Drone térmico para inspeção fotovoltaica

Um drone térmico é uma aeronave não tripulada equipada com uma câmara de infravermelhos que regista informação relacionada com a temperatura das superfícies situadas por baixo ou em redor da aeronave. Na inspeção FV, é utilizado para observar padrões térmicos em módulos, strings, conectores e equipamentos elétricos selecionados em funcionamento, sem ser necessário começar por uma inspeção ao nível do solo de cada componente.

Nem todas as câmaras térmicas fornecem o mesmo tipo de medição de temperatura. Algumas produzem sobretudo imagens térmicas, enquanto outras fornecem informação de temperatura calibrada para os píxeis da imagem ou para áreas de medição. A capacidade de medição depende da conceção da câmara, da calibração, das definições e das condições de funcionamento.

Por isso, a aeronave e a câmara devem ser consideradas em separado. A estabilidade de voo, o posicionamento, o controlo de altitude e a repetibilidade do percurso dependem da plataforma do drone, ao passo que a resolução térmica, as características da lente, a capacidade de medição de temperatura e a sensibilidade dependem da câmara.

Um drone térmico não mede diretamente a corrente, a tensão, a resistência de isolamento nem a continuidade elétrica. Regista o comportamento térmico da superfície, que pode orientar os inspetores para zonas que exigem uma investigação mais aprofundada.

Os módulos FV absorvem energia solar e funcionam eletricamente enquanto estão expostos à luz solar. A temperatura da sua superfície é influenciada pela irradiância, pela carga elétrica, pela construção do módulo, pelas condições ambientais, pelo vento, pela forma de montagem, pelo sombreamento e por outros fatores. Quando uma célula, uma zona do módulo, um conector ou um circuito se comporta de forma diferente, pode gerar um padrão térmico distinto do de equipamentos comparáveis.

A câmara térmica regista a radiação infravermelha das superfícies observadas e converte-a em informação de imagem. Os inspetores comparam depois os padrões entre módulos ou componentes que funcionam em condições semelhantes. As diferenças relativas podem ser úteis mesmo quando a temperatura absoluta, por si só, não explica o estado observado.

Uma célula quente localizada pode merecer investigação, enquanto um padrão mais alargado no módulo pode estar associado ao comportamento do díodo de bypass, a sombreamento, ao estado do circuito ou a outra causa. Pode também surgir aquecimento em conectores ou terminais quando uma maior resistência elétrica produz calor sob carga.

A imagem continua a exigir interpretação. Reflexos, ângulo de observação, vento, movimento das nuvens e variações de irradiância podem criar ou ocultar diferenças de temperatura aparentes. Um padrão térmico deve, por isso, ser tratado como uma observação antes de ser tratado como um diagnóstico.

A norma IEC 62446-3 fornece um quadro de referência para a inspeção termográfica ao ar livre de sistemas FV em funcionamento, incluindo o equipamento, as condições ambientais, o procedimento, a competência do pessoal e a elaboração de relatórios.

Um drone térmico pode fazer a triagem de grandes áreas de uma central FV sem que os inspetores tenham de se aproximar de cada módulo durante o levantamento inicial. Em grandes instalações montadas no solo, isto pode reduzir deslocações a pé desnecessárias e ajudar a identificar as filas ou os módulos que merecem um exame mais atento.

O método permite também preservar o contexto de localização. Quando as imagens térmicas estão associadas à posição de voo, à planta da central, aos identificadores das filas ou a imagens visíveis, a equipa de manutenção consegue regressar à zona afetada de forma mais direta. Isso é mais útil do que um termograma cuja localização física é incerta.

A captação aérea pode proporcionar uma visão consistente de uma geometria de módulos que se repete, desde que o percurso e as condições de observação estejam controlados. Isto é útil para comparar equipamentos semelhantes em toda a central, sobretudo quando o objetivo do levantamento e a resolução pretendida são definidos antes do voo.

O benefício operacional depende do local. Espaço aéreo difícil, áreas de inspeção pequenas, disposições irregulares dos módulos, vento forte, más condições térmicas ou uma extensa verificação no terreno podem reduzir a vantagem prática de utilizar um drone.

Um drone térmico pode, assim, reduzir o trabalho de campo em algumas inspeções, mas não deve ser apresentado como automaticamente mais barato, mais rápido ou mais eficaz em todas as centrais. O valor depende da dimensão da central, do acesso, do nível de detalhe exigido, das condições e do tipo de ocorrência investigada.

Um conjunto de dados de inspeção útil deve conservar mais do que capturas de ecrã térmicas isoladas. As imagens térmicas fixas fornecem evidência detalhada de cada ocorrência, e as fotografias visíveis correspondentes podem ajudar a identificar danos físicos, sujidade, sombreamento, a posição do módulo ou outro contexto.

O vídeo pode dar um contexto mais amplo da situação, mas não deve substituir automaticamente as imagens fixas quando são necessários detalhe de medição ou rastreabilidade. A compressão, o movimento, as mudanças de ângulo e o menor detalhe por fotograma podem tornar alguns dados de vídeo menos adequados para uma análise térmica rigorosa.

Os metadados de voo também contam. A data, a hora, a localização, a altitude, a geometria da câmara e a informação do percurso podem ajudar a ligar uma observação ao equipamento físico correto. Os dados ambientais, como a irradiância, o vento, a nebulosidade e a temperatura do módulo, são particularmente relevantes quando as ocorrências térmicas vão ser comparadas entre diferentes zonas da central ou entre levantamentos.

O conjunto de dados deve identificar as áreas que não foram captadas de forma fiável. Obstruções, focagem deficiente, reflexos, interrupções de comunicação ou zonas de voo inseguras podem deixar lacunas que têm de ser documentadas, em vez de serem tratadas silenciosamente como inspecionadas.

A quantidade de imagens deve manter-se ligada ao seu valor para a análise. Captar mais dados pode aumentar a probabilidade de documentar uma ocorrência, mas aumenta também o armazenamento e a carga de análise. O fluxo de trabalho de inspeção deve preservar informação suficiente para fundamentar decisões sem criar um arquivo sem gestão.

A exatidão térmica depende de várias características distintas. A resolução espacial determina quanto detalhe físico fica representado na imagem, ao passo que a sensibilidade térmica descreve a menor diferença de temperatura que a câmara consegue distinguir em condições especificadas. O NETD é habitualmente usado para descrever a sensibilidade térmica e não deve ser confundido com a exatidão da medição.

A exatidão da medição de temperatura é outra característica. Refere-se à proximidade entre a temperatura indicada e a temperatura real do alvo, nas condições de medição especificadas para a câmara. Uma câmara pode ter boa sensibilidade e, mesmo assim, ser afetada pelas definições de emissividade, por reflexos, pela distância, pela atmosfera, pela calibração e pela geometria de observação.

Na inspeção FV, a resolução é importante porque uma característica ao nível da célula tem de ocupar área suficiente da imagem para poder ser interpretada. Uma câmara não consegue identificar de forma fiável um pequeno padrão térmico se a altura de voo ou a lente fizerem com que o alvo seja representado por poucos píxeis.

As condições ambientais podem criar incertezas maiores do que a especificação da câmara, por si só, sugere. O vento arrefece a superfície dos módulos, o movimento das nuvens altera a carga elétrica e os reflexos do vidro podem produzir padrões de temperatura aparentes sem relação com o comportamento interno do módulo.

A exatidão deve, por isso, ser avaliada como um sistema de medição que inclui a câmara, a geometria de voo, o alvo, as definições, o ambiente e o procedimento de inspeção. Uma única especificação de uma ficha técnica não descreve a fiabilidade de todas as medições de campo.

Não há uma duração fixa para um levantamento com drone térmico. O tempo necessário depende da área do local, da geometria das filas, da orientação dos módulos, do terreno, das restrições de voo, da resolução da câmara, do detalhe pretendido, das condições meteorológicas, do funcionamento das baterias e da quantidade de dados a captar.

Um levantamento destinado a identificar padrões gerais ao nível do módulo pode usar um perfil de voo diferente do de um levantamento destinado a resolver características ao nível da célula. Voos mais baixos e uma captação de imagens mais densa podem aumentar o número de linhas de voo e de imagens, enquanto voos mais altos podem reduzir o detalhe para valores abaixo da resolução de inspeção exigida.

O acesso ao local também pode afetar o tempo total de campo. Grandes distâncias entre pontos de descolagem, zonas restritas, terreno difícil, a coordenação com o pessoal da central ou a necessidade de reposicionamento entre secções do campo podem acrescentar tempo operacional, mesmo que a própria aeronave voe de forma eficiente.

As condições meteorológicas são outra variável importante. Vento, nebulosidade variável ou irradiância inadequada podem obrigar a equipa a fazer uma pausa, a repetir parte do levantamento ou a adiar a captação térmica. Concluir o percurso rapidamente tem pouco valor se os dados obtidos não puderem ser interpretados de forma fiável.

O tempo de análise deve igualmente ser considerado em separado do tempo de voo. Um conjunto de dados grande pode exigir uma organização, um controlo de qualidade, uma correspondência de localizações e uma análise consideráveis depois de a aeronave ter aterrado.

Por estas razões, a duração do levantamento deve ser estimada a partir do local real e do objetivo da inspeção, e não a partir de uma afirmação universal de tempo por megawatt ou por hectare.

Os dados de um drone térmico não provam a causa raiz. Uma célula quente, um conector, uma zona do módulo ou um padrão invulgar numa string podem identificar um candidato a investigar, mas várias causas elétricas, ambientais ou físicas podem produzir um comportamento térmico semelhante.

A termografia também não determina diretamente a resistência de isolamento, a polaridade, a tensão em circuito aberto, a corrente de curto-circuito, a continuidade, as características IV nem o comportamento funcional completo. Quando essas propriedades são relevantes para a decisão de manutenção, é necessário um ensaio elétrico adequado.

Um levantamento térmico não deve ser descrito como prolongando, por si só, a vida do módulo ou da central. A inspeção pode ajudar a identificar condições que as equipas de manutenção decidam tratar, mas qualquer efeito na vida útil do equipamento depende do defeito real, da ação corretiva, do ambiente de funcionamento e do estado subsequente.

Um único voo não é monitorização contínua. Os problemas intermitentes podem não estar ativos durante o levantamento, e podem surgir novas condições após a inspeção.

A norma IEC 62446-3 não define um algoritmo de software nem um limite universal de temperatura do módulo. Trata da forma como a inspeção termográfica ao ar livre de sistemas FV em funcionamento é realizada e documentada em condições adequadas.

O software pode organizar imagens, ocorrências e relatórios, mas não substitui os ensaios elétricos nem uma interpretação qualificada.