Nieprawidłowości są bez problemu widoczne na wyraźnym obrazie termowizyjnym i – w przeciwieństwie do większości innych metod – kamer termowizyjnych można użyć do skanowania zainstalowanych paneli słonecznych podczas normalnego działania. Kamery termowizyjne pozwalają także skanować duże obszary w krótkim czasie.

W dziedzinie badań i rozwoju kamery termowizyjne są już uznanym narzędziem oceny ogniw i paneli słonecznych. Do tych zaawansowanych pomiarów zwykle używane są, w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych, kamery o wysokich parametrach z chłodzonymi detektorami. Jednak stosowanie kamer termowizyjnych do oceny paneli słonecznych nie ogranicza się tylko do badań naukowych. Niechłodzone kamery termowizyjne są obecnie coraz częściej używane do kontroli jakości paneli słonecznych przed zainstalowaniem oraz do regularnego utrzymania ich w ruchu po ich zainstalowaniu. Te niedrogie kamery są lekkie i przenośne, co pozwala na dowolne ich wykorzystanie w terenie. Za pomocą kamery termowizyjnej można wykryć miejsca potencjalnych problemów i naprawić je przed faktycznym wystąpieniem awarii. Jednak nie każda kamera termowizyjna nadaje się do kontroli ogniw słonecznych. Istnieją pewne zasady i wytyczne, które muszą być przestrzegane w celu przeprowadzenia efektywnej kontroli i wyciągnięcia prawidłowych wniosków. Przykłady w tym artykule są oparte na modułach fotowoltaicznych z krystalicznymi ogniwami słonecznymi, jednak te zasady i wytyczne dotyczą także kontroli termograficznej modułów cienkowarstwowych, ponieważ podstawowe koncepcje termografii są takie same.

Procedury kontroli paneli słonecznych za pomocą kamer termowizyjnych
W procesie rozwoju i produkcji ogniwa słoneczne są aktywowane elektrycznie lub przy użyciu lamp błyskowych. Zapewnia to wystarczający kontrast termiczny do dokładnych pomiarów termograficznych. Tej metody nie można stosować do testowania paneli słonecznych w terenie, więc operator musi zapewnić wystarczającą ilość światła słonecznego. Aby osiągnąć wystarczający kontrast termiczny podczas kontroli ogniw słonecznych w terenie, potrzebne jest napromieniowanie słoneczne 500 W/m2 lub wyższe. W celu osiągnięcia najlepszych wyników zalecane jest napromieniowanie słoneczne na poziomie 700 W/m2. Napromieniowanie słoneczne określa moc chwilową na powierzchni w jednostkach kW/m2, która może być zmierzona piranometrem (w przypadku globalnego napromieniowania słonecznego) lub pirheliometrem (w przypadku bezpośredniego napromieniowania słonecznego). Zależy ono w dużym stopniu od miejsca i lokalnych warunków pogodowych. Kontrast termiczny mogą również zwiększać niskie temperatury zewnętrzne.

Jaki rodzaj kamery jest potrzebny?

Ręczne kamery termowizyjne do kontroli prognostycznych mają zazwyczaj niechłodzony detektor mikrobolometryczny reagujący na długości fal 8–14 μm. Jednak szkło nie jest przezroczyste w tym zakresie. Gdy ogniwa słoneczne są kontrolowane z przodu, kamera termowizyjna widzi rozkład ciepła na powierzchni szkła, ale tylko pośrednio rozkład ciepła w ogniwach pod spodem. W związku z tym różnice temperatur, które można zmierzyć i zobaczyć na szklanej powierzchni panelu słonecznego, są małe. Aby różnice te były widoczne, kamera termowizyjna używana do tych kontroli musi mieć czułość termiczną ≤ 0,08 K. Aby wyraźnie ukazać małe różnice temperatur na obrazie termowizyjnym, kamera powinna również umożliwiać ręczną regulację poziomu i zakresu. Moduły fotowoltaiczne są zwykle montowane na wysoce odblaskowym szkielecie aluminiowym, który na obrazie termowizyjnym jest widoczny jako zimny obszar, ponieważ odbija promieniowanie cieplne emitowane przez niebo.

W praktyce oznacza to, że kamera termowizyjna rejestruje temperaturę szkieletu jako znacznie poniżej 0°C. Ponieważ wyrównanie histogramu kamery termowizyjnej automatycznie dostosowuje się do maksymalnej i minimalnej zmierzonej temperatury, wiele małych anomalii termicznych nie będzie widocznych od razu. Aby uzyskać obraz termiczny o wysokim kontraście, konieczna jest ciągła ręczna korekta poziomu i zakresu. Rozwiązaniem jest funkcja nosząca nazwę DDE (Digital Detail Enhancement – cyfrowe wzmocnienie szczegółów). DDE automatycznie optymalizuje kontrast obrazu w polach o wysokim zakresie dynamicznym, a obrazu termowizyjnego nie trzeba dostosowywać ręcznie. Kamera termowizyjna z funkcją DDE doskonale nadaje się więc do szybkiej i precyzyjnej kontroli paneli słonecznych.

Przydatne funkcje

Inną przydatną funkcją kamery termowizyjnej jest oznaczanie obrazów termowizyjnych danymi GPS. Pomaga to zlokalizować wadliwe moduły na dużych obszarach, np. na farmach słonecznych, a także powiązać obrazy termowizyjne z urządzeniami, np. w raportach. Kamera termowizyjna powinna mieć wbudowany aparat cyfrowy, aby skojarzony obraz (zdjęcie cyfrowe) mógł być zapisany z powiązanym obrazem termowizyjnym. Przydatny jest również tzw. tryb łączenia, który umożliwia nakładanie zdjęć i obrazów termicznych. Komentarze tekstowe i głosowe, które mogą być zapisane w kamerze wraz z obrazami termowizyjnymi, stanowią dodatkową korzyść w przypadku raportowania.

Ustawienie kamery: należy wziąć pod uwagę odbicia i emisyjność
Chociaż szkło ma emisyjność 0,85–0,90 w pasmie częstotliwości 8–14 μm, pomiary termowizyjne na powierzchniach szklanych nie są łatwe. Odbicia szkła są lustrzane, co oznacza, że okoliczne obiekty o różnych temperaturach mogą być wyraźnie widoczne na obrazie termowizyjnym. W najgorszym przypadku powoduje to błędy interpretacji (fałszywe „gorące punkty”) i błędy pomiarowe. W celu uniknięcia odbicia kamery termowizyjnej i operatora w szkle nie można jej umieszczać prostopadle do kontrolowanego modułu. Emisyjność jest jednak najwyższa, gdy kamera jest prostopadła, i zmniejsza się wraz z rosnącym kątem. Kąt widzenia 5–60° stanowi dobry kompromis (0° to kąt prostopadły).

Obserwacje z dużej odległości

Nie zawsze można łatwo osiągnąć odpowiedni kąt widzenia podczas wykonywania pomiaru. W większości przypadków użycie statywu rozwiązuje problem. W trudniejszych warunkach konieczne może być użycie mobilnych platform roboczych lub nawet przelot helikopterem nad ogniwami słonecznymi. W takich przypadkach większa odległość od celu może być korzystna, ponieważ większy obszar można sprawdzić w jednym przebiegu. Aby zapewnić odpowiednią jakość obrazu termowizyjnego, do większych odległości należy użyć kamery termowizyjnej o rozdzielczości min. 320×240 pikseli – najlepiej 640×480 pikseli.

Kamera powinna mieć również wymienny obiektyw, aby operator mógł zastosować teleobiektyw w celu prowadzenia obserwacji z daleka, np. z helikoptera. Wskazane jest jednak używanie teleobiektywów tylko w kamerach termowizyjnych, które mają wysoką rozdzielczość obrazu. Kamery termowizyjne o niskiej rozdzielczości nie będą mogły rejestrować małych szczegółów termicznych, które wskazują na wady paneli słonecznych, przy pomiarach z dużej odległości z użyciem teleobiektywu.

>>Zobacz kamery termowizyjne do testowania paneli słonecznych<<

Źródło: Kamery IR