Ángel Lezana, Jefe de Producto Termografía Unidad de Negocio Instrumentación; Alava Ingenieros

Además, ha crecido la conciencia de que nopodemos seguir contaminando el planetautilizando dichos combustibles fósiles.

La creciente búsqueda de energía alternativay limpia, ha generado una mayor demanda de laenergía fotovoltáica, lo que ha supuesto lacreciente creación de huertos solares, edificioscon paneles,

Bajo esta gran demanda:

MEDIANTE TERMOGRAFÍA

Microfisuras en el proceso defabricación.

Dentro de la producción de células solares,se pueden producir MICROFISURAS queposteriormente originarán un defecto mayor enla célula, evitando que produzca correctamentela energía eléctrica. Esto conlleva una pérdidaeconómica considerable. Las cámarastermograficas permiten realizar el estudio decada célula y descubrir qué células presentanestos pequeños defectos.

En la fabricación de los paneles, las cámarastermográficas evitan que se entreguen lospaneles defectuosos al poder evaluar antes ydespués de la laminación, todas las célulassometiéndolas a una corriente y evaluando elcomportamiento.

El hecho de que las fuentes de energía tradicionales como elcarbón, el gas y el petróleo sean escasas hace que sus preciossean elevados.

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Energías renovablesEnergías renovables

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Los paneles con “células muertas” sedesestimarán. Para evitar que posteriormente seproduzcan pérdidas en la generación de la energía

Las cámaras termograficas para aplicacionesen energías renovables son potentesherramientas no invasivas para la supervisión y eldiagnostico de paneles solares.

El mantenimiento de estas instalaciones es devital importancia para garantizar su eficiencia y sueficacia .De este modo se realizará el testestándar sólo en aquellos que la cámara hadetectado como sospechosos. Con una cámaratermografica, se puede identificar problemasanticipadamente, de forma que se puedendocumentar y corregir antes de que se agraven yresulte más cara su reparación.

El Pliego de Condiciones Técnicas deInstalaciones Conectadas a Red, ha sidoelaborado por el Departamento de Energía Solardel IDAE Instituto de Energía Solar de la UPM yCIEMAT, y en el que establece unosRequerimientos técnicos del contrato demantenimiento:

8.1.1 Se realizará un contrato demantenimiento preventivo y correctivo de almenos tres años.

8.2 Programa de mantenimiento

8.2.1 El objeto de este apartado es definir lascondiciones generales mínimas que debenseguirse para el adecuado mantenimiento delas instalaciones de energía solar fotovoltaicaconectadas a red.

8.2.2 Se definen dos escalones de actuaciónpara englobar todas las operaciones

necesarias durante la vida útil de la instalaciónpara asegurar el funcionamiento, aumentar laproducción y prolongar la duración de lamisma: Mantenimiento preventivo y MantenimientocorrectivoPlan de mantenimiento preventivo:operaciones de inspección visual, verificaciónde actuaciones y otras, que aplicadas a lainstalación deben permitir mantener dentrode límites aceptables las condiciones defuncionamiento, prestaciones, protección ydurabilidad de la misma.

8.2.3 Plan de mantenimiento preventivo:operaciones de inspección visual, verificaciónde actuaciones y otras, que aplicadas a lainstalación deben permitir mantener dentrode límites aceptables las condiciones defuncionamiento, prestaciones, protección ydurabilidad de la misma.

8.2.5 El mantenimiento debe realizarse porpersonal técnico cualificado bajo laresponsabilidad de la empresa instaladora

8.2.6 El mantenimiento preventivo de lainstalación incluirá al menos una visita (anualpara el caso de instalaciones de potenciamenor de 5 kWp y semestral para el resto) enla que se realizarán las siguientes actividades: Comprobación de las protecciones eléctricas. Comprobación del estado de los módulos:comprobación de la situación respecto alproyecto original y verificación del estado delas conexiones. Comprobación del estado del inversor:funcionamiento, lámparas de señalizaciones,alarmas, etc. Comprobación del estado mecánico de cablesy terminales (incluyendo cables de tomas detierra y reapriete de bornas), pletinas,transformadores, ventiladores/extractores,uniones, reaprietes, limpieza.

8.2.7 Realización de un informe técnico decada una de las visitas en el que se refleje elestado de las instalaciones y las incidenciasacaecidas.

�Los módulos fotovoltaicos o colectoressolares fotovoltaicos (llamados a veces panelessolares, aunque esta denominación abarca otrosdispositivos) están formados por un conjunto deceldas (células fotovoltaicas) que producenelectricidad a partir de la luz que incide sobre

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ellos. El parámetro estandarizado para clasificarsu potencia se denomina potencia pico, y secorresponde con la potencia máxima que elmódulo puede entregar bajo unas condicionesestandarizadas, que son:

- radiación de 1000 W/m2

- temperatura de célula de 25ºC (no tempera-tura ambiente).

Las cámaras termográficas FLIR:• Son muy fáciles de usar • Proporcionan una imagen detallada de la

situación• Identifican y localizan el problema• Miden temperaturas• Guardan información• Indican exactamente qué se necesita

corregir• Ayudan a encontrar fallos antes de que se

produzcan problemas reales• Le permiten ahorrar tiempo y dinero

Energía Solar FotovoltáicaLos paneles solares pueden convertir la

energía solar en electricidad.. Sin embargo, laclave para conseguir una máxima rentabilidad yobtener un alto rendimiento durante décadas, es

una gran calidad. La placa solar, la parte másimportante de un sistema solar, debe ser fiable ycapaz de producir electricidad durante añoshasta el final de su vida útil. Las cámarastermograficas pueden desempeñar un papelimportante para garantizar la buena calidaddurante el ciclo de vida completo de una placasolar.

El uso de cámaras termográficas para laevaluación de paneles solares ofrece variasventajas. Las anomalías se pueden ver de formaclara en una termografía nítida y, a diferencia dela mayoría de los demás métodos, las cámarastermográficas se pueden utilizar para escanearpaneles solares durante su funcionamientonormal.

Conforme las reservas de combustiblesfósiles van escaseando, los precios del carbón ydel gas alcanzan su punto mas alto y mucha gentemira al sol en busca de una fuente de energíarenovable. Pero los paneles solares sonvulnerables al desgaste. Por lo tanto,profesionales del sector de las energíasrenovables de todo el mundo utilizan cámarastermograficas para inspeccionar los panelessolares instalados en los tejados o parquessolares.

Inspección de paneles solaresEl uso de cámaras termograficas para la

evaluación de paneles solares ofrece variasventajas. Las anomalías se pueden ver de formaclara en una termografía nítida y, a diferencia dela mayoría de los demás métodos, las cámarastermograficas se pueden utilizar parainspeccionar paneles solares durante elfuncionamiento real.

Las cámaras permiten inspeccionar grandesáreas en poco tiempo.

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Con una cámara termografica, se puedendetectar y reparar las zonas potencialmenteproblemáticas antes de que tenga lugar cualquierproblema o avería.

Pero no todas las cámaras son adecuadas parala inspección de celdas solares, se deben seguiralgunas reglas y directrices para realizarinspecciones eficaces y garantizar que se sacan lasconclusiones acertadas.

Los puntos rojos indican placas que estánmucho más calientes que el resto, indicando lasde conexiones dañadas.

Procedimientos parainspeccionar paneles solares concámaras termográficas

Para lograr el contraste termico suficiente a lahora de inspeccionar celdas solares sobre elterreno, se necesita una radiación solar de 500W/m2 o superior. Para un resultado óptimo serecomienda una radiación solar de 700 W/m2. Laradiación solar describe la potencia instantáneaque incide en una superficie en unidades dekW/m2, que se puede medir con un piranómetro(para la radiación solar general) o un

pirheliómetro (para la radiación solar directa).Depende en gran parte de la ubicación y climalocal. Las temperaturas exteriores bajas puedenaumentar el contraste térmico.

¿Qué tipo de cámara necesita?

Las cámaras termograficas para lasinspecciones fotovoltaicas cuentan normalmentecon un detector microbolómetro de onda largade 8 a 14 µm. Sin embargo, el vidrio no estransparente en esta zona.

Cuando se inspeccionan celdas solares desdela parte delantera, una cámara termografica ve ladistribución del calor de la superficie de vidrio,pero tan solo ve de forma indirecta ladistribución del calor de las celdas subyacentes.Por lo tanto, las diferencias de temperatura quese pueden ver y medir en la superficie de vidriodel panel son pequeñas. Para que dichasdiferencias sean visibles, la cámara termograficapara estas inspecciones necesita contar con unasensibilidad térmica de ≤0,06ºC. Para visualizarclaramente pequeñas diferencias de temperaturaen la termografia, la cámara debe contar con unajuste manual de intervalo y nivel.

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Las placas fotovoltaicas se montangeneralmente en estructuras de aluminio muyreflectante, en la termografia aparece como unazona fría ya que refleja la radiación térmicaemitida por el cielo. En la práctica esto significaque la cámara termografica mostrará latemperatura de la estructura por debajo de 0ºC.Dado que el algoritmo de la cámara termograficase adapta automáticamente a la temperaturamáxima y mínima que se haya medido, puede quemuchas anomalías leves no sean visibles deinmediato. Para lograr una termografia conmayor contraste, se necesitaría una continuacorrección manual del nivel y del intervalo.

La función conocida como DDE (DigitalDetail Enhancement) proporciona la solucion. LaDDE optimiza el contraste de la imagen de formaautomatica en escenas con alto rango dinamico,por lo que no hay que ajustar la termografia deforma manual. Una cámara termografica quecuente con DDE está bien equipada para realizarinspecciones rápidas y precisas de panelessolares.

Colocación de la cámara: tenga en cuenta losreflejos y la emisividad

Aunque el vidrio tenga una emisividad de0,85-0,90 en la banda de 8 a 14 µm, las

mediciones térmicas en las superficies de vidriono son fáciles. Las reflexiones del vidrio sonespeculares, lo que significa que en la termografíase apreciaran claramente los objetos dealrededor con distinta temperatura. En el peorde los casos, esto puede llevar a una malainterpretación (falsos puntos calientes) y aerrores de medición.

Dependencia de ángulo de la emisividad delvidrio. Para evitar la reflexión en el vidrio de lacámara termografica y del operario, esta no sedebe colocar perpendicular a la placa que se estéinspeccionando. Sin embargo, la emisividad estáen lo mas alto cuando la cámara se encuentra enposición perpendicular y disminuye al aumentarel ángulo. Un ángulo de visión de 5º a 60º es unabuena opción (siempre que 0º seaperpendicular).

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Termografía con el nivel y el intervalo en modo automático (izquierda) y enmodo manual (derecha).

Termografía sin DDE (izquierda) y con DDE (derecha)

Ángulo de visión recomendado (verde) y aevitar (azul) al realizar inspecciones

termográficas.

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Observaciones a larga distancia

Conseguir un ángulo de visión apropiadodurante la preparación de la medición no siemprees fácil. En la mayoría de los casos utilizar untrípode puede ser la solución. En condiciones másdifíciles puede ser necesario utilizar plataformasde trabajo móviles o incluso sobrevolar las celdassolares con un helicóptero. En estos casos, puedeser ventajosa una mayor distancia del objetivo,dado que se puede analizar una zona mas grandede una pasada. Para garantizar la calidad de latermografia se debe utilizar una cámaratermografica con una resolución de imagen de320 x 240 pixeles, preferiblemente de 640 x 480pixeles, para grandes distancias.

Las celdas solares defectuosas producen unexceso de calor, lo que hace que sean fáciles dedetectar con la tecnología termográfica.

La cámara también debe tener una lenteintercambiable, para que el operario puedacambiar a un teleobjetivo en las inspecciones alarga distancia, como las que se realizan desde unhelicóptero. No obstante, es recomendable quesolo se utilice el teleobjetivo con cámarastermograficas que posean una alta resolución deimagen. En las mediciones de larga distancia conteleobjetivo, las cámaras termograficas de baja

resolución no muestran los pequeños detallestérmicos que indican fallos en los paneles solares.

Observación desde unaperspectiva diferente

En la mayoría de los casos, las placasfotovoltaicas se pueden inspeccionar tambiéndesde la parte trasera con una cámaratermografica. Este medio minimiza lainterferencia de las reflexiones del sol y las nubes.Además, las temperaturas obtenidas en la partetrasera pueden ser más altas, ya que la celda semide directamente y no a través de la superficiede vidrio.

La inspección de la parte trasera no muestrapuntos calientes, los puntos calientes de la imagenanterior estaban provocados por la reflexión delas nubes.

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Condiciones ambientales y demedición

Al llevar a cabo inspecciones termograficas, elcielo debe estar despejado ya que las nubesreducen la radiación solar y produceninterferencias en forma de reflexiones. Lasimágenes informativas pueden, sin embargo,obtenerse incluso con un cielo cubierto, siempreque la cámara termografica que se utilice sea losuficientemente sensible. Las condiciones decalma son lo más recomendable, ya que cualquierflujo de aire en la superficie del placa solarprovocara un enfriamiento por convección y, porello, reducirá el gradiente térmico. Mientras másfría sea la temperatura, mayor será el contrastetérmico potencial. Una opción sería realizar lasinspecciones termograficas por la mañanatemprano.

Otra forma de mejorar el contraste térmicoes desconectar las celdas de la carga, para evitarel flujo de corriente, lo que permite que elcalentamiento se produzca únicamente mediantela radiación solar. Después se conecta la carga yse observan las celdas en la fase decalentamiento.

En condiciones normales, sin embargo, sedebe inspeccionar el sistema bajo condiciones defuncionamiento estándar. Dependiendo del tipode celda y del tipo de fallo o avería, lasmediciones en condiciones sin carga o en casode cortocircuito pueden proporcionarinformación adicional.

Con una cámara termográfica podrá localizarrápidamente problemas como celdas dañadas yasí resolverlos de manera rápida.

Errores de mediciónLos errores de medición surgen

principalmente debido a una mala colocación dela cámara y a unas condiciones de medición yambientales por debajo del nivel optimo.

Los errores de medición típicos estánprovocados por:

• un ángulo de visión poco profundo.• un cambio en la radiación solar con el pasodel tiempo (debido a cambios en el cielo, porejemplo).• reflexiones (por ejemplo, del sol, las nubes,los edificios altos de los alrededores, lossistemas de mediciones).• ensombrecimiento parcial (por ejemplo,

debido a los edificios u otras estructuras delos alrededores).

¿Que se pude ver en latermografía?

Si hay piezas del panel solar mas calientes queotras, dichas piezas aparecerán claramente en latermografía. Dependiendo de la forma y de laubicación, estos puntos y zonas calientes puedenindicar varios fallos diferentes. Si una placa enteraestá mas caliente de lo habitual, puede significarque hay problemas con las conexiones. Si son lasceldas individuales o las hileras de celdas las queaparecen como puntos calientes los problemaspueden estar provocados por diodosdefectuosos, cortocircuitos internos o desajustesde las celdas.

Una prueba en un panel solar muestra que lospuntos calientes se pueden ver fácilmente en latermografía, incluso si dicha termografía es de laparte delantera.

El ensombrecimiento y las grietas en las celdasaparecen en la termografia como puntoscalientes o formas poligonales. El aumento detemperatura de una celda o parte de ella indicaque la celda es defectuosa o que hay unensombrecimiento. Deben compararse las

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termografias obtenidas en condiciones de carga,sin carga o en caso de cortocircuito. Unacomparación de las termografias de la partedelantera y trasera de la placa también puedeproporcionar información valiosa. Por supuesto,para una correcta identificación de la avería, lasplacas que muestran anomalías también debenprobarse de forma eléctrica e inspeccionarsevisualmente.

Conclusiones

La inspección termografica de los sistemasfotovoltaicos permite la rápida localización dedefectos potenciales a nivel de celdas y placas, asícomo la detección de posibles problemas deconexión eléctrica. Las inspecciones se llevan acabo en condiciones de funcionamiento normal yno es necesario apagar el sistema.

Para lograr termográmas correctos queaporten información, deben tenerse en cuentaciertos procedimientos y condiciones demedición:

�se debe utilizar una cámara termográficacon los accesorios adecuados y laresolución correcta;

�se necesita radiación solar suficiente (comomínimo 500 W/m2, preferiblemente mas de700 W/m2);

�el ángulo de visión debe estar dentro de losmárgenes de seguridad (entre 5° y 60°);

�se deben evitar el ensombrecimiento y lasreflexiones.

Las cámaras termograficas se utilizanprincipalmente para localizar defectos. Laclasificación y evaluación de las anomalíasdetectadas necesitan un sólido entendimiento dela energía solar, un conocimiento del sistemainspeccionado y mediciones eléctricasadicionales.

La documentación adecuada es obligatoria ydebe contener todas las condiciones de lainspección, las mediciones adicionales y toda lainformación relevante para una correctainspección.

Las inspecciones con una cámaratermografica, ayudan a mantener la funcionalidadde los paneles solares y a ampliar su vida útil.Utilizar cámaras termograficas para inspeccionarpaneles solares mejorará notablemente larentabilidad de la inversión de la empresa.

Estas imágenes tomadas desde la parte traseradel mismo panel solar muestran muchos menosreflejos que la parte delantera, lo que hace que lasmediciones de temperatura sean mucho másprecisas.

Al realizar una inspección termografica, haymuchos detalles que se deben considerar.Además de conocer como funciona la cámaratermografica y como tomar imágenes, esimportante conocer la física tras los patronestérmicos de un, panel solar o turbina eólica ycomo se construyen.

Todo ello se debe tener en cuenta paracomprender, interpretar y evaluar lastermografias correctamente.

Es de suma importancia conocer todos losprincipios, conceptos y usos de los sistemas paraun mejor análisis en todas las aplicaciones en lasque podemos emplear la termografía.

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” ["Pruebas de calidad en placas fotovoltaicasutilizando imágenes de infrarrojos”], Tabla 1: Lista de los errores de placa típicos (Fuente:ZAE Bayern e.V, “Überprüfung der Qualität vonPhotovoltaik-Modulen mittels Infrarot-Aufnahmen

�

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l Termografí a l Sostenibilidad l Maquinas movimiento de tierra l

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