Avarias e causas em sistemas fotovoltaicos

As avarias num sistema fotovoltaico podem reduzir a produção ou criar riscos de segurança nos módulos, na cablagem, nos inversores e noutros equipamentos. A termografia aérea ajuda a localizar padrões de temperatura anómalos, mas não repara avarias nem comprova todas as causas de origem. Combine as evidências térmicas e visíveis com os dados de funcionamento e com o diagnóstico de técnicos qualificados no terreno.

As fissuras podem surgir durante o fabrico, o transporte, a instalação ou a exploração. Algumas afetam a passagem da corrente e criam um padrão térmico, enquanto outras não são visíveis numa inspeção térmica aérea. Use a inspeção visual para os danos no vidro e ensaios elétricos ou de eletroluminescência dirigidos quando houver suspeita de fissuras nas células. A revisão de falhas da IEA PVPS descreve estes métodos de diagnóstico complementares.

Os inversores convertem a eletricidade em corrente contínua produzida pelos módulos fotovoltaicos em eletricidade em corrente alternada. As paragens podem refletir avarias internas, sobreaquecimento, condições da rede ou o funcionamento de proteções. Registe os códigos de falha e as condições de funcionamento antes de escolher o procedimento de diagnóstico.

O sombreamento é a situação em que um ou mais painéis fotovoltaicos ficam na sombra. A sombra reduz a eficiência dos painéis, o que diminui a produção de energia. A disposição dos painéis pode ser otimizada se se detetarem as zonas de sombra com termografia aérea.

A temperatura do módulo depende da irradiância, do vento, da montagem e do funcionamento elétrico. Uma ventilação restrita pode contribuir para temperaturas mais altas, mas um painel quente, por si só, não prova uma falha de arrefecimento. Compare módulos semelhantes em condições comparáveis antes de recomendar alterações.

A sujidade pode reduzir a luz que chega às células e criar padrões visíveis ou térmicos. Analise os resultados térmicos em conjunto com as imagens visíveis e com os dados de produção antes de especificar a limpeza. A frequência de limpeza deve refletir as condições do local e as instruções do fabricante, e não um calendário universal presumido.

O MapperX analisa imagens de inspeção para ajudar a organizar as suspeitas de anomalias fotovoltaicas para seguimento. O valor operacional resulta de localizar o problema, verificar a causa e concluir a manutenção adequada; um levantamento, por si só, não garante maior produção nem custos mais baixos.

• Falhas de célula

As anomalias térmicas associadas às células surgem como zonas localizadas em que a temperatura é superior à do resto do painel fotovoltaico. O sobreaquecimento, por si só, não confirma uma falha de célula; a causa exige contexto de funcionamento e verificações de seguimento.

• Falhas em várias células

Anomalia que ocorre quando mais do que uma célula do painel sobreaquece. Nos dados térmicos, é indicada por alguns pontos em que a temperatura tem uma intensidade superior à do resto do painel.

• Falha de díodo

Um díodo de bypass oferece um caminho alternativo para a corrente à volta de uma série de células, em condições elétricas adequadas. O funcionamento do bypass não é, por si só, prova de um díodo avariado. Um padrão térmico com a forma de uma série de células pode justificar a investigação de um díodo ou do circuito, mas a zona afetada depende da conceção elétrica do módulo.

• Falha em vários díodos

Quando várias séries de células são contornadas ou afetadas por problemas nos díodos, mais do que uma região de um módulo pode apresentar um padrão anómalo. A zona afetada é determinada pelo circuito do módulo e pelo estado de funcionamento, e não por uma fração universal. Verifique a conceção do circuito antes de atribuir o padrão a vários díodos avariados.

• Falha por ponto quente

Um ponto quente é uma zona localizada de temperatura elevada. As células polarizadas inversamente ou danificadas e as ligações resistivas podem dissipar potência elétrica sob a forma de calor. Um ponto quente térmico é uma observação; o sombreamento, a sujidade, os danos nas células e as falhas de ligação exigem verificações e soluções diferentes.

• Falha na caixa de junção

A caixa de junção de um módulo aloja as ligações elétricas e, em regra, os díodos de bypass, ligando o circuito do módulo aos respetivos cabos exteriores. Um aquecimento anormal pode justificar a inspeção das ligações ou dos díodos, mas a causa tem de ser verificada com procedimentos seguros e aprovados pelo fabricante.

• Falha de módulo

Um contraste de temperatura em todo o módulo pode estar associado a um estado de funcionamento elétrico diferente, a uma desligação ou a um problema do módulo. Não é prova de que o módulo tenha falhado por completo. Verifique o circuito da string e os dados de funcionamento antes de classificar a causa.

• Falhas por sombreamento

O sombreamento reduz a luz disponível para a produção de eletricidade e pode criar desajuste entre células ou o funcionamento de díodos de bypass. Algumas condições podem provocar aquecimento, mas o sombreamento nem sempre produz um ponto quente nem danifica permanentemente um módulo.

• Falhas por fissuras

As fissuras no vidro e as fissuras internas nas células são defeitos diferentes. Qualquer uma delas pode afetar a fiabilidade, mas nem todas as fissuras produzem uma assinatura térmica detetável ou a mesma perda de potência. Documente as evidências e use o ensaio de seguimento adequado.

• Contaminação

A sujidade é a acumulação superficial de poeira ou dejetos de aves, por exemplo. Pode reduzir a produção sem uma anomalia térmica distinta; compare as evidências visíveis e o desempenho em funcionamento antes de decidir a limpeza.

• Sombreamento da central

A vegetação pode sombrear os módulos e reduzir a produção. O seu efeito depende do local, da hora do dia e da estação do ano; não para necessariamente toda a produção nem cria um ponto quente. Controle a vegetação sem danificar cabos nem outros equipamentos do local.

• Falhas por delaminação

A delaminação é a separação entre camadas coladas do módulo. Pode afetar o desempenho ótico ou a proteção contra a humidade e pode acompanhar outros problemas de fiabilidade. Não é sinónimo de falha em película fina nem prova de um incêndio iminente. Avalie a sua extensão e eventuais preocupações de segurança elétrica com pessoal qualificado.

Leia Tecnologia de drones e painéis fotovoltaicos para obter orientações relacionadas.

a. Inspeção visual e térmica: as imagens visíveis podem mostrar danos superficiais, contaminação e sombreamento. As imagens térmicas mostram os padrões de temperatura durante o funcionamento. Os métodos complementam-se, mas não identificam, por si sós, todas as microfissuras nem todas as falhas elétricas.

b. Ensaios elétricos: a eficiência elétrica e as ligações dos painéis são verificadas com multímetros e outros equipamentos de teste.

c. Dados meteorológicos e de funcionamento: interprete a produção em conjunto com a irradiância, a temperatura e o estado de funcionamento no mesmo período. Um total diário de energia mais baixo com tempo nublado não é, por si só, prova de uma avaria.

a. Vidro ou células danificados: não trate a colagem de uma fissura como uma reparação verificada do módulo. O pessoal qualificado deve avaliar a segurança e o desempenho, seguir o procedimento do fabricante e substituir o módulo quando necessário. Conserve fotografias e a identificação para qualquer análise de garantia.

b. Sombreamento: identifique o obstáculo e o seu efeito sazonal antes de escolher o controlo da vegetação, alterações de disposição ou outra solução adequada. Verifique que a ação escolhida é segura e permitida.

c. Eliminação de quedas de potência e problemas de eficiência: as quedas de potência e os problemas de eficiência podem ser reduzidos com a limpeza, a manutenção e a atualização dos painéis.

d. Pontos de ligação: o pessoal qualificado deve inspecionar e intervir nas ligações elétricas segundo o procedimento de isolamento do local e as instruções do fabricante. Não desligue conectores CC em carga nem reaperte terminais indiscriminadamente.

e. Entrada de humidade: investigue o invólucro, a vedação ou a construção do módulo que estejam danificados. Aplicar vedante sobre uma suspeita de fuga no módulo não prova que o isolamento ou a fiabilidade foram restabelecidos. Siga a avaliação do fabricante e os requisitos de substituição.

Use os requisitos do fabricante, os riscos do local e as evidências de funcionamento para definir os intervalos de inspeção e de limpeza. Podem justificar-se verificações adicionais após tempestades, alarmes recorrentes ou perdas de produção inesperadas; nenhuma regra de várias vezes por ano serve para todas as centrais.

Apoio profissional:

O diagnóstico e a reparação de avarias elétricas devem ser realizados por pessoal qualificado, e não apenas quando uma avaria parece complexa. Siga o procedimento de segurança do local e as instruções do fabricante. O guia de O&M da NREL aborda a segurança, o planeamento da manutenção e a documentação.

Os dados das inspeções RGB mostram, em geral, danos físicos nos painéis solares. Podem incluir vidro partido, arestas lascadas, dejetos de aves e riscos. Estes defeitos reduzem a quantidade de luz que o painel solar consegue captar e, por consequência, a potência que pode produzir.

As microfissuras podem formar-se durante o fabrico, o transporte, a instalação ou a exploração. Siga as instruções específicas do fabricante para embalagem, elevação, armazenamento e montagem. Só a conceção do corte e da interligação das células não permite determinar qual o módulo com menor probabilidade de fissurar; a durabilidade depende também da construção, da qualificação e do manuseamento.

A inspeção térmica em centrais solares é um método amplamente usado para detetar potenciais danos nos painéis fotovoltaicos. Os drones térmicos medem as temperaturas superficiais aparentes, e o MapperX usa análise assistida por IA com revisão humana para identificar suspeitas de anomalias. Por exemplo, um dano numa célula pode aparecer muitas vezes como uma grande diferença de temperatura, mas isto, por si só, não confirma o dano na célula. Os resultados dependem das condições de funcionamento, da qualidade da aquisição de dados e da validação. As constatações verificadas podem orientar reparações que apoiem uma melhor produção de energia.

Preparação: antes da inspeção, é importante escolher o equipamento certo e determinar condições meteorológicas favoráveis. Não se deve esquecer também a calibração correta das câmaras térmicas.

Planeamento do voo (com drones): as operações de planeamento do voo devem ser realizadas de acordo com os planos de voo definidos pelo MapperX. Os drones são usados para uma inspeção termográfica de centrais solares rápida e eficiente. Ao planear a trajetória de voo, é importante captar os painéis no ângulo ideal e garantir uma cobertura total.

Recolha de dados: o drone mede as temperaturas superficiais dos painéis fotovoltaicos com uma câmara térmica. Estes dados são analisados com o software MapperX e detetam-se os painéis com valores de temperatura anómalos.

Análise e relatório: os dados obtidos são analisados com o MapperX, com assistência de IA e revisão humana, para identificar as zonas suspeitas de anomalias. Com base nesses dados, é criado um relatório detalhado. O relatório inclui a extensão observada, o tipo suspeito e a localização das anomalias; a classificação dos danos exige validação adequada.

Defeitos de fabrico: embora os painéis fotovoltaicos sejam concebidos para prevenir defeitos de fabrico, alguns erros na produção em massa afetam a qualidade dos produtos.

Transporte e instalação: os painéis podem ser danificados durante o transporte da fábrica até à central e durante a instalação. Isto reduz a vida útil dos painéis.

Materiais e construção: a fiabilidade do módulo depende da compatibilidade dos materiais, da qualidade de fabrico e da conceção. A espessura do material ou o preço de compra, por si sós, não determinam se um módulo é durável ou defeituoso.

Os módulos fotovoltaicos podem produzir com luz diurna difusa, e não apenas com luz solar direta. As nuvens e o nevoeiro reduzem geralmente a irradiância, enquanto a neve sobre um módulo pode bloquear a luz. A redução de produção associada ao tempo deve ser distinguida do dano físico ou da degradação.

A sujidade, a poeira e os dejetos de aves que se acumulam na superfície dos painéis solares impedem que a luz solar chegue diretamente à superfície do painel. Estes fatores reduzem a eficiência dos painéis e, com isso, a produção de energia. Sobretudo em zonas rurais, as aves pousam nos painéis e causam estes problemas.

Ramos de árvores, pedras ou outros objetos podem causar danos físicos nos painéis. As fissuras ou fraturas afetam a estrutura interna dos painéis fotovoltaicos e prejudicam o seu desempenho. Estes danos ocorrem com mais frequência, sobretudo após catástrofes naturais.

As temperaturas elevadas nas células reduzem, em geral, a potência do silício cristalino com irradiância comparável. As células mais frias podem produzir tensão mais elevada, pelo que a conceção das strings deve ter em conta os limites de tensão dos equipamentos nas condições aplicáveis. O clima extremo e os ciclos térmicos também podem criar tensões mecânicas; o frio não é, simplesmente, uma causa universal de menor eficiência fotovoltaica.

Os painéis também podem ser afetados por problemas elétricos. Problemas como sobretensão, curto-circuitos ou subtensão podem reduzir muito a eficiência e a durabilidade dos painéis.

Estas variáveis ambientais podem levar a uma série de falhas e avarias nos painéis solares. Por isso, é importante assegurar o funcionamento correto dos painéis através de manutenção regular, inspeções térmicas, limpeza e inspeções técnicas.

Um fabrico de qualidade, materiais adequados e um manuseamento e uma instalação corretos reduzem os riscos de falha evitáveis. Não garantem um funcionamento sem falhas durante toda a vida útil; a inspeção e a manutenção continuam a fazer parte da gestão de ativos.

A inspeção térmica identifica padrões que podem indicar problemas em células, séries de células ou ligações. Uma imagem térmica aparentemente normal não prova que todos os circuitos estão saudáveis, e uma imagem anómala não estabelece uma única causa de origem sem contexto de funcionamento e seguimento.

Os módulos saudáveis não têm de apresentar temperaturas superficiais exatamente iguais. Compare módulos com irradiância, montagem e condições de funcionamento semelhantes e tenha em conta os reflexos e a variação ambiental. Uma diferença de temperatura é uma evidência a interpretar, e não um veredicto automático de falha.

A inspeção de painéis fotovoltaicos é um método usado para verificar o estado físico dos painéis solares. Nas inspeções, verifica-se se a superfície dos painéis tem fissuras, roturas, contaminação ou outros danos físicos.

1. Erros de instalação: problemas causados por instalação ou montagem incorreta dos painéis fotovoltaicos.

2. Sombreamento local: manter os painéis à sombra durante certas horas pode reduzir a eficiência.

3. Contaminação dos painéis: quando a poeira, os dejetos de aves ou outros fatores externos cobrem a superfície dos painéis, a produção de energia pode diminuir.

4. Vegetação próxima: a sombra projetada nos painéis pelo crescimento excessivo de plantas afeta negativamente a produção de energia.

5. Fissuras: o vidro partido de um módulo pode comprometer a proteção contra as intempéries, enquanto as fissuras internas nas células podem afetar a passagem da corrente sem romper a vedação exterior. Distinga estas situações ao planear o seguimento.

6. Defeitos de fabrico: os erros cometidos na fase de produção dos painéis podem reduzir a durabilidade ou causar vários problemas.

7. Fenómenos meteorológicos: catástrofes naturais como relâmpagos, granizo ou vento podem danificar os painéis.

8. Ligação à terra e ligações equipotenciais: defeitos na ligação à terra, nas ligações equipotenciais ou nas disposições de proteção exigidas podem criar riscos de choque elétrico e prejudicar a proteção contra avarias. Verifique-os eletricamente segundo os requisitos de projeto aplicáveis; uma imagem aérea não prova uma ligação à terra adequada.

9. Degradação do módulo: a separação ou o dano das camadas no interior dos painéis reduz a eficiência.

10. Falha de fusíveis ou conectores: as falhas nos fusíveis ou nos conectores do circuito elétrico dos painéis fotovoltaicos podem afetar o desempenho ao interromper o fluxo de energia.

Verifique a cobertura do levantamento, a qualidade das imagens e a localização antes de aceitar as constatações automatizadas. Indique explicitamente as zonas não inspecionadas ou incertas, em vez de tratar a ausência de uma anomalia reportada como prova de uma central saudável.

O MapperX é uma solução de software assistida por IA para a inspeção térmica e a deteção de suspeitas de avarias em centrais solares. Destaca automaticamente as suspeitas de anomalias nas imagens de inspeção para revisão humana. Os resultados dependem das condições de funcionamento, da qualidade da aquisição de dados e da validação; as anomalias térmicas, por si sós, não confirmam uma avaria nem a respetiva causa de origem.

Constatações assistidas por IA: o MapperX analisa imagens térmicas e visíveis para destacar suspeitas de anomalias. Não consegue deduzir todas as falhas de células, de cabos ocultos ou internas do inversor a partir de imagens da superfície; correlacione as constatações com os registos dos equipamentos e com verificações no terreno.

Registos digitais de ativos: uma representação digital pode associar módulos às constatações das inspeções e ao histórico de manutenção. Uma imagem captada periodicamente não é um fluxo de sensores em tempo real, pelo que não mostra, por si só, o desempenho elétrico em tempo real nem prevê avarias futuras.

Que evidências devem ser conservadas antes de substituir um módulo com suspeita de avaria?

Conserve o identificador do módulo, a localização, as imagens visíveis e térmicas, as condições de funcionamento, os resultados elétricos relevantes e o diagnóstico do técnico. Guarde os registos de garantia e de comissionamento e siga as instruções de manuseamento do fabricante para o componente removido.

Um módulo termicamente normal pode ter um defeito elétrico?

Sim. Alguns defeitos não produzem um contraste de temperatura detetável nas condições do levantamento. Use os dados de funcionamento e ensaios elétricos ou de eletroluminescência dirigidos quando o sintoma ou o risco o justifiquem.

• Deteção de avarias em painéis fotovoltaicos: métodos térmicos e elétricos