Termografia com drone

A termografia com drone utiliza uma plataforma aérea equipada com uma câmara de infravermelhos para captar os padrões de temperatura à superfície de equipamentos ou estruturas. Na inspeção de sistemas fotovoltaicos, a câmara regista a radiação térmica dos módulos em funcionamento e dos equipamentos associados, produzindo imagens nas quais se podem analisar as diferenças entre componentes comparáveis.

A imagem não mede diretamente a corrente elétrica, a tensão, a resistência de isolamento nem a resistência dos conectores. Regista o comportamento térmico à superfície. As avarias elétricas, o sombreamento, os reflexos, as condições ambientais e as diferenças normais de funcionamento podem todos influenciar o que aparece na imagem.

Os dados de uma câmara térmica com medição de temperatura podem apoiar a comparação de temperaturas quando a câmara, a geometria de aquisição e as condições ambientais são adequadas. Ainda assim, os valores absolutos devem ser interpretados com cuidado, porque a emissividade, o reflexo, o ângulo de observação, o vento e outros fatores influenciam a medição.

No trabalho em sistemas fotovoltaicos, o objetivo é normalmente localizar padrões térmicos invulgares e associá-los a módulos, strings, conectores ou outros equipamentos. O termograma é, por isso, uma fonte de evidência de inspeção e não um diagnóstico elétrico completo.

As grandes centrais fotovoltaicas são compostas por filas repetidas de módulos distribuídas por áreas extensas. A termografia aérea permite triar muitos desses módulos a partir de cima, sem começar por uma inspeção detalhada no terreno de cada fila. Isto pode ajudar a equipa a identificar onde se justifica uma análise mais aprofundada.

Os padrões térmicos podem revelar aquecimento localizado de células, diferenças ao nível do módulo, aquecimento de conectores ou secções que parecem funcionar de forma diferente de equipamentos comparáveis na vizinhança. A utilidade destas observações depende de o gerador estar num estado de funcionamento adequado e de as imagens serem captadas em condições que permitam a comparação.

Um drone também fornece contexto de localização. Se as imagens e o mapeamento da central estiverem corretamente alinhados, o analista pode associar uma observação térmica a uma fila ou zona de módulos específica. Essa rastreabilidade é importante, porque uma imagem tem pouco valor para a manutenção se os técnicos não conseguirem encontrar o equipamento correspondente.

É possível captar imagens visíveis durante o mesmo voo, desde que a carga útil e o plano de voo o permitam. Comparar a evidência visível e a térmica pode ajudar a distinguir danos físicos, sujidade, sombreamento ou reflexos de padrões de temperatura que exigem acompanhamento elétrico.

A principal função da termografia com drone é a triagem de áreas extensas e a localização. Não elimina a necessidade de verificação no terreno quando a condição suspeita exige uma medição direta.

O planeamento do voo começa pelo objetivo da inspeção. Se a finalidade for identificar anomalias ao nível do módulo, a resolução espacial necessária pode diferir da de um voo destinado a resolver detalhes mais pequenos, ao nível da célula. As características da câmara, a objetiva, a altura de voo, a velocidade e a geometria de observação devem ser escolhidas em função do detalhe pretendido.

Voar mais alto aumenta a área visível em cada imagem, mas reduz o número de píxeis que representam um módulo ou uma célula. Um voo rápido pode melhorar a cobertura, mas pode introduzir movimento ou reduzir a possibilidade de manter um enquadramento adequado. A rota correta é, por isso, um compromisso baseado no requisito da inspeção e não apenas na cobertura máxima.

As rotas repetíveis são úteis quando a central é inspecionada mais do que uma vez. Uma geometria semelhante pode facilitar comparações posteriores, sobretudo quando a altitude, a direção, o ângulo da câmara e a resolução pretendida são registados. Repetir a rota não torna, por si só, duas inspeções comparáveis se as condições ambientais diferirem substancialmente.

O plano de voo também tem de considerar a posição dos seguidores, o terreno, os obstáculos, a infraestrutura elétrica, as restrições do espaço aéreo e as zonas seguras de descolagem e recuperação. As partes do gerador que não possam ser captadas de forma fiável devem ser assinaladas como limitações.

A IEC 62446-3 fornece orientações para a inspeção termográfica no exterior de sistemas fotovoltaicos em funcionamento, incluindo equipamento, condições ambientais, procedimento de inspeção, competência do pessoal e relatórios. Não é um algoritmo de planeamento de voo nem substitui os requisitos aeronáuticos específicos de cada local.

A irradiância é uma das principais condições que afetam a termografia fotovoltaica. Para que muitas anomalias elétricas gerem um contraste de temperatura útil, os módulos têm de funcionar com uma incidência solar significativa. Variações rápidas de irradiância podem dificultar a comparação de imagens captadas com apenas alguns minutos de diferença.

O vento também afeta a temperatura à superfície através do arrefecimento por convecção. Um vento forte ou variável pode reduzir a diferença aparente entre as zonas normais e as anómalas. Registar as condições de vento ajuda a explicar por que razão o contraste térmico pode diferir entre inspeções.

O movimento das nuvens pode criar uma irradiância desigual ao longo do gerador. Uma fila captada sob sol direto pode não ser comparável com outra captada após a passagem de uma nuvem, mesmo quando ambas as imagens provêm do mesmo voo.

A temperatura do módulo fornece contexto adicional, mas não existe um intervalo de temperatura universal que defina se uma inspeção é válida em todas as centrais fotovoltaicas. A IEC 62446-3 não impõe um limiar fixo de temperatura do módulo para todas as instalações.

O ângulo de observação é importante porque o vidro dos módulos fotovoltaicos reflete a radiação térmica do céu, da envolvente e, por vezes, da própria aeronave. As zonas que parecem quentes ou frias podem, por isso, ser reflexos e não condições reais do módulo.

Nas inspeções repetidas, o registo útil inclui as condições ambientais em conjunto com a geometria de voo e a informação sobre o equipamento. A comparação exige um contexto de medição semelhante, e não apenas nomes de ficheiros ou rotas semelhantes.

A primeira etapa após o voo consiste em organizar as imagens por localização física. As filas de módulos, os blocos, as strings ou os identificadores de equipamento devem ser associados às imagens térmicas e visíveis relevantes. Sem este passo, a análise pode gerar observações que não permitem agir no terreno.

A etapa seguinte consiste em identificar os padrões térmicos que diferem de zonas de comparação adequadas. O analista pode anotar uma temperatura elevada localizada, um módulo mais frio do que o esperado, um padrão de células repetido ou aquecimento numa ligação. A redação deve descrever o que é visível antes de atribuir uma causa.

De seguida, devem ser excluídos, sempre que possível, os artefactos ambientais e geométricos. Reflexos, focagem deficiente, ângulo de observação inadequado, transição de nuvens ou resolução insuficiente podem criar padrões enganadores. Uma observação duvidosa pode exigir outra imagem ou uma nova captação, em vez de ser classificada de imediato como defeito.

As constatações podem então ser priorizadas para verificação no terreno. O relatório deve preservar a imagem, a localização, as condições ambientais e o motivo do acompanhamento. Se medições elétricas posteriores confirmarem ou afastarem a condição suspeita, esse resultado deve ser acrescentado ao mesmo registo.

O software pode apoiar a organização, o mapeamento, a análise e a elaboração de relatórios. Não transforma a classificação de imagens em prova do estado elétrico.

Os dados térmicos não permitem, por si só, estabelecer a causa raiz. Uma célula quente localizada pode estar associada a várias condições elétricas ou físicas diferentes, e o aquecimento de um conector pode resultar de uma resistência que ainda necessita de confirmação física ou elétrica. Padrões de imagem semelhantes podem ter causas diferentes.

A termografia também não permite verificar diretamente a polaridade, a resistência de isolamento, a continuidade do condutor de proteção, a corrente de curto-circuito, a tensão em circuito aberto nem o comportamento IV completo. Essas propriedades exigem ensaios elétricos concebidos para as medir.

Uma imagem térmica normal não prova que um módulo ou uma string estejam isentos de avarias. Alguns defeitos geram pouca diferença de temperatura à superfície nas condições presentes durante o voo, e as avarias intermitentes podem não estar ativas no momento da inspeção.

Um voo com drone também não é monitorização contínua. Regista a central durante uma janela de tempo específica e não pode mostrar o que acontece horas, dias ou semanas depois, a menos que outro voo ou um sistema de monitorização capte a alteração.

O mesmo limite aplica-se ao software. As ferramentas de processamento de imagem e de elaboração de relatórios podem organizar a evidência, mas não podem substituir a verificação elétrica direta quando a decisão de manutenção depende de uma propriedade elétrica.

Um drone pode ser desnecessário numa área de inspeção muito pequena, que pode ser examinada de forma mais direta e segura a partir do solo. Mobilizar uma aeronave, um piloto, um fluxo de trabalho termográfico e um processo de análise de dados pode acrescentar complexidade quando apenas é necessário examinar alguns módulos acessíveis.

Uma avaria elétrica urgente pode também exigir isolamento imediato e trabalho elétrico direto, em vez de um voo de inspeção. Se um inversor comunicar uma condição de isolamento perigosa ou se os técnicos identificarem um arco elétrico ativo ou equipamento energizado danificado, a prioridade é o procedimento de segurança elétrica aplicável. Um voo não deve atrasar a resposta exigida pela situação.

O acesso ao local e as restrições aeronáuticas também podem tornar a termografia aérea impraticável. Espaço aéreo restrito, operações nas proximidades, pessoas, estruturas, vento forte, condições meteorológicas inadequadas ou a falta de uma zona de descolagem segura podem impedir operações de voo úteis ou legais.

As más condições térmicas são outra razão para não prosseguir apenas porque o drone está disponível. Mudanças rápidas de nebulosidade, irradiância inadequada, vento forte ou reflexos intensos podem produzir dados difíceis de interpretar com fiabilidade.

Nestes casos, a termografia no solo, os ensaios elétricos diretos, a inspeção visual, a análise de monitorização ou outro método podem responder à questão de forma mais direta. A ferramenta de inspeção deve seguir o problema técnico e não a disponibilidade da aeronave.