatura elevata (ad es. 75 °C). Anche gli eventuali danni fisici ai pannelli possono essere visibili chiaramente come hotspot (“punti caldi”) sulle immagini nello spettro infrarosso.

Ingrandimento di un problema individuato su un pannello FV.

Entrambi i tipi di difetti sono ben visibili anche in immagini IR radenti. Nello spettro visibile (ovvero utilizzando la videocamera diurna) in genere è possibile rilevare solo i detriti presenti sui pannelli. Tale immagine, pertanto, aiuta a determinare se l’hotspot è dovuto al riscaldamento effettivo del pannello o se sono invece i detriti (sporco, escrementi di uccelli, etc.) a scaldarsi. Le rotture del vetro, invece, di solito non sono rilevabili – a meno che il drone non voli molto basso – poiché le fessure sono piccole.

Un motivo convincente per utilizzare una termocamera che indaga l’impianto fotovoltaico dall’aria è il fatto che si consiglia di rilevare un’anomalia termica con un angolo di visione di 70° fino a quasi 90° rispetto alla superficie del pannello. A causa di questo requisito, viene in genere escluso l’uso di termocamere portatili; al contrario, un drone dotato di un’opportuna capacità di carico, con una telecamera termica infrarossa fissata sul supporto controllabile, soddisfa facilmente questa condizione.

Un fattore limitante durante la misurazione dei valori tramite un drone può essere rappresentato solo dalle condizioni idro-meteorologiche, che possono influenzare in modo significativo la precisione della misurazione stessa. Una temperatura ambiente di 25 °C durante la misurazione è ideale con un’intensità del sole di 1.000 W/mq e con poche nuvole. In questo caso, la resa elettrica dei pannelli fotovoltaici è sufficientemente elevata da riflettere tutti i tipi di difetti in precedenza illustrati.