FLIR & iBros technic bezpośredni dystrybutor urządzeń omiarowych - kamery termowizyjne FLIR Systems w Polsce

Gdy ich temperatura wzrośnie panele słoneczne stają się mniej wydajne, wytwarzają mniej energii elektrycznej. Niektóre wady mogą prowadzić do pęknięcia panelu lub nawet produkować prąd wsteczny, który może uszkodzić całą instalację słoneczną. Kamery termowizyjne mogą być wykorzystywane do wykrywania gorących punktów na panelach z daleka, dzięki czemu można o wiele łatwiej znaleźć wady zanim doprowadzą do poważnych awarii.

Włoski instalator paneli słonecznych ELEM srl jest jedną z firm, która pracuje razem z Thermographic S.A.S. di Ermoni Alberto e C., doświadczonym kontrolerem termowizyjnym, dzięki czemu może zaoferować inspekcje termowizyjne dla swoich klientów. Jednym z inspektorów jest Alberto Ermoni, poziom II certyfikat thermographer.

Rys.1 Ten obraz pokazuje termicznie uszkodzoną komórkę w obrębiepanelu słonecznego. Przegrzane komórki utrudniają wydajność całego systemu fotowoltaicznego.

"Kamery termowizyjne firmy FLIR Systems są idealnym narzędziem do kontroli paneli słonecznych", mówi Ermoni. "Ta metoda kontroli jest bezpieczna i nieinwazyjna. Można użyć termowizji do przeglądania paneli słonecznych pod obciążeniem, więc nie trzeba wyłączać paneli. Podczas prawidłowego wykorzystania kamery termowizyjnej, pokazuje ona dokładne różnice temperatur pomiędzy komórkami lub w obrębie pojedynczej komórki, które pozwalają na identyfikację usterek we wczesnym stadium. "

Przegląd całego systemu

Inspekcje te nie ograniczają się do samych paneli słonecznych. "Można użyć termowizji do kontroli całego systemu, od samych paneli słonecznych do połączeń, falowników, bezpieczników i wszystkich innych elementów elektrycznych w systemie", wyjaśnia Ermoni.

Kamera termowizyjna Ermoni używająca tych kontroli to FLIR T640bx. "Aparat łączy w sobie najwyższej klasy jakość obrazu z zaawansowanymi funkcji, takimi jak łączność bezprzewodowa WiFi z tabletem i połączenia Bluetooth do wybranych narzędzi badawczych i pomiarowych z funkcją Extech MeterLink, takich jak miernik cęgowy Extech EX845. Kolejną rzeczą, którą często używam jest funkcja Picture-in-Picture. Ta nakładka obrazu termicznego na obraz wizualny pozwala mi lepiej zlokalizować gorące punkty".

Rys.2 Te moduły słoneczne nie wykazują żadnych wad, a ich temperatury są w maksymalnej temperaturze określonej przez producenta panelu słonecznego, zwykłe do pracy w słonecznych warunkach.

Bezprzewodowe połączenie z tabletem lub smartfonem

FLIR T640bx kamera termowizyjna zawiera detektor mikrobolometryczny, który wytwarza obrazy termalne o rozdzielczości 640x480 pikseli i przy czułości termicznej 35 mK (0.035°C). Ergonomiczna konstrukcja pozwala na termograficzne spojrzenie na obiekty we wszystkich możliwych kątach. Bezprzewodowe połączenie WiFi pomiędzy kamerą FLIR T640bx termicznego obrazowania oraz Tabletem PC lub smartfonem z systemem aplikacji FLIR Viewer umożliwia łatwe pokazywanie wyników kontroli na miejscu dla klientów i pozwala inspektorowi zrobić sprawozdanie dotyczące lokalizacji, zmniejszając ilość czasu, który by poświęcił na ręczne stworzenie raportu .

Połączenie przez Bluetooth pozwala automatycznie umieścić pomiary z wybranych urządzeń pomiarowych firmy Extech z funkcji MeterLink. Dzięki temu zapisywać pomiarów na papierze jest zbędne. To nie tylko przyspiesza kontrole, ale również zmniejsza ryzyko błędów ludzkich.

Wymienne obiektywy

Bardzo ważnym czynnikiem w wyborze FLIR T640bx kamery termowizyjnej przez Ermoni'ego jest fakt, że ma wymienne obiektywy. "W niektórych przypadkach stoją na podeście kontrolnych paneli słonecznych z odległości 10 metrów, ale w innej sytuacji może być kontroli tylnego końca paneli z odległości mniejszej niż jeden metr. W tych różnych sytuacjach trzeba różne optyki, teleobiektyw do kontroli z daleka o szerokim kącie obiektywu dla kontroli na krótkich odległościach. Wiele innych modeli kamery termowizyjnej nie posiada tej elastyczności w dziedzinie optyki. "

"Przeprowadzanie kontroli panelu słonecznego właściwie może być sporym wyzwaniem. Podczas inspekcji przodu paneli trzeba wiedzieć, jak wybrać odpowiedni punkt obserwacyjny i kąt widzenia, aby uniknąć odbić, ale trzeba także wiedzieć o emisyjności i odbitej temperaturze, jeśli chcemy uzyskać dokładne odczyty temperatury ".

Rys.3 Kamery termowizyjne mogą być wykorzystane do kontroli wszystkich elementów instalacji fotowoltaicznych, w tym do falownikiów, bezpieczników, kabli i połączeń.

Certyfikat ITC

Z tego powodu Ermoni prowadził kilka szkoleń w Centrum Szkolenia w podczerwieni FLIR (ITC). "Naprawdę trzeba tego typu szkolenia, aby być w stanie dostarczyć dokładne raporty", mówi Ermoni. "Widząc znaczenie właściwego szkolenia w tej dziedzinie jestem chętny do dzielenia się wiedzą, którą nabyłem z innymi inspektorami"

Aby wybór kamery termowizyjnej FLIR był oczywisty. "FLIR oferuje cały pakiet:. Bardzo wysokiej jakości kamery z zaawansowanymi funkcjami i doskonałą jakością obrazu, dobre oprogramowanie, bardzo dobre usługi po sprzedaży kursów i szkoleń dla wszystkich"

Rys. 1 Budowa ludzkiego oka

Oko ludzkie umożliwia nam zdobywanie bardzo dużej ilości informacji o otoczeniu, o odległościach, kształtach, ruchach oraz barwach, dzięki czemu możemy bezpiecznie poruszać się w przestrzeni oraz analizować obserwowaną sytuację.

Rys.2 Zakres fali widzialnych

Jednak nie wszystkie organizmy widzą tak samo, natura dostosowała sposób widzenia do potrzeb poszczególnych organizmów. Węże posiadają możliwość widzenia fal podczerwonych, za pomocą jamek termicznych, dzięki którym wąż wykrywa nawet minimalne zmiany temperatury.
Zmiany te wywołane są przez stałocieplne zwierzęta (myszy, ptaki), a także te zmiennocieplne (jaszczurki, żaby) ponieważ temperatura ich ciała jest nieco wyższa od temperatury otoczenia. Jamki skierowane są tak, aby wąż mógł określić odległość jak i wielkość swojej ofiary nawet w warunkach ograniczonej widoczności lub ciemną nocą. Organy te wykrywają różnice rzędu 0.001°C.

Rys. 3 Różnice ciepła na ciele ptaka

Teraz już możemy zrozumieć zasadę działania kamery termowizyjnej, która naśladuje i łączy pracę oka i jamek termicznych węży. Promieniowanie cieplne emitowane jest przez istoty żywe, zbiorowisko kropel cieczy, powierzchnię ciała stałego w obserwowanej przestrzeni czyli przez każdy obiekt, którego temperatura przekracza zero absolutne(-273, 15°C).

To promieniowanie przechodzi przez soczewkę i skupia się na detektorze. Współczesne detektory budowane są jako matryce pojedynczych detektorów, zwanych pikselami. Każdy z poszczególnych detektorów przetwarza padające na niego promieniowanie na sygnał elektryczny, który zmienia się zależnie od intensywności promieniowania podczerwonego. Sygnał ten jest przekształcany do postaci cyfrowej i wtedy już widzimy go na wyświetlaczu kamery (zdjęcie termowizyjne, termogram).

Kamera termowizyjna może być wykorzystana przez człowieka do różnych celów. Dzięki niej możemy zidentyfikować wady izolacji termicznej budynków,
uzyskać wiele informacji na temat wykonania prac budowlanych i jakości użytych materiałów oraz strat ciepła w naszych domach. Pozwala na łatwą lokalizacja rur
z ciepłą wodą oraz wycieków i nieszczelności, miejsc pęknięć sieci grzewczej i wodociągowej. Kamera termowizyjna czyni nas tak przebiegłym i skutecznym w oszczędzaniuenergii cieplnej jak przebiegły i sprytny potrafi być wąż w złapaniu i pochłanianiu „ciepła” ;)

Rys.4 Różne temperatury na elewacji budynku pozwalają na wykrycie wad.

Patrycja Surówka

Źródła:
Rys.1 pobrane z kck.wikidot.com
Rys2.-Rys.4 własne materiały

Zastosowanie kamer termowizyjnych w badaniach paneli słonecznych ma wiele zalet. Nieprawidłowości mogą być wyraźnie widoczne na ostrym obrazie termicznym oraz - w przeciwieństwie do większości innych metod - kamery termiczne mogą być używane do skanowania zainstalowanych paneli słonecznych, w czasie normalnej pracy. Wreszcie, kamery termowizyjne pozwalają skanować duże powierzchnie w krótkim czasie.

W dziedzinie badań i rozwoju kamery termowizyjne są narzędziem do oceny ogniw słonecznych i paneli. Dla tych skomplikowanych pomiarów, kamery o wysokiej wydajności, zwykle z chłodzonymi detektorami stosuje się w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych.

Jednakże stosowanie kamer termowizyjnych do paneli słonecznych nie jest ograniczone tylko w dziedzinie badań. Kamery termowizyjne są obecnie coraz częściej używane do kontroli jakości paneli słonecznych przed instalacją oraz do badań kontrolnych i konserwacyjnych po zamontowaniu panelu. Kamery te są przenośne, lekkie i pozwalają na bardzo elastyczne wykorzystanie w terenie.

Za pomocą kamery termowizyjnej potencjalne obszary problemowe mogą być wykryte i naprawione przed wystąpieniem rzeczywistych problemów i awarii. Ale nie każda kamera termowizyjna jest przeznaczona do kontroli ogniw słonecznych. Są pewne zasady i wytyczne, które muszą być przestrzegane w celu przeprowadzenia skutecznych kontroli i wyciągnięcia właściwych wniosków. Przykłady w tym artykule są oparte na modułach fotowoltaicznych z krystalicznych ogniw słonecznych; jednak zasady i wytyczne mają również zastosowanie do kontroli termograficznych modułów cienkowarstwowych.

Procedury kontroli paneli słonecznych z kamer termowizyjnych
Podczas procesu rozwoju i produkcji komórki słoneczne są uruchamiane elektrycznie lub z wykorzystaniem lampy błyskowej. Gwarantuje to, że istnieje wystarczający kontrast termiczny do dokładnych pomiarów termowizyjnych. Metoda ta nie może być stosowana przy badaniu paneli słonecznych w tej dziedzinie, jednak operator musi upewnić się, że nie ma wystarczającej ilości energii dostarczonej przez Słońce.

Aby osiągnać wystarczający kontrast termiczny podczas sprawdzania ogniw słonecznych, potrzebne jest natężenie promieniowania słonecznego 500 W / m2 lub więcej. Dla maksymalnego efektu wskazane jest natężenie promieniowania słonecznego 700W / m2. Natężenie promieniowania słonecznego opisuje incydent chwilowej mocy na powierzchni w jednostkach kW / m2, która może być mierzona poprzez piranometr (globalne promieniowanie słoneczne)lub pyrheliometr (bezpośrednie promieniowanie słoneczne). To w dużym stopniu zależy od położenia i lokalnych warunków pogodowych. Niskie temperatury na zewnątrz mogą również zwiększyć kontrast termiczny.

Jaki typ aparatu jest potrzebny?
Przenośne kamery termowizyjne do predykcyjnych przeglądów serwisowych zazwyczaj mają niechłodzony detektor mikrobolometryczny w zakresie 8-14 mikrometrów. Jednak szkło nie jest przezroczyste w tym obszarze. Gdy ogniwa słoneczne są kontrolowane od przodu, kamera termowizyjna widzi dystrybucję ciepła na powierzchni szkła, ale tylko pośrednio dystrybucję ciepła w komórkach bazowych. Dlatego różnice temperatur, które mogą być mierzone i obserwowane na powierzchni panelu słonecznego są małe. Aby te różnice były widoczne, kamera termowizyjna wykorzystywana do tych kontroli potrzebuje czułości termicznej ≤0.08K. Do wyraźnej wizualizacji małych różnic temperatury w obrazie termicznym, aparat powinien mieć możliwość ręcznej regulacji poziomu i rozpiętości.

Moduły fotowoltaiczne są zwykle montowane na bardzo refleksyjnej konstrukcji aluminiowej, która przedstawia się jako zimny obszar na obrazie termicznym, ponieważ odbija promieniowanie cieplne emitowane przez niebo. W praktyce oznacza to, że kamera termowizyjna rejestruje temperaturę ramową znacznie poniżej 0 ° C. Ponieważ wyrównanie histogramu obrazowania kamery termicznej automatycznie dostosowuje się do maksymalnych i minimalnych temperatur, wiele małych anomalii termicznych nie będzie od razu widoczne. Aby osiągnąć wysoki kontrast obrazu termicznego będzie potrzebna ciągła ręczna korekcja poziomu i zakresu.

 Tzw. DDE (Digital Detail Enhancement) zapewnia funcjonalne rozwiązanie.DDE automatycznie optymalizuje kontrast obrazu w scenach z wysokim zakresem dynamiki, a obraz termiczny nie musi być regulowany ręcznie. Kamera termowizyjna z funkcją DDE idealnie nadaje się do szybkich i dokładnych kontroli paneli słonecznych.

Zdjęcie termowizyjne bez DDE (od lewej) i z DDE (od prawej)

Przydatne funkcje

Kolejną przydatną funkcją dla kamery termowizyjnej jest tagowanie zdjęć termalnych z danych GPS. Pozwala to na łatwe zlokalizowanie wadliwych modułów w dużych obszarach, np. w gospodarstwach słonecznych, a także odnoszenie obrazów termicznych do urządzeń, np. w raportach.

Kamera termowizyjna powinna mieć wbudowany aparat cyfrowy, który wiąże się z obrazem cyfrowym (cyfrowe zdjęcia) umożliwiając zapisywanie z powiązanego obrazu termicznego. Jest to tzw. tryb fuzji pozwalający na nakładanie obrazów cieplnych i wizualnych, które mogą być również użyteczne. Przy tworzeniu raportów mogą okazać się przydatne komentarze głosowe oraz tekstowe, które mogą być zapisywane w kamerze razem z obrazem termicznym. 

Ustawienie aparatu: odbicia i emisyjność
Mimo, że szkło ma emisyjność 0.85-0.90 w zakresie 8-14 mikrometrów, pomiary termiczne na powierzchni szkła nie są łatwe do zrobienia. Odbicia szklane są lustrzane, co oznacza, że otaczające przedmioty o różnych temperaturach mogą być wyraźnie widoczne w obrazie termicznym. W najgorszym przypadku powoduje to błędną interpretację (fałszywe "gorące punkty") oraz błędy pomiarowe.

Aby uniknąć odbicia kamery termowizyjnej i operatora w szkle, instrument nie powinien być ustawiony prostopadle do sprawdzanego modułu. Jednak emisyjność jest najwyższa, gdy kamera ustawiona jest prostopadłe, a zmniejsza się wraz ze wzrostem kąta. Dobrym rozwiązaniem jest kąt patrzenia 5-60 °.

Kąt zależny od emisyjności szkła

Obserwacje długodystansowe
Nie zawsze łatwe jest osiągnięcie odpowiedniego kąta widzenia podczas pomiaru set-up. Korzystanie ze statywu może stanowić rozwiązanie tego problemu w większości przypadków. W trudniejszych warunkach może być konieczne skorzystanie z mobilnych platform roboczych, a nawet latanie helikopterem nad panelami słonecznymi. W tych przypadkach, większa odległość od celu może być korzystna, ponieważ większa powierzchnia może być postrzegana w jednym przejściu.

W celu zapewnienia wysokiej jakości obrazu termicznego do badań na dłuższych dystansach, powinna być stosowana kamera termowizyjna o rozdzielczości obrazu co najmniej 320 × 240 pikseli, a najlepiej 640 × 480 piksel.

Kamera powinna mieć również wymienny obiektyw, dzięki czemu operator może przejść do teleobiektywu podczas obserwacji na dużą odległość, taką jak z helikoptera. Wskazane jest jednak, aby korzystać tylko z teleobiektywów kamer termowizyjnych, które mają wysoką rozdzielczość obrazu. Niska rozdzielczość kamery termowizyjnej w pomiarach z dużej odległości przy użyciu teleobiektywu nie będzie w stanie odebrać małych szczegółów, które wskazują błędy cieplne paneli słonecznych. Aby nie wyciągnąć fałszywych wniosków należy trzymać kamerę termowizyjną pod odpowiednim kątem podczas inspekcji paneli słonecznych.

Patrząc na to z innej perspektywy

W większości przypadków, zainstalowane moduły fotowoltaiczne mogą być kontrolowane za pomocą kamery termowizyjnej z tylnej części modułu. Metoda ta minimalizuje przeszkadzające odbicia od słońca i chmur. Ponadto, temperatury uzyskane z tyłu mogą być większe, a pomiar jest wykonywany bezpośrednio, a nie przez powierzchnię szkła.

Warunki otoczenia i pomiarów
Podejmując inspekcje termograficzne, niebo powinno być jasne, ponieważ chmury zmniejszają natężenie promieniowania słonecznego, a także powodują zakłócenia przez odbicia. Informacyjne obrazy mogą być jednak uzyskane nawet przy zachmurzonym niebie, pod warunkiem, że używana kamera termowizyjna jest wystarczająco czuła. Pożądane są spokojne warunki, ponieważ każdy strumień powietrza na powierzchni modułu słonecznego powoduje konwekcyjne chłodzenie, a tym samym zmniejsza się gradient temperatury. Niższe temperatury powietrza dają wyższy potencjał kontrastu cieplnego. Dobrym rozwiązaniem jest przeprowadzanie inspekcji termograficznych w godzinach porannych.

Innym sposobem, zwiększenia kontrastu termicznego jest odłączenie komórki od obciążenia, w celu uniemożliwienia przepływu prądu. Następnie, obciążenie jest podłączone, a komórki obserwuje się w fazie nagrzewania.

W normalnych okolicznościach system powinien być sprawdzany w naturalnych warunkach pracy, to znaczy pod obciążeniem. W zależności od typu komórki i rodzaju uszkodzenia lub awarii, pomiary mocy bez obciążenia lub warunków zwarciowych mogą dostarczyć dodatkowych informacji.

Pirwszy obraz termograficzny pokazuje duże obszary o podwyższonej temperaturze. Bez większej liczby informacji nie wiemy czy są to nieprawidłowości termiczne czy cień lub refleksje. Kolejny termogram ukazuje tył modułu solarnego, obraz wykonany kamerą FLIR P660. Wizualny obraz tej sytuacji jest pokazany na kolejnym zdjęciu.

Błędy pomiaru
Błędy pomiaru wynikają przede wszystkim ze złego ustawienia kamery oraz panujących warunków otoczenia i pomiarowych.

Typowe błędy pomiarowe są spowodowane:

• zbyt płytkim kątem widzenia

• zmianą natężenia promieniowania słonecznego w czasie (z powodu zmian na niebie)

• odbiciami (np, słońce, chmury, okoliczne budynki o większej wysokości, pomiary set-up)

• częściowym zacienieniem (np. z powodu otaczających budynków lub innych budowli).

Co można zobaczyć w obrazie termicznym
Jeśli części panelu słonecznego są cieplejsze niż w innych miejscach, ciepłe obszary pojawią się wyraźnie w obrazie termicznym. W zależności od kształtu i położenia tych obszarów gorące plamy mogą wskazywać na wiele różnych wad. Jeżeli cały moduł jest cieplejszy niż zwykle może to wskazywać na występujące problemy.

Zacienienia i pęknięcia w komórkach pojawiają się jako gorące plamy lub wielokątne plamy w obrazie termicznym. Wzrost temperatury z komórki lub części komórki wskazuje na uszkodzoną komórkę lub zacienienia. Obrazy termiczne uzyskane pod obciążeniem, bez obciążenia oraz w warunkach zwarcia powinny być porównywane. Porównanie obrazów termicznych przednich i tylnych powierzchni modułu może dać cenne informacje. Oczywiście, dla prawidłowej identyfikacji awarii, moduły wykazujące anomalie muszą być testowane elektrycznie i poddane oględzinom.

Wnioski
Kontrola termowizyjna systemów fotowoltaicznych pozwala szybko lokalizować ewentualne uszkodzenia na poziomie komórek i modułów, jak również wykrycie ewentualnych problemów wzajemnych połączeń elektrycznych. Kontrole są przeprowadzane w normalnych warunkach pracy i nie wymagają zamykania systemu.

Dla prawidłowych i informacyjnych obrazów termicznych, obowiązują określone zasady i procedury pomiarowe:

• powinna być stosowana kamera termowizyjna z odpowiednimi akcesoriami;

• wymagane jest natężenie promieniowania słonecznego (co najmniej 500 W / m2 ; preferowane powyżej 700 W / m2);

• kąt widzenia musi być w bezpiecznym przedziale ( 5 ° - 60 °);

• należy zapobiegać zacienieniom i odbiciom

Kamery termowizyjne są wykorzystywane przede wszystkim do zlokalizowania usterki. Klasyfikacja i ocena wykrytych nieprawidłowości wymaga dogłębnego zrozumienia techniki solarnej, znajomości systemu kontroli i dodatkowych pomiarów elektrycznych. Właściwa dokumentacja jest oczywiście koniecznością i powinna zawierać wszystkie warunki kontroli, dodatkowe pomiary i inne istotne informacje.

Kontrole z kamery termowizyjnej – począwszy od kontroli jakości w fazie instalacji, kolejne regularne kontrole - ułatwiają proste monitorowanie stanu systemu. Pomaga to w utrzymaniu funkcjonalności paneli słonecznych i przedłuża ich żywotność. Za pomocą kamer termowizyjnych do kontroli kolektorów słonecznych można zdecydowanie przyspieszyć zwrot z wykonanej inwestycji.

Tabela 1: Lista typowych błędów modułu (Źródło: ZAE Bayern eV "Überprüfung der qualität von Photovoltaik- Modulen Infrarot-Aufnahmen mittels" ["Badania jakości w modułów fotowoltaicznych przy użyciu obrazowania w podczerwieni"], 2007)

FLIR MR176 Obrazowy wilgotnościomierz z IGM Infrared Guided Measurement

Wyposażony w technologię Infrared Guided Measurement (IGM)* zasilany przez wbudowany termowizyjny czujnik FLIR Lepton, MR176 wizualnie kieruje do danego miejsca, które może ukrywać wilgoć, dla dalszych testów i badań. Użyj zintegrowanego lasera i kursora krzyżykowego aby pomóc sprecyzować lokalizację problemu powierzchni znalezionej z IGM.

*IGM – Kierowany Pomiar w Podczerwieni (Infrared Guided Measurement)- technologia używa termowizyjnej technologii przez wizualne kierowanie do potencjalnych problemów, pokazując, gdzie są cieplejsze i zimne obszary na powierzchni – precyzyjnie uświadamia, gdzie należy umieścić licznik, aby otrzymać dokładny i szybki pomiar.

  Pobierz broszurę FLIR Seria MR