Drone termico per impianti fotovoltaici

Un drone termico è un aeromobile a pilotaggio remoto dotato di una termocamera a infrarossi, che registra informazioni legate alla temperatura delle superfici sottostanti o circostanti. Nell’ispezione fotovoltaica serve a osservare i pattern termici su moduli in esercizio, stringhe, connettori e alcune apparecchiature elettriche, senza iniziare con un’ispezione a terra di ogni componente.

Non tutte le termocamere forniscono lo stesso tipo di misura della temperatura. Alcune producono soprattutto immagini termiche, altre forniscono informazioni di temperatura calibrate per i pixel dell’immagine o per aree di misura. La capacità di misura dipende dal progetto della termocamera, dalla calibrazione, dalle impostazioni e dalle condizioni operative.

Velivolo e termocamera vanno quindi considerati separatamente. Stabilità di volo, posizionamento, controllo della quota e ripetibilità del percorso dipendono dalla piattaforma, mentre risoluzione termica, caratteristiche dell’obiettivo, capacità di misura della temperatura e sensibilità dipendono dalla termocamera.

Un drone termico non misura direttamente corrente, tensione, resistenza di isolamento o continuità. Registra il comportamento termico della superficie, che può indirizzare gli ispettori verso aree che richiedono ulteriori verifiche.

I moduli fotovoltaici assorbono l’energia solare e funzionano elettricamente mentre sono esposti alla luce. La temperatura superficiale dipende da irraggiamento, carico elettrico, costruzione del modulo, condizioni ambientali, vento, tipo di montaggio, ombreggiamento e altri fattori. Quando una cella, un’area del modulo, un connettore o un circuito si comporta in modo diverso, può generare un pattern termico diverso da quello di apparecchiature comparabili.

La termocamera registra la radiazione infrarossa delle superfici inquadrate e la converte in informazioni d’immagine. Gli ispettori confrontano poi i pattern tra moduli o componenti che operano in condizioni simili. Le differenze relative possono essere utili anche quando la sola temperatura assoluta non spiega la condizione.

Una singola cella calda localizzata può meritare un approfondimento, mentre un pattern più ampio sul modulo può essere associato al funzionamento dei diodi di bypass, a ombreggiamento, allo stato del circuito o ad altra causa. Può comparire anche il riscaldamento di connettori o morsetti, quando una maggiore resistenza elettrica produce calore sotto carico.

L’immagine richiede comunque un’interpretazione. Riflessi, angolo di ripresa, vento, passaggio di nuvole e irraggiamento variabile possono creare o nascondere differenze di temperatura apparenti. Un pattern termico va quindi trattato come un’osservazione prima che come una diagnosi.

La IEC 62446-3 fornisce un quadro per l’ispezione termografica all’aperto di impianti fotovoltaici in esercizio, comprendendo attrezzatura, condizioni ambientali, procedura, competenza del personale e rapporto.

Un drone termico può esaminare ampie aree di un impianto fotovoltaico senza che gli ispettori debbano avvicinarsi a ogni modulo durante il rilievo iniziale. Nei grandi impianti a terra questo può ridurre gli spostamenti a piedi inutili e aiutare a individuare le file o i moduli che meritano un esame più ravvicinato.

Il metodo può anche conservare il contesto di posizione. Quando le immagini termiche sono collegate alla posizione di volo, alla planimetria dell’impianto, agli identificativi delle file o alle immagini visibili, la squadra di manutenzione può tornare più direttamente nell’area interessata. È più utile di un termogramma la cui posizione fisica è incerta.

L’acquisizione aerea può offrire una panoramica uniforme della geometria ripetuta dei moduli, se percorso e condizioni di ripresa sono controllati. Questo è utile per confrontare apparecchiature simili in tutto l’impianto, soprattutto quando obiettivo del rilievo e risoluzione richiesta sono definiti prima del volo.

Il vantaggio operativo dipende dal sito. Spazio aereo difficile, aree di ispezione ridotte, layout irregolari dei moduli, vento forte, condizioni termiche sfavorevoli o un’ampia verifica a terra possono ridurre il vantaggio pratico dell’uso di un drone.

Un drone termico può quindi ridurre l’impegno sul campo in alcune ispezioni, ma non va descritto come automaticamente più economico, più rapido o più efficace per ogni impianto. Il valore dipende da dimensione dell’impianto, accesso, livello di dettaglio richiesto, condizioni e tipo di rilievo indagato.

Un set di dati di ispezione utile dovrebbe conservare più dei semplici screenshot termici isolati. Le immagini termiche fisse forniscono evidenze dettagliate per i singoli rilievi, mentre le corrispondenti fotografie nel visibile aiutano a individuare danni fisici, sporco, ombreggiamento, posizione del modulo o altro contesto.

Il video può offrire un contesto più ampio, ma non dovrebbe sostituire automaticamente le immagini fisse quando servono dettaglio di misura o tracciabilità. Compressione, movimento, angolo variabile e minore dettaglio per fotogramma possono rendere alcuni dati video meno adatti a una revisione termica precisa.

Contano anche i metadati di volo. Data, ora, posizione, quota, geometria della termocamera e informazioni sul percorso aiutano a collegare un’osservazione alla corretta apparecchiatura fisica. Dati ambientali come irraggiamento, vento, nuvolosità e temperatura dei moduli sono particolarmente rilevanti quando i rilievi termici vengono confrontati nell’impianto o tra rilievi diversi.

Il set di dati dovrebbe indicare le aree non acquisite in modo affidabile. Ostacoli, messa a fuoco scarsa, riflessi, interruzioni di comunicazione o zone di volo non sicure possono lasciare lacune da documentare, senza considerarle tacitamente ispezionate.

La quantità di immagini dovrebbe restare legata al valore della revisione. Acquisire più dati può aumentare la probabilità di documentare un rilievo, ma aumenta anche archiviazione e carico di revisione. Il flusso di ispezione dovrebbe conservare informazioni sufficienti a supportare le decisioni senza creare un archivio ingestibile.

L’accuratezza termica dipende da diverse caratteristiche distinte. La risoluzione spaziale determina quanto dettaglio fisico è rappresentato nell’immagine, mentre la sensibilità termica indica quanto piccola sia la differenza di temperatura che la termocamera distingue in condizioni specificate. La NETD descrive comunemente la sensibilità termica e non va considerata la stessa cosa dell’accuratezza di misura.

L’accuratezza della misura di temperatura è un’altra caratteristica. Riguarda quanto la temperatura riportata corrisponda a quella reale del bersaglio nelle condizioni di misura specificate per la termocamera. Una termocamera può avere buona sensibilità ed essere comunque influenzata da emissività impostata, riflessi, distanza, atmosfera, calibrazione e geometria di ripresa.

Nell’ispezione fotovoltaica la risoluzione conta perché una caratteristica a livello di cella deve occupare un’area d’immagine sufficiente per essere interpretata. Una termocamera non può identificare in modo affidabile un piccolo pattern termico se la quota di volo o l’obiettivo fanno rappresentare il bersaglio da troppo pochi pixel.

Le condizioni ambientali possono creare incertezze maggiori di quanto suggerisca la sola specifica della termocamera. Il vento raffredda le superfici dei moduli, il passaggio di nuvole cambia il carico elettrico e i riflessi del vetro possono produrre pattern di temperatura apparenti non legati al comportamento interno del modulo.

L’accuratezza va quindi valutata come sistema di misura che comprende termocamera, geometria di volo, bersaglio, impostazioni, ambiente e procedura di ispezione. Una singola specifica di scheda tecnica non descrive l’affidabilità di ogni misura sul campo.

Non esiste una durata fissa per un rilievo con drone termico. Il tempo necessario dipende da area del sito, geometria delle file, orientamento dei moduli, terreno, restrizioni di volo, risoluzione della termocamera, dettaglio richiesto, meteo, autonomia delle batterie e quantità di dati da acquisire.

Un rilievo pensato per individuare pattern ampi a livello di modulo può usare un profilo di volo diverso da uno pensato per risolvere caratteristiche a livello di cella. Voli più bassi e acquisizioni più fitte possono aumentare il numero di linee di volo e di immagini, mentre voli più alti possono ridurre il dettaglio al di sotto della risoluzione di ispezione richiesta.

Anche l’accesso al sito può influire sul tempo totale sul campo. Lunghe distanze tra i punti di decollo, zone vietate, terreno difficile, coordinamento con il personale dell’impianto o la necessità di riposizionarsi tra sezioni del campo possono aggiungere tempo operativo anche quando il velivolo vola in modo efficiente.

Il meteo è un’altra variabile importante. Vento, nuvolosità variabile o irraggiamento inadatto possono costringere la squadra a fermarsi, ripetere parte del rilievo o rinviare l’acquisizione termica. Completare rapidamente il percorso ha poco valore se i dati ottenuti non si possono interpretare in modo affidabile.

Il tempo di revisione va considerato separatamente dal tempo di volo. Un grande set di dati può richiedere un’organizzazione, un controllo qualità, un abbinamento delle posizioni e un’analisi notevoli dopo l’atterraggio del velivolo.

Per questi motivi la durata del rilievo va stimata sul sito reale e sull’obiettivo di ispezione, non a partire da un’affermazione universale di tempo per megawatt o per acro.

I dati di un drone termico non dimostrano la causa all’origine. Una cella, un connettore, un’area del modulo o un pattern insolito di stringa calda possono indicare un candidato da esaminare, ma più cause elettriche, ambientali o fisiche possono produrre un comportamento termico simile.

La termografia non stabilisce direttamente nemmeno resistenza di isolamento, polarità, tensione a circuito aperto, corrente di cortocircuito, continuità, caratteristiche IV o comportamento funzionale completo. Quando tali proprietà contano per la decisione di manutenzione, serve una prova elettrica appropriata.

Un rilievo termico non va descritto come capace, da solo, di prolungare la vita del modulo o dell’impianto. L’ispezione può aiutare a individuare condizioni che i team di manutenzione scelgono di affrontare, ma ogni effetto sulla vita delle apparecchiature dipende dal difetto effettivo, dall’intervento correttivo, dall’ambiente di esercizio e dallo stato successivo.

Un singolo volo non è un monitoraggio continuo. I problemi intermittenti possono non essere attivi durante il rilievo e nuove condizioni possono svilupparsi dopo l’ispezione.

La IEC 62446-3 non definisce un algoritmo software né un’unica soglia universale di temperatura del modulo. Tratta le modalità di esecuzione e di documentazione dell’ispezione termografica all’aperto di impianti fotovoltaici in esercizio, in condizioni adeguate.

Il software può organizzare immagini, rilievi e rapporti, ma non sostituisce le prove elettriche né l’interpretazione qualificata.