Dronethermografie

Dronethermografie maakt gebruik van een luchtplatform met een infraroodcamera om oppervlaktetemperatuurpatronen van apparatuur of constructies vast te leggen. Bij PV-inspecties registreert de camera de warmtestraling van modules in bedrijf en van bijbehorende apparatuur. Zo ontstaan beelden waarop verschillen tussen vergelijkbare componenten kunnen worden beoordeeld.

Het beeld meet niet rechtstreeks de elektrische stroom, de spanning, de isolatieweerstand of de weerstand van connectoren. Het legt het thermische gedrag aan het oppervlak vast. Elektrische fouten, schaduw, reflecties, omgevingsomstandigheden en normale verschillen in bedrijf kunnen allemaal van invloed zijn op wat op het beeld zichtbaar is.

Gegevens van een thermische camera met temperatuurmeting kunnen de vergelijking van temperaturen ondersteunen, mits de camera, de opnamegeometrie en de omgevingsomstandigheden geschikt zijn. Absolute waarden moeten toch zorgvuldig worden geïnterpreteerd, omdat emissiviteit, reflectie, kijkhoek, wind en andere factoren de meting beïnvloeden.

Bij PV-werkzaamheden is het doel meestal om afwijkende thermische patronen op te sporen en te koppelen aan modules, strings, connectoren of andere apparatuur. Het thermogram is daarom een bron van inspectiebewijs en geen volledige elektrische diagnose.

Grote PV-installaties bestaan uit herhaalde rijen modules die over uitgestrekte terreinen zijn verspreid. Met thermografie vanuit de lucht kunnen veel van die modules van bovenaf worden gescreend, zonder dat u eerst elke rij in detail op de grond hoeft te inspecteren. Zo kan het team bepalen waar nader onderzoek gerechtvaardigd is.

Thermische patronen kunnen plaatselijke celverwarming, verschillen tussen modules, verwarmde connectoren of delen onthullen die anders lijken te functioneren dan vergelijkbare apparatuur in de omgeving. Het nut van die waarnemingen hangt af van de vraag of het veld zich in een geschikte bedrijfstoestand bevindt en of de beelden onder omstandigheden zijn vastgelegd die vergelijking mogelijk maken.

Een drone biedt ook locatiecontext. Als de beelden en de plattegrond van het park correct op elkaar zijn afgestemd, kan de beoordelaar een thermische waarneming aan een specifieke rij of modulezone koppelen. Die traceerbaarheid is belangrijk, omdat een beeld weinig onderhoudswaarde heeft als monteurs de bijbehorende apparatuur niet kunnen vinden.

Tijdens dezelfde vlucht kunnen ook beelden in zichtbaar licht worden vastgelegd, voor zover de payload en het vliegplan dat toelaten. Door zichtbaar en thermisch bewijs naast elkaar te leggen, kunt u fysieke schade, vervuiling, schaduw of reflectie beter onderscheiden van temperatuurpatronen waarvoor elektrische opvolging nodig is.

De belangrijkste rol van dronethermografie is screening van grote gebieden en lokalisatie. Het neemt de noodzaak van controle op de grond niet weg wanneer de vermoede afwijking een directe meting vereist.

De planning van een vlucht begint bij het doel van de inspectie. Als het doel is afwijkingen op moduleniveau op te sporen, kan de vereiste ruimtelijke resolutie verschillen van die van een vlucht die kleinere kenmerken op celniveau moet onderscheiden. Camerakenmerken, lens, vlieghoogte, snelheid en kijkgeometrie moeten worden gekozen op basis van het gewenste detail.

Hoger vliegen vergroot het gebied dat op elk beeld zichtbaar is, maar verkleint het aantal pixels waarmee een module of cel wordt weergegeven. Een snelle vlucht kan de dekking verbeteren, maar kan bewegingsonscherpte veroorzaken of de kans verkleinen om een geschikte beeldkadrering aan te houden. De juiste route is daarom een compromis op basis van de inspectie-eis en niet alleen van maximale dekking.

Herhaalbare routes zijn nuttig wanneer het park meer dan eens wordt geïnspecteerd. Vergelijkbare geometrie kan latere vergelijkingen vergemakkelijken, vooral wanneer hoogte, richting, camerahoek en doelresolutie worden vastgelegd. Het herhalen van de route maakt twee inspecties op zichzelf niet vergelijkbaar als de omgevingsomstandigheden sterk verschillen.

Het vliegplan moet ook rekening houden met de positie van de trackers, het terrein, obstakels, elektrische infrastructuur, luchtruimbeperkingen en veilige start- en landingsplaatsen. Delen van het veld die niet betrouwbaar kunnen worden vastgelegd, moeten als beperkingen worden vermeld.

IEC 62446-3 biedt richtlijnen voor thermografische inspectie van PV-systemen in bedrijf in de buitenlucht, waaronder apparatuur, omgevingsomstandigheden, inspectieprocedure, vakbekwaamheid van het personeel en rapportage. Het is geen algoritme voor vluchtplanning en vervangt de locatiespecifieke luchtvaarteisen niet.

Instraling is een van de belangrijkste omstandigheden die PV-thermografie beïnvloeden. Modules moeten onder een betekenisvolle zoninstraling werken om bij veel elektrische afwijkingen een bruikbaar temperatuurcontrast te krijgen. Snelle veranderingen in de instraling kunnen het moeilijk maken om beelden te vergelijken die slechts enkele minuten na elkaar zijn gemaakt.

Ook wind beïnvloedt de oppervlaktetemperatuur door convectieve koeling. Sterke of wisselende wind kan het schijnbare verschil tussen normale en afwijkende gebieden verkleinen. Het vastleggen van de windomstandigheden helpt te verklaren waarom het thermische contrast tussen inspecties kan verschillen.

Wolkenbewegingen kunnen een ongelijke instraling over het veld veroorzaken. Een rij die in directe zon is opgenomen, is mogelijk niet vergelijkbaar met een andere rij die na het passeren van een wolk is vastgelegd, ook al komen beide beelden van dezelfde vlucht.

De moduletemperatuur geeft extra context, maar er bestaat geen enkel universeel temperatuurbereik dat bepaalt of een inspectie bij elk PV-park geldig is. IEC 62446-3 legt niet één vaste drempel voor de moduletemperatuur op voor alle installaties.

De kijkhoek is van belang, omdat het glas van PV-modules warmtestraling van de lucht, de omgeving en soms ook van het luchtvaartuig zelf weerkaatst. Schijnbaar warme of koele plekken kunnen daarom reflecties zijn en geen werkelijke toestand van de module.

Bij herhaalinspecties omvat het bruikbare dossier de omgevingsomstandigheden samen met de vluchtgeometrie en de apparatuurgegevens. Voor een vergelijking is een vergelijkbare meetcontext nodig, niet alleen vergelijkbare bestandsnamen of routes.

De eerste stap na de vlucht is het ordenen van de beelden op fysieke locatie. Modulerijen, blokken, strings of apparatuuridentificaties moeten worden gekoppeld aan de bijbehorende thermische en zichtbare beelden. Zonder deze stap kan de beoordeling waarnemingen opleveren waar in het veld niets mee gedaan kan worden.

De volgende stap is het opsporen van thermische patronen die afwijken van geschikte vergelijkingsgebieden. Een beoordelaar kan een plaatselijk verhoogde temperatuur, een koelere module dan verwacht, een zich herhalend celpatroon of verwarming van een verbinding noteren. De formulering moet beschrijven wat zichtbaar is voordat een oorzaak wordt toegewezen.

Vervolgens moeten omgevings- en geometrische artefacten waar mogelijk worden uitgesloten. Reflectie, slechte scherpstelling, een ongeschikte kijkhoek, een wolkenovergang of onvoldoende resolutie kunnen misleidende patronen veroorzaken. Bij een twijfelachtige waarneming kan een extra beeld of een herhaalde opname nodig zijn, in plaats van dat deze meteen als gebrek wordt ingedeeld.

Bevindingen kunnen daarna worden geprioriteerd voor controle op de grond. Het rapport moet het beeld, de locatie, de omgevingsomstandigheden en de reden voor de opvolging bewaren. Als elektrische metingen de vermoede toestand later bevestigen of weerleggen, moet dat resultaat aan hetzelfde dossier worden toegevoegd.

Software kan helpen bij het ordenen, in kaart brengen, beoordelen en rapporteren. Het maakt van beeldclassificatie geen bewijs van de elektrische toestand.

Thermische gegevens kunnen op zichzelf de grondoorzaak niet vaststellen. Een plaatselijk hete cel kan samenhangen met verschillende elektrische of fysieke omstandigheden, terwijl verwarming van een connector kan voortkomen uit weerstand die nog fysiek of elektrisch moet worden bevestigd. Vergelijkbare beeldpatronen kunnen verschillende oorzaken hebben.

Thermografie kan ook niet rechtstreeks de polariteit, de isolatieweerstand, de doorgang van de beschermingsleiding, de kortsluitstroom, de nullastspanning of het volledige IV-gedrag verifiëren. Voor die eigenschappen zijn elektrische tests nodig die speciaal voor het meten ervan zijn ontworpen.

Een normaal thermisch beeld bewijst niet dat een module of string foutloos is. Sommige gebreken veroorzaken onder de omstandigheden tijdens de vlucht nauwelijks een verschil in oppervlaktetemperatuur, terwijl sporadische fouten op het moment van inspectie mogelijk niet actief zijn.

Een dronevlucht is ook geen continue monitoring. Zij legt het park vast in een bepaald tijdvenster en kan niet laten zien wat er uren, dagen of weken later gebeurt, tenzij een andere vlucht of een monitoringsysteem de verandering vastlegt.

Dezelfde beperking geldt voor software. Hulpmiddelen voor beeldverwerking en rapportage kunnen bewijs ordenen, maar kunnen directe elektrische verificatie niet vervangen wanneer de onderhoudsbeslissing afhangt van een elektrische eigenschap.

Een drone is mogelijk overbodig bij een zeer klein inspectiegebied dat directer en veiliger vanaf de grond kan worden onderzocht. Het inzetten van een luchtvaartuig, een piloot, een thermografische werkwijze en een proces voor gegevensbeoordeling kan extra complexiteit opleveren als slechts enkele bereikbare modules onderzocht hoeven te worden.

Een dringende elektrische fout kan ook directe afscherming en rechtstreeks elektrisch werk vereisen in plaats van een inspectie vanuit de lucht. Als een omvormer een gevaarlijke isolatietoestand meldt of monteurs een actieve vlamboog of beschadigde spanningvoerende apparatuur constateren, gaat de toepasselijke elektrische veiligheidsprocedure voor. Een vlucht mag de respons die de situatie vereist niet vertragen.

Toegang tot de locatie en luchtvaartbeperkingen kunnen thermografie vanuit de lucht ook onpraktisch maken. Beperkt luchtruim, werkzaamheden in de buurt, personen, constructies, harde wind, ongeschikt weer of het ontbreken van een veilige startplaats kunnen nuttige of wettelijk toegestane vluchten onmogelijk maken.

Slechte thermische omstandigheden zijn een andere reden om niet door te gaan louter omdat de drone beschikbaar is. Snelle wolkenwisselingen, ongeschikte instraling, sterke wind of hevige reflecties kunnen gegevens opleveren die moeilijk betrouwbaar te interpreteren zijn.

In deze gevallen kunnen thermografie op de grond, directe elektrische tests, visuele inspectie, monitoringanalyse of een andere methode de vraag directer beantwoorden. Het inspectiemiddel moet het technische probleem volgen en niet de beschikbaarheid van het luchtvaartuig.