Termokamery kontrolují provoz elektráren

Fotovoltaické elektrárny jsou investičně náročná zařízení a proto musí plánovanou dodávkou elektřiny zajistit návratnost investice. To závisí na mnoha faktorech, ale zejména na bezchybném provozu instalací. Důležitou roli zde hraje pravidelná údržba všech technologických částí elektrárny. K tomu slouží například speciální termokamery.

Fotovoltaická instalace je složena z mnoha částí: Panelů instalovaných v nosných konstrukcích, měničů (investorů) stejnosměrného napětí na střídavé, ze systému otáčení panelů, z kabeláže, ochranných systémů a dalších prvků pro napojení na síť. Všechny části mají svůj režim údržby, nicméně nejcitlivějším jsou fotovoltaické panely.

Fotovoltaický panel se skládá z modulů, které obsahují články založené na polovodičích, jež generují stejnosměrné napětí. Články jsou v panelu seskupeny v jedné nebo několika paralelních sériích, aby bylo dosaženo požadovaného výkonu a napětí.

Při dané době amortizace fotovoltaických elektráren mezi šesti až deseti lety je důležité zajistit, aby měla po celou dobu provozu výkon plánovaný v rozmezí limitů uvažovaných při návrhu elektrárny. V tomto ohledu je termografie základním nástrojem pro sledování provozu a účinnosti různých prvků tvořících kompletní instalaci: fotovoltaických modulů, propojení, motorů, transformátorů, invertorů atd. Byť jen částečné snížení účinnosti  totiž může vést k významnému prodloužení návratnosti investice.

 

Snížení výkonu panelu

Jako u mnoha dalších instalací a procesů je významným indikátorem správného provozu zařízení jeho teplota. Například existuje základní pravidlo, které stanovuje, že pro danou část zařízení znamená nárůst teploty o 10 °C nad provozní teplotu doporučenou výrobcem padesátiprocentní snížení užitkové životnosti zařízení. Toto jednoduché pravidlo ukazuje, jak mohou nadměrné teploty způsobit významné náklady s ohledem na zařízení a všeobecnou údržbu. Navíc, uvážíme-li, že solární panely zahrnují velké množství polovodičových článků, teplo generované vadným článkem může vést k znehodnocení sousedních článků, čímž se problém časem ještě znásobí.

Za normálních provozních podmínek generuje každý fotovoltaický článek, když na něj dopadá sluneční záření, napětí, které, pokud je přidáno k dalším článkům v sérii, zajišťuje výstupní napětí pro daný panel. Panel je připojen k invertoru, jenž generuje střídavé napětí.

Pokud článek kvůli poruše nepracuje, nebo negeneruje elektrickou energii když nepřijímá sluneční záření, může být opačně polarizován. To znamená, že se bude chovat jako spotřebič a nikoli jako generátor, což může mít za následek vysoký rozptyl tepla na ploše panelu.

V závislosti na struktuře panelu a když jsou články zapojeny sériově, aby bylo dosaženo nejvhodnějšího napětí pro používaný invertor, mohla by závada na jednom článku vést k celkové nebo částečné ztrátě výkonu celého fotovoltaického panelu. I to se projeví na rozptylu tepla v panelu.

V obou případech vede tento typ problému ke snížení výkonu panelu, což znamená, že se investice vrátí později. Navíc problémy spojené s přehříváním mohou vést ke snížení účinnosti okolních článků nebo dokonce k jejich poruchám, čímž se může problém rozšířit na větší oblast příslušného panelu.

Rozložení tepla na panelu je možné detekovat speciální termokamerou.

 

Kontrola termokamerou

Například termokamera Fluke s technologií IR-Fusion® současně zachycuje celkový radiometrický snímek tepleného záření spolu se snímkem ve viditelném oboru spektra, přičemž překrývá jeden obrazový bod druhým s různou měrou průhlednosti. Takto získaný obraz ukáže povrchové teploty zobrazovaných objektů (v tomto případě fotovoltaických panelů) s použitím barevné palety, kterou může uživatel zvolit a která reprezentuje různé teploty s použitím různých barev spolu s obrazem ve viditelné oblasti spektra, což zjednodušuje identifikaci jednotlivých prvků. Díky obrazu v infračerveném oboru jsme schopni vidět, jak se vadné články přehřívají.

Nejpříhodnější podmínky pro detekci tohoto typu problému jsou v době, kdy má panel největší výkon, standardně uprostřed jasného dne. Za těchto podmínek je možné detekovat články s teplotami dosahujícími až 111 °C.

Fotovoltaické panely je možné pomocí termokamery kontrolovat z přední nebo zadní strany. Druhý způsob je zvláště výhodný, protože se vyhnete problémům s odrazem slunečního záření nebo odrazem kvůli emisivitě (intenzitě vyzařování) spojené s krystalickým povrchem panelů.

V každém případě umožňuje termografie identifikovat panely s horkými body rychleji a bezdotykově nebo z větší vzdálenosti. Jednoduše stačí nasnímat danou instalaci pomocí termokamery.

Pokud se provozovatel snaží vyhnout problémům spojeným s inverzní polarizací článků, mohou fotovoltaické moduly zahrnovat ochranné diody (závěrné diody, jednosměrné diody nebo nulové diody), které budou rozptylovat více výkonu s tím, jak bude růst počet vadných článků. Toto teplo může být také detekováno pomocí termokamer snímáním panelu ze strany, kde je umístěno připojení.

Zvláštní pozornost je třeba věnovat přítomnosti stínů na fotovoltaických panelech způsobených stromy, sloupy středního napětí, dalšími panely atd., které mohou vést k výskytu nepravidelných tepelných oblastí a tudíž i falešné interpelaci (obzvláště pokud jsou infračervené snímky pořízeny časně z rána nebo pozdě odpoledne).

Dalším velmi důležitým aspektem je úspěšné uvedení elektrárny do chodu. V tomto případě je termokamera velmi cenným nástrojem, jelikož umožňuje vedoucímu provozu jednoduše detekovat fotovoltaické panely s výrobními vadami a aplikovat příslušnou záruku.

Všechny tyto aspekty nám ukazují, jak je termografie nezbytným nástrojem při údržbě instalací. Navíc je možné tento nástroj velmi jednoduše používat, což umožňuje jeho plnou integraci do sady nástrojů používaných k údržbě, kterou používají údržbáři (multimetry, klešťové měřiče, měřiče izolace, analyzéry kvality energie atd.

 

Další kontrolované prvky

Dalšími místy, které mohou být kontrolovány pomocí termokamer, jsou motory. Kvůli různým podmínkám, jako jsou povětrnostní podmínky v okolí motorů, nebo kvůli jejich nesprávnému dimenzování se mohou tyto motory zahřívat do míry, kdy je jejich užitková životnost významně snížena. Takové zahřívání by mohlo způsobit mechanické problémy (problémy v ložiscích a se souosostí), problémy s větráním, mezerami ve vinutí atd.

Aby bylo možné kontrolovat, že motor perfektně pracuje, je možné použít i jiné měřicí nástroje, jako jsou klešťové měřiče, přístroje na měření izolace atd. Tato opatření jsou ale velmi nákladná.

Podobně můžeme používat termokameru pro detekci nadměrného zahřívání invertorů a středněnapěťových transformátorů. V středněnapěťových transformátorech můžeme detekovat problémy se středně a nízko napěťovými připojeními, jakož i problémy s vnitřním vinutím.

Dalším místem, kde je termografie užitečná při provádění preventivní a prediktivní údržby, jsou spojovací body. Ty se mohou časem uvolňovat, což může vést k provozním problémům a zbytečným poruchám obzvláště, pokud má fotovoltaická elektrárna větší množství připojení stejnosměrného a střídavého proudu a elektrické panely. S ohledem na takovouto situaci je nutné si uvědomit, že každé špatné spojení vytváří místo s větším odporem; jinými slovy místo, kde je větší tepelný rozptyl (ztráta způsobená vyzařováním tepla) na účet Joulova efektu.

 

Obrázek – Rozložení tepla na povrchu fotovoltaického panelu lze detekovat speciální termokamerou 

 

Stanislav Přibyl (Zdoj: Fluke)

 

Celý článek vyšel v čísle 4/12 časopisu Energie 21. 

 

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *