ISPEZIONE DI PANNELLI FOTOVOLTAICI

I campi fotovoltaici, come qualsiasi altro oggetto di infrastruttura artificiale, richiedono ispezioni periodiche. Solitamente l’ispezione di campi fotovoltaici per la rilevazione anomalie (pannelli che si surriscaldano a causa di problemi di connessione, hanno danni fisici o sono sporchi o coperti da detriti), richiede l’uso di due telecamere; quella ad infrarossi (IR) e quella per la luce visibile (RGB).

Un drone dotato di telecamera termica (IR) è la scelta migliore per l’ispezione sul campo dei pannelli solari, poiché nella maggior parte dei casi consente di risparmiare sui costi rispetto all’aviazione presidiata e consente di risparmiare tempo rispetto al controllo visivo con una telecamera a IR portatile.

È possibile utilizzare anche i droni semiprofessionali con fotocamere intercambiabili (come DJI Inspire), ma ciò richiede di occorre effettuare due voli, un primo volo con la videocamera a luce visibile e poi ripeterlo con la telecamera IR.

Per ridurre al minimo la durata dell’ispezione, si possono montare contemporaneamente i due tipi di telecamera (per luce visibile e IR); visto il maggior peso delle attrezzature ciò richiede l’impiego di un drone con adeguata capacità di carico (Payload) quale ad es. il DJI Matrice 210 RTK

DIFETTI RILEVABILI

In generale, le difettosità che è possibile riscontrare sono le seguenti:

  • Cella in corto circuito, quando una singola cella all’interno di un modulo presenta evidenti segni di bruciatura di natura elettrica, visibili anche senza l’ausilio della termo camera.
  • Diodo di bypass difettoso, quando uno dei diodi presenti nella scatola di giunzione si guasta generando lo scorrimento di corrente inversa attraverso di esso. Ciò comporta il danneggiamento della scatola di giunzione e il surriscaldamento delle celle connesse in parallelo a tale diodo le quali, non generando più corrente, si surriscaldano. Questo difetto è chiaramente visibile da termo camera in quanto è riscontrabile il modulo fotovoltaico più caldo per un terzo esatto della sua superficie (in caso di due diodi difettosi sarà più caldo per due terzi e così via).
  • Hot spot, quando è presente, in una o più celle del modulo fotovoltaico, un ombreggiamento parziale oppure un guasto meccanico interno (es. rottura dei conduttori, delaminazione, ecc.). Ciò è visibile solo da termo camera in quanto si evidenzia un punto singolo all’interno del modulo più caldo rispetto all’area circostante.
  • Problemi generali di connessione, quando uno o più pannelli non sono collegati correttamente al sistema; in tal caso l’energia prodotta dai pannelli non può fluire attraverso il sistema in modo da convertirla in calore e l’intero pannello si scalda rispetto a quelli collegati correttamente.

Figura 1: immagine di pannelli solari FV presi dalla termocamera FLIR nello spettro IR

Ad es. in figura 1, il pannello contrassegnato con Bx7 presenta una temperatura media leggermente più alta rispetto agli altri pannelli e deve essere pertanto controllato.

Danno fisico: Un danno fisico al pannello provoca piccole aree di riscaldamento in quanto l’energia viene assorbita dietro l’area danneggiata. In figura 1 è visibile un danno fisico che si evidenzia come un punto luminoso nel rettangolo contrassegnato con Bx3, con temperatura massima 169,4 °F (76,3 °C). In altri punti dell’immagine sono visibili ulteriori pannelli con danni fisici.

Entrambi i tipi di difetti di solito sono chiaramente visibili sulle immagini nello spettro IR, ciò rende la localizzazione dei difetti relativamente facile anche su una immagine ortofotografica composta.

Figura 2: Mappa ortofotografica di un piccolo campo di pannelli fotovoltaici composta da immagini IR riprese con la termocamera FLIR

Nello spettro visibile (utilizzando la videocamera RGB) in genere è possibile rilevare solo anomalie quali la presenza di detriti o sporco sui pannelli. Ciò aiuta a determinare se il punto caldo (Hotspot) rilevato nell’immagine IR è dovuto ad un malfunzionamento del pannello o se è dovuto a detriti (sporco, escrementi di uccelli, ecc.) che si riscaldano.

Figura 3: Foto ripresa con la telecamera visibile, si notano detriti sul pannello.

Le rotture del vetro di solito non sono rilevabili a meno che il Drone non voli molto basso dato che le fessure sono piccole. Solo in caso di danni gravi, le foto possono mostrare delle rotture del vetro.

 Pianificazione delle missioni di ispezione su campi fotovoltaici

In generale, le missioni di ispezione su campi fotovoltaici con l’impiego di droni sono pianificate allo stesso modo delle missioni di fotogrammetria APR Standard: occorre impostare dell’area di rilevamento, ottimizzare il percorso e le impostazioni delle telecamere per ottenere il miglior risultato dall’elaborazione dei dati raccolti.

Figura 4: missione di ispezione dei pannelli solari pianificata

Selezione GSD (risoluzione a terra)

Per la fotogrammetria è importante che venga correttamente definita la risoluzione a terra (GSD, distanza tra i centri di due Pixel) in quanto è la caratteristica principale dei dati di Output dell’indagine.

In caso di ispezione di pannelli fotovoltaici, il cliente deve indicare quali difetti devono essere rilevati. Per rilevare pannelli con problemi di connessione, il parametro GSD per IR in genere viene impostato a 25 cm. Per rilevare danni fisici o Hotspot più piccoli di un intero pannello, il GSD dovrebbe essere impostato tra 5 e 16 cm; più è basso (cioè risoluzione a terra alta) minore sarà l’area coperta dalla singola immagine; ciò si traduce in maggiore durata dell’ispezione.

Quando il drone trasporta simultaneamente la telecamera IR e quella per luce visibile, il GSD per la luce visibile non è rilevante in quanto sarà sicuramente molto migliore rispetto alla risoluzione del sensore IR. Ad esempio, a 60 m di distanza una fotocamera ottica con obiettivo da 24 mm avrà un GSD di 5 la telecamera termica con obiettivo FLIR da 19 mm produrrà immagini con GSD 14,5.

Posizione della fotocamera

L’angolo di ripresa ottimale per l’ispezione termica dei pannelli fotovoltaici è compreso tra 5 e 30 gradi per evitare riflessi e letture di temperatura imprecise.

Mappe ortofotografiche

Le tecniche di composizione fotografica delle singole immagini per la realizzazione (anche automatica) di mappe ortofotografiche possono essere impiegate sia per le immagini a luce visibile che quelle IR.

La mappa ortofotografica (ortofoto) può essere generata rapidamente dopo il volo direttamente in loco. Questo permette di individuare con certezza e rapidità i pannelli con criticità, restituendo allo stesso tempo un’analisi d’insieme di tutto il campo fotovoltaico.

Figura 5: Mappa ortofotografica di un campo fotovoltaico composta utilizzando il Software di fotogrammetria

Figura 6: Mappa ortofotografica del campo fotovoltaico nello spettro IR

Le mappe ortofotografiche di campi fotovoltaici relativamente piccoli possono essere analizzate manualmente con un diverso livello di Zoom.

Figura 7: Rilevamento automatico di difetti sui pannelli solari

Indubbiamente l’utilizzo di droni per il rilievo di un’area o l’ispezione di una infrastruttura consente un interessante risparmio di tempo e costi. Le funzionalità e gli strumenti di pianificazione delle missioni (ad es. Software Drone di UgCS) consentono ai piloti di personalizzare ogni missione in base ai requisiti dell’applicazione.

 Velocità di acquisizione ed elaborazione

L’acquisizione dei fotogrammi RGB e IR da video e non da foto consente una maggiore velocità di acquisizione e di elaborazione dei dati, velocizzando tutte le operazioni da compiere in loco. L’acquisizione del dato da foto, invece, richiederebbe un volo più lento, con conseguente allungamento di tempi e costi per le operazioni.