Investigações de termografia aérea em centrais fotovoltaicas

A termografia aérea regista os padrões de temperatura superficial dos módulos fotovoltaicos em funcionamento e dos equipamentos associados, através de uma câmara de infravermelhos transportada por um drone. As imagens obtidas podem mostrar diferenças de temperatura entre células, módulos, strings, conetores e outros componentes quando o gerador está a funcionar em condições adequadas à inspeção térmica.

A câmara não mede diretamente a corrente elétrica, a tensão, a resistência de isolamento nem a integridade mecânica. Regista a radiação infravermelha associada à superfície observada, e essa informação é convertida em dados de imagem relacionados com a temperatura. O padrão térmico tem, por isso, de ser interpretado em conjunto com a configuração elétrica e as condições existentes durante a aquisição.

Num gerador de grande dimensão, a principal vantagem é a triagem espacial. Em vez de começar com medições detalhadas no terreno em cada módulo, a equipa de inspeção pode identificar os locais que se comportam de forma diferente de partes comparáveis da central e direcionar a investigação seguinte para essas zonas.

As imagens no espetro visível podem fornecer contexto adicional. Um módulo que parece termicamente anómalo pode também apresentar sujidade, sombreamento, vidro partido, vegetação ou outra condição visível que altere a forma de interpretar a imagem térmica.

Um termograma é, por isso, uma camada de observação. Mostra onde o comportamento térmico difere, mas não indica automaticamente porque existe essa diferença.

As condições elétricas e físicas podem afetar a forma como o calor se desenvolve e se propaga nos equipamentos fotovoltaicos. Uma célula quente localizada, um padrão repetido numa parte de um módulo, um conetor que funciona mais quente do que ligações comparáveis ou uma string inteira que se comporta de forma diferente podem indicar que o local merece uma inspeção mais atenta.

A relevância do padrão depende do estado de funcionamento. Um módulo que conduz corrente com irradiância estável pode apresentar uma evidência térmica diferente da do mesmo módulo com baixa irradiância, mudanças rápidas de nebulosidade ou uma configuração elétrica diferente. A temperatura deve, por isso, ser avaliada como parte do contexto de funcionamento e não como um valor de avaria isolado.

A comparação é muitas vezes mais útil do que uma temperatura absoluta isolada. Módulos de tipo, orientação, irradiância e estado elétrico semelhantes podem servir de referência para identificar comportamentos invulgares. A comparação fica mais fraca quando uma fila está sombreada, uma string está desligada ou as condições ambientais mudam durante o voo.

Alguns problemas elétricos podem gerar um aquecimento detetável, enquanto outros podem não produzir uma diferença clara de temperatura superficial durante a inspeção. Um módulo de aspeto normal não é, por isso, prova de que o isolamento, a corrente, a tensão, os conetores ou o estado elétrico interno estejam todos satisfatórios.

Os padrões de temperatura importam porque restringem a procura. O seu papel é identificar possíveis anomalias a rever, não substituir as medições necessárias para confirmar a condição suspeita.

Uma investigação termográfica deve começar com uma pergunta definida. A equipa pode estar a fazer a triagem de toda a central à procura de anomalias ao nível do módulo, a investigar um inversor ou uma string específicos, a rever uma zona após um evento ou a verificar se uma constatação anterior continua presente. O objetivo determina a forma como o voo deve ser planeado.

A resolução-alvo é uma decisão fundamental. Um levantamento destinado a identificar diferenças gerais ao nível do módulo pode usar uma altitude e uma densidade de imagens diferentes das de um destinado a resolver padrões mais pequenos ao nível da célula. A altura de voo, a lente, a resolução térmica, a velocidade, o ângulo de observação e a dimensão do alvo têm de ser considerados em conjunto.

O âmbito deve indicar que blocos, filas, módulos ou áreas elétricas estão incluídos. Deve também indicar o que acontecerá se uma secção não puder ser inspecionada devido a obstáculos, limitações de acesso, condições de voo inseguras ou imagens deficientes. As áreas não inspecionadas devem permanecer visíveis no registo final.

A hora do dia e as condições meteorológicas importam porque o gerador precisa de uma irradiação solar significativa e suficientemente estável para que muitos padrões térmicos se tornem interpretáveis. O vento, as nuvens em movimento e as variações rápidas de irradiância podem reduzir a comparabilidade ao longo de um levantamento extenso.

A IEC 62446-3 aborda a inspeção termográfica em exterior de sistemas fotovoltaicos em funcionamento, incluindo o equipamento, as condições ambientais, o procedimento de inspeção, a competência do pessoal e a elaboração de relatórios. Não prescreve um intervalo universal de temperatura de módulo para todas as centrais e não deve ser tratada como um algoritmo de deteção de software.

A irradiância influencia a quantidade de corrente elétrica que os módulos podem produzir e afeta, por isso, o comportamento térmico associado a muitas anomalias de funcionamento. As imagens recolhidas em condições de irradiância substancialmente diferentes não devem ser comparadas como se o gerador estivesse sob a mesma carga.

O vento afeta o arrefecimento por convecção. Um vento forte ou variável pode reduzir a diferença de temperatura entre um componente anómalo e o que o rodeia, ao passo que condições de calma podem permitir um contraste térmico mais visível. As condições de vento são, por isso, relevantes tanto para a aquisição como para a interpretação posterior.

O movimento das nuvens introduz outra fonte de incerteza. Um módulo que acabou de entrar ou sair de sombra pode ainda estar a responder termicamente à alteração quando a imagem é captada. Se um drone se desloca pela central enquanto as nuvens alteram a irradiância, as diferenças aparentes entre filas podem refletir o ambiente e não o estado da central.

A temperatura do módulo deve ser registada como parte do contexto da inspeção, quando relevante. Não deve ser transformada num valor universal de aprovação ou reprovação, porque o comportamento térmico depende do tipo de módulo, do estado elétrico, da irradiância, do vento, da geometria e da observação específica que está a ser investigada.

O ângulo de observação também importa porque o vidro fotovoltaico reflete a radiação infravermelha. O céu, o terreno, as estruturas próximas, a vegetação e a própria aeronave podem criar zonas aparentemente quentes ou frias. Os reflexos devem ser considerados antes de um padrão invulgar ser classificado como uma anomalia do equipamento.

Após a aquisição, as imagens têm de ser associadas a localizações físicas. As referências de fila, string, bloco, módulo ou equipamento ajudam o revisor a transformar um termograma numa constatação que o pessoal de campo consiga localizar. Grandes coleções de imagens sem informação de localização fiável geram um trabalho de revisão considerável, mas pouco valor para a manutenção.

A revisão inicial deve produzir observações a confirmar e não diagnósticos automáticos. Um revisor ou um sistema de software pode identificar uma temperatura elevada localizada, um padrão de célula invulgar, o aquecimento de um conetor ou um módulo que difere do equipamento vizinho. Essa observação deve depois ser verificada com as imagens no espetro visível, a implantação da central, os dados de funcionamento e as condições de aquisição.

Os artefactos devem ser excluídos sempre que possível. Reflexos, focagem deficiente, ângulo de observação inadequado, sombreamento temporário, transição de nuvens ou resolução insuficiente podem criar padrões semelhantes a anomalias do equipamento.

A análise assistida por IA pode ajudar a filtrar grandes conjuntos de dados e a identificar as imagens que merecem atenção, mas deve continuar a ser um passo de identificação de possíveis anomalias. É necessária revisão humana antes de uma constatação ser aceite, e pode continuar a ser necessária evidência elétrica direta antes de se atribuir a causa.

O relatório deve manter separadas a observação e o diagnóstico. Descrever um padrão de temperatura elevada é diferente de confirmar uma célula danificada, um díodo avariado, um circuito aberto ou uma ligação de alta resistência.

O passo seguinte depende do que a observação térmica sugere. Uma diferença ao nível da string pode levar a medições de corrente ou de tensão, ao passo que uma suspeita de problema numa ligação pode exigir inspeção física e ensaios elétricos diretos. Um padrão ao nível do módulo pode levar a um ensaio da curva IV, a um ensaio de isolamento ou a outro método escolhido em função do mecanismo suspeito.

O objetivo da verificação é determinar se a observação térmica corresponde a uma condição elétrica ou física real. A decisão de manutenção deve basear-se nessa evidência combinada e não apenas na escala de cores do termograma.

A localização e a rastreabilidade continuam a ser importantes ao longo deste processo. A imagem original, as condições ambientais, o identificador do módulo ou do circuito, o seguimento elétrico e a ação de manutenção devem ficar associados ao mesmo registo. Isto torna as inspeções posteriores mais úteis e evita redescobrir a mesma ocorrência.

Após os trabalhos corretivos, uma nova termografia pode ajudar a determinar se o padrão térmico anterior continua presente em condições adequadas. A imagem repetida deve ainda assim ser interpretada em contexto e não ser tratada como diretamente equivalente se a irradiância, o vento, a temperatura do módulo ou a geometria de observação diferirem substancialmente.

Um padrão térmico não prova, por si só, a causa de origem. Um comportamento de temperatura semelhante pode resultar de mecanismos elétricos, físicos ou ambientais diferentes, e alguns defeitos podem produzir pouco ou nenhum contraste térmico detetável durante o levantamento.

Uma única investigação de termografia aérea também não é monitorização contínua. Regista a central durante uma janela de tempo definida. As condições intermitentes podem não estar presentes durante o voo, e podem surgir novos problemas depois da inspeção.

Os dados térmicos não permitem verificar diretamente a polaridade, a resistência de isolamento, a continuidade, a tensão em circuito aberto, a corrente de curto-circuito, as características IV nem o funcionamento completo. Quando a decisão de manutenção depende dessas propriedades, o ensaio elétrico adequado continua a ser necessário.

A IEC 62446-3 fornece um enquadramento para a inspeção termográfica em exterior de sistemas fotovoltaicos em funcionamento, através de requisitos e orientações relativos ao equipamento, às condições ambientais, ao procedimento, à competência do pessoal e à elaboração de relatórios. Não transforma uma imagem térmica numa decisão automática de conformidade ou de segurança.

O software pode organizar imagens, identificar possíveis anomalias, preservar a informação de localização e apoiar a elaboração de relatórios. Não pode substituir a interpretação técnica competente nem as medições elétricas necessárias para estabelecer o estado da central.