Hoe zonnepanelen werken

Een zonnepaneel zet licht om in elektriciteit. Die zin verbergt wat telt voor wie een installatie inspecteert: de omzetting vindt plaats in een halfgeleider en alleen waar licht een werkende cel bereikt.

Zonlicht komt aan als fotonen. Wanneer een siliciumcel een foton absorbeert, kan dat een elektron vrijmaken. De cel is opgebouwd uit een positieve en een negatieve laag, zodat de vrijgemaakte ladingen ergens heen kunnen: elektronen verzamelen zich aan één kant, het verschil wordt spanning en zodra een circuit gesloten is, gaat er stroom lopen. Dat is het fotovoltaïsche effect.

Uit deze beschrijving volgen twee gevolgen. Ten eerste hangt de opbrengst af van hoeveel licht de cel bereikt: schaduw, vervuiling en sneeuw verlagen die rechtstreeks. Ten tweede hangt de opbrengst ervan af dat de cel nog een werkende halfgeleider is: een gebarsten cel, een gebroken verbinding of een via de bypassdiode overbrugd deel van de string verandert wat de module kan leveren, zelfs in volle zon.

Het loont om de niveaus goed uit elkaar te houden, want een bevinding uit een inspectie moet op het juiste niveau worden gelokaliseerd.

• Cel. De kleinste omzettende eenheid. Een module bevat er veel, in serie geschakeld.
• Module (paneel). Cellen ingekapseld achter glas, met een frame en een aansluitdoos. Een gebruikelijke indeling is zes bij tien cellen, maar de opbouw verschilt per fabrikant en maakt geen deel uit van de definitie.
• String. Modules die in serie zijn geschakeld. Omdat ze in serie staan, bepaalt de zwakste schakel in een string de stroom van die string.
• Veld. De complete set strings die op de omvormers van de installatie is aangesloten.

Die seriële bedrading verklaart een patroon dat inspecteurs voortdurend zien: één beschaduwde of defecte module kan de opbrengst van een hele string omlaag trekken. Het is ook de reden dat een thermische camera nuttig is. Een cel die niet omzet, gedraagt zich anders dan de cellen om haar heen, en dat verschil is zichtbaar als temperatuur.

Vier factoren bepalen hoeveel een module op een bepaalde dag produceert.

• Instraling. Hoeveel licht het vlak van de module bereikt. Dit is de dominante variabele en de reden dat twee inspecties op verschillende dagen niet vergelijkbaar zijn zonder dat de omstandigheden zijn vastgelegd.
• Temperatuur. Het rendement van een module daalt naarmate de celtemperatuur stijgt. Een hete, heldere middag kan minder opleveren dan een koele, heldere ochtend op hetzelfde veld.
• Schaduw en vervuiling. Een schaduw over één cel beïnvloedt de hele string waartoe die cel behoort. Stof, stuifmeel, vogelpoep en begroeiing doen hetzelfde, maar dan geleidelijk.
• Elektrische toestand. Scheuren, corrosie, loszittende connectoren, defecte bypassdiodes en isolatiefouten verlagen wat de module kan leveren, ongeacht het weer.

De eerste drie zijn omgevingsfactoren. Ze veranderen tussen inspecties en kunnen worden vastgelegd. De vierde is de toestand van de installatie zelf, en die in kaart brengen is het doel van een inspectieprogramma.

Storingen kondigen zich zelden aan als een dode module. Vaker verschijnen ze als een verandering in gedrag.

• Thermisch patroon. Een hete cel, een hete string of een warm gebied bij de aansluitdoos wijst erop dat stroom wordt gedwongen door een pad dat hij niet zou moeten nemen, of dat een bypassdiode geleidt.
• Zichtbare schade. Gebarsten glas, verkleurde cellen, slakkensporen (snail trails), binnendringend water en corrosie van het frame zijn directe aanwijzingen, en die legt u vast met RGB-beelden.
• Elektrische meting. Een open keten, een kortsluiting, een isolatiefout of een verslechterde curve komt naar voren in een meting en niet in een beeld.
• Productiegegevens. Waar stringmonitoring aanwezig is, vormt een string die structureel minder produceert dan de aangrenzende strings het vroegst beschikbare signaal.

Geen van deze aanwijzingen is op zichzelf sluitend. Een hotspot kan een defecte cel zijn, of een blad. Een scheur kan cosmetisch zijn of elektrisch relevant. De waarde van een inspectiewerkwijze is dat het thermische beeld, het visuele bewijs en, waar nodig, de elektrische meting voor dezelfde module naast elkaar komen te liggen.

Een inspectie met een drone bestrijkt een oppervlak waar een team te voet dagen over zou doen. Een thermische en RGB-vlucht koppelt beelden aan modulepositities, en de beoordelingsstap maakt van kandidaten bevindingen.

De elektrische laag beantwoordt een andere vraag. IV-curvemetingen tonen wat de module daadwerkelijk levert, isolatieweerstands- en doorgangstesten beschrijven de bedrading en metingen van de kortsluitstroom beschrijven de string. Deze testen zijn langzamer en ingrijpender, en daarom worden ze gericht ingezet op modules en strings die al door een thermisch signaal of een productiesignaal zijn gemarkeerd.

Normen spelen vooral op procesniveau een rol, niet op componentniveau. IEC 62446-3 beschrijft thermografische inspectie aan werkende fotovoltaïsche installaties in de buitenlucht: apparatuur, omstandigheden, werkwijze, competentie en rapportage. De norm maakt van een camerawaarde geen oordeel; dat komt uit de beoordelingsstap en, waar nodig, uit de elektrische test.

De toestand van een module is een geschiedenis, geen momentopname. Eén inspectie laat zien dat een cel warm draait. Een tweede inspectie een half jaar later laat zien of dat gelijk bleef, verergerde of verbeterde nadat de module was vervangen.

Die vergelijking is alleen betrouwbaar als de omstandigheden vergelijkbaar zijn. Daarom is het praktische minimum voor een herhaalbare registratie: datum en tijd, instraling, moduletemperatuur, wind en bewolking, vluchtparameters, plus de lijst met modules die niet geïnspecteerd konden worden. Zonder die gegevens kunnen twee thermische beelden volledig verschillen door het weer alleen.

Over een aantal jaren verandert die registratie wat een installatie kan. In plaats van modules reactief te vervangen, kan het onderhoudsteam zien welke storingen zich in hetzelfde gebied herhalen, een aanwijzing dat de oorzaak in de omgeving of de installatie ligt en niet bij een defecte batch.

Inzicht in de natuurkunde verandert wat u met een bevinding doet.

Als de opbrengst over een hele string daalt, is de oorzaak waarschijnlijk iets gedeelds: schaduw, vervuiling, een connector of een module die het seriecircuit omlaag trekt. Als één cel heet draait terwijl de opbrengst van de string normaal lijkt, komt de module in aanmerking voor inspectie in plaats van directe vervanging. Als een module een isolatie- of doorgangstest niet haalt, is dat resultaat, en niet het thermische beeld, de reden voor ingrijpen.

Praktische beslissingen volgen steeds dezelfde volgorde: de bevinding lokaliseren, verifiëren met het juiste bewijs, bepalen of ze gevolgen heeft voor veiligheid, opbrengst of garantie, en vastleggen wat er is gedaan. De rol van software in die keten is om locatie en bewijs aan het object gekoppeld te houden, zodat de volgende beslissing begint bij wat al bekend is.