Napelemes rendszerek teljes körű vizsgálata termográfiai módszerekkel

A szolárrendszerek beüzemelésénél, illetve karbantartásánál számtalan problémával találkozhatunk. A felmerülő hibák többnyire hatásfokcsökkenéssel járnak, ezért rendkívül fontos, hogy ezen jelenségeket megfelelően és kellő időben mérni tudjuk.

Minden karbantartási folyamatnál a legfontosabb tényező az időráfordítás, továbbá a mérés és a vizsgálat hatékonysága. Ez a napelemes rendszereknél sincs másképp. Egy napelemes rendszert a leghatékonyabban termográfiás megoldással tudunk mérni. Hőkamerával a különböző hibaforrások hatékonyan felismerhetők már a hiba kezdeti szakaszában, aminek segítségével elkerülhetők a későbbi járulékos károk, mint további cellák, sorok meghibásodása vagy egy teljes panel károsodása. A professzionális nagy felbontású hőkamerák segítségével már 0,03 °C-os hőmérséklet-különbség is észlelhető, ennek köszönhetően a nagyobb hőjelenséggel járó hibák mellett még a szemmel alig észrevehető repedések, réteghibák és egyéb jelenségek is könnyedén felderíthetők.

1. ábra  HotSpot jelenség

Különböző meghibásodásokról beszélhetünk. A leggyakoribb a HotSpot jelenség, amely alatt egy cella meghibásodását (zárlatát) értjük. (1. ábra) Ilyen esetben a sérült rész a szomszédos cellák által termelt egyenáramot hővé alakítja jelentős hatásfokcsökkenést okozva. Továbbá, ha nem ismerjük fel idejében, akkor a hőtöbblet a szomszédos cellák meghibásodásához, rosszabb esetben akár tűzveszélyhez is vezethet. A manapság forgalmazott szolárpanelek többnyire tartalmaznak ByPass diódákat, amelyek a cellák túlmelegedését hivatottak megakadályozni, illetve áthidalják a hibás sorokat. Ezek helytelen működése viszont a cellasorok meghibásodását okozhatja, ami jelentős hatásfokcsökkenéshez vezet.

2. ábra  A „Mismatch” mintázat

A „Mismatch” mintázat a gyárilag hibás összeszerelés, illetve a nem összeillő hatásfokú cellák egy panelben való elhelyezése esetén fordulhat elő. (2. ábra) A soron belül a leggyengébb cella határozza meg a maximális áramot. Ha egy soron belül a cellák közül valamelyik nem érintkezik megfelelően, akkor a teljes sor kiesik az energiatermelésből. A hőkamerás mérésekkel nem csupán a napelemek hibajelenségeinek detektálására van mód, hanem a kapcsolódó elektromos rendszerek ellenőrzésére is, például a kábelek, csatlakozások melegedéseire is – legyenek akár korrodált kötések és csatlakozók, inverterek, laza elektromos rögzítések vagy túlmelegedett csatlakozási pontok. (3. ábra)

3. ábra  Helyes mérés hőkamerával

A szolárpanelek gyakran tetőn vagy egyéb, nehezen hozzáférhető helyen kerülnek kiépítésre, ezért gyakran egy hagyományos hőkamera nem bizonyul elégségesnek a mérési célokra. A normál látószögű kamerákkal távolról készített képeken pedig gyakorta nem látszanak kellő részletességgel a problémák. Ideális megoldást a professzionális nagy felbontású hőkamerák jelentenek. Ezen termékeknek a DSLR digitális fényképezőgépekhez hasonlatosan cserélhető az objektívjük. Az ilyen készülékekhez többnyire egy kisebb látószöggel rendelkező teleobjektív is beszerezhető a nagyobb látószögű optika mellé. Egyes modellek esetében további objektívek – akár szuper-teleobjektív – is megtalálhatók a gyártó kínálatában, a leghatékonyabb mérés érdekében. Javasolt továbbá minél nagyobb felbontású készüléket választani a részletesebb hőképekért. Egy nagyobb felbontású termikus képen könnyebben észrevehetők az anomáliák, és ezek könnyebben is lokalizálhatók a panel felületén.
Az időszakos karbantartások során – hasonlóan egy kapcsolószekrény vizsgálatához a pillanatnyi terheléssel – a napelemeknél a napsugárzás intenzitásával szükséges kalkulálnunk a pontos mérés érdekében. Erre nyújt megoldást a Szolármód, amely segítségével megadhatjuk a kamera számára a napsugárzás intenzitási értékét. Mindez a rögzített hőképek összehasonlító elemzésénél egy praktikus képesség. Bizonyos típusok az intenzitási értéken túl a kiegészítő műszerekkel mért elektromos értékek és más mérési eredmények rögzítésére is kínálnak lehetőséget a készített hőképek adatsorába mentve.
Gyakran egy nagyobb sorház tetején vagy egy napelemparkban kiemelten sok panel található, amelyek megkülönböztetése, adminisztrációja rendkívül fontos. Egy átlagos kamerával mindez nehézségekkel járhat. Bizonyos típusoknál – például a testo 890 hőkamera esetén – ez egy, a panel keretén elhelyezett vizuális kód segítségével oldható meg, amit a műszer képes beolvasni, és ezáltal képes beazonosítani a mérési helyet a felhasználó előzetes beállításai alapján.

4. ábra  Panorámakép

A helyes méréshez több feltételnek is teljesülnie kell. Általánosságban igaz, hogy a hőkamerás kültéri méréseket nem javasolt rendkívül intenzív napsugárzás mellett végezni (pl. déli órákban). A napelemek mérésekor viszont szükséges némi intenzitás. Érdemes a méréseket legalább 500-600 W/m² esetén végrehajtani. Amennyiben a besugárzás túl alacsony, úgy a hőkamerás vizsgálat csak bizonyos hibák feltárására használható. Továbbá lehetőleg felhőmentes, száraz, napos időben, alacsony környezeti hőmérséklet mellett mérjünk. Tekintettel arra, hogy napelemes rendszerek esetén összehasonlító mérést végzünk, az emissziós tényező elhanyagolható, viszont figyelnünk kell a reflexióra, amely károsíthatja a hőkamera detektorát. Ennek elkerülése érdekében egy praktikus megoldás lehet a panel hátoldali mérése, bár ez sok esetben nem kivitelezhető. A mérés során a hőkamerának a panelhez viszonyítottan 60°–120°-os szögben kell lennie. Ez a vizsgálati szög egy könnyebben hozzáférhető panel esetén sem egyszerű a felület mérete miatt.
Az ideális szögben tartva egy hagyományos pisztoly kialakítású hőkamera képe nem látható, fogása pedig kényelmetlen. Egyes high-end kategóriás eszközöknél viszont (pl. a testo 890 hőkameránál) a kijelző és a markolat kialakításánál ezt is figyelembe vették, ezért akár fej fölött mérnénk egy panelt, akár csípőmagasságban egy kapcsolószekrény elemeit, kényelmesen tudjuk tartani a műszert, és mindig rá is láthatunk a forgatható kijelzőre.
Ha egy napelemes rendszer kiépítése esetén végzünk méréseket, vagy egy meglévő rendszert időszakosan vizsgálunk, gyakran előfordul, hogy bizonyítanunk kell a mérési eredményeinket. Ez nem minden műszerrel egyszerű, illetve megoldható. Egyrészt mert nem lehetséges jól összehasonlítható hőképeket készíteni, másrészt pedig nem adott a megfelelő írásos dokumentálás. Érdemes tehát olyan gyártó termékét választanunk, ahol megfelelő módon és részletességgel tudunk jól érthető környezetben (magyar nyelven is) készíteni jegyzőkönyvet, amely hivatalos, EN szabvány szerinti sablon által exportálható. A gyakorlatias megfontolásokon túl érdemes odafigyelni, hogy a termék ára tartalmazza-e a szoftver árát, továbbá milyen időbeli és számbeli korlátai vannak esetlegesen a felhasználásának.
A fentebb részletezett szempontok figyelembevételével kiválasztott professzionális hőkamerával és néhány praktikus kiegészítő mérőműszerrel minden meghibásodást könnyedén felmérhetünk napelemes rendszerünkön, biztosítva ezzel az optimális és hibátlan működést. Ezen igényeknek tökéletesen megfelelnek a testo 875 és testo 890 hőkamerák. Az előbbi Szolármérési módot, cserélhető objektívet és kiváló termikus érzékenységet kínál, az utóbbi pedig a lenyűgöző termikus felbontás mellett forgatható érintőkijelzővel és markolattal, továbbá praktikus mérési módokkal (pl. automatikus HotSpot kiemelés, Szolármód) és mérési asszisztensekkel (pl. mérésihely-beazonosítás, panorámakép-asszisztens) segítik a hatékony vizsgálatot és a professzionális dokumentálást. (4. ábra)