Inspección solar fotovoltaica: encontrar el módulo caliente entre decenas de miles

Los fallos de una planta solar se agrupan en tres familias: degradación de módulos (grietas en celdas, puntos calientes, diodos de derivación averiados, degradación inducida por potencial (PID), encapsulante decolorado o delaminado, vidrio roto), fallos eléctricos (cadenas abiertas, conectores y cajas de conexión sobrecalentados, inversores disparados) y estructura, terreno y entorno (corrosión, pernos flojos, vegetación, erosión).

En Japón, la revisión de 2017 del régimen de tarifa regulada (FIT) obligó a los generadores a realizar mantenimiento e inspección conforme a su plan de negocio aprobado. Descuidar el mantenimiento puede poner en riesgo la aprobación. Las asociaciones del sector publican listas de comprobación y guías, y la inspección suele combinar revisiones visuales, mediciones eléctricas e imágenes infrarrojas.

El problema es la superficie. Las plantas a escala de servicio público cubren de varias a decenas de hectáreas, muchas en laderas. Recorrer las filas en pleno verano con una cámara térmica de mano, módulo por módulo, es lento y conlleva un riesgo real de golpe de calor.

El otro dolor es quién hace el trabajo, y a qué escala. Las plantas grandes tienen contratistas de O&M dedicados, pero las plantas pequeñas son mucho más numerosas y a menudo reciben poca atención. Japón ha ido ampliando los requisitos de notificación y revisión de seguridad también a sistemas fotovoltaicos comerciales más pequeños.

La energía solar es uno de los primeros campos donde la inspección con dron se volvió rutinaria. El cielo está despejado, el GNSS es fiable y los objetivos están planos en filas ordenadas. Un dron que lleva una cámara térmica y una visible a la vez vuela una ruta automatizada y cubre la planta de una sola pasada.

El patrón básico es una ruta automatizada de ida y vuelta a lo largo de las filas. La captura térmica necesita irradiancia fuerte en el plano del módulo: una revisión del IEA PVPS recomienda tomar imágenes con más de 600 W/m²; sin ella, las celdas defectuosas y las sanas no se separan en temperatura. La altitud se fija hacia atrás a partir de la resolución necesaria para distinguir una sola celda defectuosa en la imagen térmica.

Cómo planificar una captura en función del sol, los reflejos y las condiciones infrarrojas se explica en planificar una captura térmica y visual según el sol y los reflejos (Airffic Flight Institute). El mismo razonamiento se aplica a los campos solares.

Los emplazamientos solares son abiertos y fáciles de volar. Pero el mejor momento para inspeccionar es el mediodía con sol fuerte, la parte más calurosa del día. Aeronave, baterías y personas se cuecen por igual. Y el vidrio de los módulos es además un espejo del cielo y del sol, lo que puede engañar a las imágenes térmicas.

• Calor: al mediodía en pleno verano la temperatura de las baterías sube y el tiempo de vuelo puede acortarse. Guarde las baterías a la sombra, déjelas enfriar tras la carga y rote las de repuesto. Planifique también la prevención del golpe de calor para el equipo. Calor
• Reflejos: el sol o el propio dron reflejados en el vidrio pueden parecer un punto caliente. Capture casi perpendicular al plano del módulo y planifique rutas que eviten los reflejos solares.
• Nubes y viento: las nubes que pasan cambian la irradiancia y alteran las diferencias de temperatura; el viento fuerte enfría la superficie y oculta el contraste. Registre las condiciones con un medidor de irradiancia.
• Fotovoltaica flotante y en cubierta: las plantas flotantes implican el riesgo de que la aeronave caiga al agua; en las cubiertas suele haber personas debajo. Vea agua, salpicaduras y humedad y zonas urbanas y personas debajo.

Un solo vuelo produce miles de imágenes térmicas. A partir de ellas hay que encontrar anomalías térmicas, clasificarlas, identificar el módulo exacto y decidir la prioridad de reparación. Los patrones térmicos tienen formas reconocibles: una celda caliente, una franja caliente (sospeche del diodo de derivación), un módulo entero caliente, una cadena entera caliente. El patrón apunta a la causa probable.

En Japón, las plantas fotovoltaicas se rigen tanto por la Electricity Business Act (conformidad con normas técnicas y una organización de seguridad proporcional al tamaño de la planta) como por la Renewable Energy Act (mantenimiento conforme al plan de negocio). Usar drones es decisión del operador, pero registrar los resultados y reparar los fallos es responsabilidad del operador.

A nivel internacional, la IEC TS 62446-3 establece cómo debe realizarse la inspección infrarroja de plantas fotovoltaicas y se ha convertido en el lenguaje común para las condiciones de captura y las clases de fallo. Las reclamaciones de garantía a veces exigen informes en este formato.

Las reglas de vuelo son aparte. La mayoría de las plantas están fuera de distritos densamente poblados, pero la distancia a carreteras y viviendas más allá de la valla y si se vuela más allá de la línea de vista (BVLOS) de forma automática cambian los permisos necesarios, y más aún en patrullas desatendidas desde una estación de dron. Compare países en regulaciones del mundo.

• Confirmar la causa: se ve que un módulo está caliente, pero a menudo no por qué. Respáldelo con trazado I-V o una comprobación de cerca.
• Seguridad eléctrica: las pruebas de resistencia de aislamiento y el trabajo dentro de las cajas de combinación son para electricistas cualificados.
• Fisuras finas en las células: algunas fisuras nunca aparecen en las imágenes térmicas diurnas. Requieren imagen EL u otro método.
• Bajo los módulos: las estructuras y los pernos bajo los paneles son invisibles desde arriba; revíselos desde el suelo.
• Días de sol débil: con nubes o con el sol débil del invierno, el contraste térmico simplemente no aparece. Las ventanas de inspección son limitadas.

En un rincón de una planta en ladera hay una estación de dron. Cuando el sensor de irradiancia detecta sol suficiente, el dron despega por sí solo, cartografía térmicamente las filas y regresa. Al atardecer, una lista de módulos que merece la pena reparar, con imágenes térmicas cotejadas con los registros de producción, llega al contratista de O&M. Tras lluvias intensas revisa también las laderas en busca de arrastres. Esa es la imagen que esperan nuestros editores.

Nadie recorre las filas bajo un sol abrasador. En su lugar, las personas reparan fallos en orden de energía perdida, gestionan reclamaciones de garantía y planifican el reciclaje cuando los módulos llegan al final de su vida. La inspección pasa de buscar módulo por módulo a cuidar toda la vida de la planta.