Ispezione a infrarossi (IR) degli impianti fotovoltaici

L’ispezione a infrarossi fotovoltaica usa una termocamera per registrare gli andamenti della temperatura superficiale sui moduli fotovoltaici in esercizio e sulle apparecchiature elettriche collegate. Lo scopo è individuare le aree che si comportano in modo diverso dai componenti comparabili e che possono richiedere un’indagine più approfondita.

L’ispezione può essere eseguita da terra oppure con la termografia aerea tramite drone. I grandi impianti solari traggono spesso vantaggio dal rilievo aereo, perché molte file di moduli possono essere analizzate senza partire da un’ispezione dettagliata a terra di ogni componente.

L’ispezione a infrarossi registra il comportamento termico e non grandezze elettriche come tensione, corrente, resistenza di isolamento o continuità. Una cella, un connettore, una zona del modulo o una differenza a livello di stringa più caldi sono quindi un’osservazione che richiede un contesto prima di diventare una diagnosi.

Il metodo è più utile quando l’impianto funziona in condizioni che consentono un contrasto termico significativo. Condizioni ambientali, stato elettrico, risoluzione della termocamera e geometria di osservazione influenzano tutte ciò che si può interpretare dalle immagini.

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

L’ispezione a infrarossi serve a esaminare le apparecchiature fotovoltaiche in esercizio alla ricerca di andamenti di temperatura che possano indicare una condizione anomala. Invece di provare elettricamente ogni modulo come primo passo, il team di ispezione può individuare i candidati e concentrare gli interventi successivi su file, stringhe, moduli o connessioni specifici.

Può essere utile dopo che nei dati di monitoraggio compare uno scostamento di produzione. Se un ingresso dell’inverter o una stringa si comporta in modo diverso dai circuiti comparabili, l’ispezione a infrarossi può mostrare se anche un modulo o una connessione elettrica della stessa area presentano un comportamento termico insolito.

Il metodo può inoltre supportare rilievi programmati dello stato dell’impianto. Ispezioni termiche ripetute possono costruire nel tempo una registrazione delle osservazioni, quando condizioni e posizioni di acquisizione sono documentate abbastanza bene da consentire il confronto.

Un altro uso è l’ispezione legata a un evento. Temporali, grandine, incidenti elettrici, interventi di manutenzione o altre modifiche possono giustificare una verifica a infrarossi mirata, quando l’evidenza termica è rilevante per la condizione sospetta.

L’ispezione non va considerata una garanzia che ogni difetto diventi visibile. Alcuni problemi elettrici producono poca differenza di temperatura superficiale nelle condizioni presenti durante il rilievo.

L’ispezione inizia definendo l’ambito e il livello di dettaglio richiesto. Un rilievo ampio a livello di modulo richiede una risoluzione spaziale diversa da una verifica destinata a distinguere caratteristiche più piccole, a livello di cella. Scelta della termocamera, obiettivo, altezza di volo, angolo di osservazione e distanza dal bersaglio vanno pianificati di conseguenza.

Il campo fotovoltaico deve funzionare in condizioni utili. L’irraggiamento influisce sul carico elettrico e sul contrasto termico, mentre il vento modifica il raffreddamento della superficie. Un rapido passaggio di nuvole può rendere difficile confrontare una parte del campo con un’altra, anche all’interno dello stesso rilievo.

L’angolo di osservazione è importante perché il vetro dei moduli riflette la radiazione infrarossa. Cielo, strutture circostanti, terreno, vegetazione o la stessa piattaforma di ispezione possono produrre zone apparentemente calde o fredde che non sono generate dal modulo.

Conta anche la risoluzione sul bersaglio. Se la caratteristica indagata è rappresentata da troppo pochi pixel del rivelatore, l’immagine può non consentire un’interpretazione affidabile. Il software non può recuperare un dettaglio che non era presente nell’acquisizione originale.

La squadra di campo deve registrare le condizioni utili alla revisione successiva. Irraggiamento, vento, stato delle nuvole, temperatura del modulo, configurazione della termocamera, percorso e aree che non è stato possibile ispezionare in modo affidabile possono far parte della registrazione dell’ispezione.

Un riscaldamento localizzato di una cella può indicare che una parte del modulo si comporta in modo diverso dalle celle circostanti. Tra le cause possibili ci sono danni alla cella, mismatch, ombreggiamento, comportamento delle interconnessioni o un’altra condizione elettrica o fisica. L’immagine non stabilisce quale spiegazione sia corretta senza ulteriori evidenze.

Il comportamento dei diodi di bypass può produrre andamenti termici più ampi, a livello di modulo, in alcuni stati di funzionamento. Tali andamenti possono giustificare una verifica elettrica del modulo o della stringa, ma non vanno convertiti automaticamente in un guasto confermato del diodo.

Anche le connessioni possono mostrare un riscaldamento anomalo. Un connettore, un morsetto, un portafusibile, un giunto di cavo o un altro componente percorso da corrente che funziona più caldo di apparecchiature comparabili può avere una resistenza elevata o un’altra condizione che richiede un’indagine fisica ed elettrica.

Le irregolarità di stringa possono apparire come moduli o sezioni più caldi o più freddi dei circuiti adiacenti. Le differenze possono derivare da stato di funzionamento, ombreggiamento, scollegamento, configurazione elettrica o guasto. Dati di monitoraggio e informazioni sul circuito sono utili per interpretare questi andamenti.

L’evidenza termica può anche riflettere contaminazione o ombreggiamento dovuto alla vegetazione. Le immagini nel visibile possono aiutare a capire se un’apparente anomalia del modulo corrisponda a una condizione esterna della superficie.

Il risultato è un elenco di candidati, non diagnosi automatiche.

L’ispezione a infrarossi non può dimostrare la causa all’origine basandosi soltanto sull’aspetto della temperatura. Condizioni diverse possono produrre andamenti termici simili, mentre riflessi e condizioni ambientali variabili possono talvolta somigliare a vere anomalie delle apparecchiature.

Le immagini termiche non verificano direttamente nemmeno le proprietà elettriche. Polarità, resistenza di isolamento, tensione a circuito aperto, corrente di cortocircuito, continuità di protezione, comportamento IV e resistenza dei connettori richiedono la misura elettrica appropriata quando queste proprietà contano.

Un’immagine a infrarossi normale non dimostra che il modulo o la stringa siano elettricamente sani. Alcuni difetti possono essere intermittenti, produrre poco calore o non essere attivi al momento dell’ispezione.

Un singolo rilievo termico non è un monitoraggio continuo. Registra un periodo definito e non può mostrare che cosa accada prima o dopo quella finestra, a meno che un altro sistema di monitoraggio o di ispezione fornisca l’informazione.

La IEC 62446-3 non definisce un’unica soglia di temperatura valida per tutti i moduli o i siti fotovoltaici. Non rende nemmeno un’immagine termica una decisione automatica di superato o non superato, indipendente dalle condizioni ambientali e di esercizio.

Il software può aiutare a individuare andamenti candidati, ma non può sostituire l’evidenza tecnica necessaria per confermare la condizione elettrica.

Una buona registrazione dell’ispezione a infrarossi dovrebbe indicare che cosa è stato ispezionato, quando si è svolto il rilievo, quali apparecchiature sono state usate e in quali condizioni ambientali e di esercizio sono stati acquisiti i dati. Ogni osservazione termica rilevante deve inoltre essere collegata a una posizione fisica.

Immagini termiche e nel visibile possono essere abbinate quando ciò aiuta l’interpretazione. Gli identificativi di fila, modulo, stringa, blocco o apparecchiatura devono permettere ai tecnici di tornare nel punto corretto per la verifica.

Il rapporto deve distinguere l’osservazione dalla diagnosi. Una differenza di temperatura localizzata può essere registrata direttamente, mentre l’affermazione di un diodo guasto, di una cella danneggiata o di una connessione ad alta resistenza deve poggiare sulle evidenze necessarie a quella conclusione.

La frequenza delle ispezioni deve seguire lo stato dell’impianto, i dati di monitoraggio, la strategia di manutenzione, i contratti, lo storico delle apparecchiature e gli eventi scatenanti. Non esiste un intervallo universale valido per ogni sito solare.

Le ispezioni ripetute diventano più utili quando percorso, risoluzione sul bersaglio, condizioni ambientali e posizione delle immagini sono registrati in modo coerente. Percorsi simili da soli non bastano se irraggiamento, vento, temperatura dei moduli o condizioni delle nuvole differiscono in modo sostanziale.

Le aree che non possono essere ispezionate in modo affidabile vanno indicate come limitazioni e non trattate come normali.

L’ispezione termica dà il meglio quando orienta le prove elettriche verso la parte dell’impianto che ha davvero bisogno di una verifica. Una differenza termica a livello di stringa può portare a controlli di corrente o di tensione, mentre un’anomalia a livello di modulo può giustificare il tracciamento della curva IV o un’altra misura elettrica.

La prova di resistenza di isolamento può indagare percorsi di dispersione indesiderati quando danni, umidità o un’altra condizione sollevano dubbi sull’isolamento elettrico. La prova di continuità può verificare i percorsi di collegamento equipotenziale di protezione e i controlli di polarità possono confermare l’orientamento dei conduttori dopo l’installazione o una riparazione.

Un sospetto problema a un connettore può richiedere un’ispezione diretta nella condizione elettrica sicura appropriata. L’immagine termica può mostrare che una connessione funziona più calda di apparecchiature comparabili, ma non misura la resistenza di contatto né dimostra il motivo del riscaldamento.

Anche l’evidenza elettrica ha dei limiti. Un normale valore di Voc non dimostra che un modulo sia termicamente normale, mentre un risultato di isolamento accettabile non dimostra che ogni cella funzioni come previsto. Ogni prova deve rispondere a una domanda definita.

Il flusso di ispezione deve quindi passare dall’individuazione dei candidati alla conferma. I dati a infrarossi indicano dove guardare; la prova elettrica verifica la proprietà associata al guasto sospetto.