Inspeção de usinas solares fotovoltaicas: encontrar o único módulo quente entre dezenas de milhares

As falhas em uma usina solar se dividem em três famílias: degradação dos módulos (trincas nas células, pontos quentes, diodos de bypass defeituosos, degradação induzida por potencial (PID), encapsulante descolorido ou delaminado, vidro quebrado), falhas elétricas (strings abertas, conectores e caixas de junção superaquecidos, inversores desarmados) e estrutura, solo e entorno (corrosão, parafusos frouxos, vegetação, erosão).

No Japão, a revisão de 2017 do regime de tarifa feed-in (FIT) passou a exigir que os geradores realizem manutenção e inspeção conforme o plano de negócios aprovado. Negligenciar a manutenção pode pôr a aprovação em risco. As associações do setor publicam listas de verificação e guias, e a inspeção normalmente combina verificações visuais, medições elétricas e imagens infravermelhas.

O problema é a área. Usinas de grande porte cobrem de alguns a dezenas de hectares, muitas em encostas. Percorrer as fileiras em pleno verão com uma câmera térmica na mão, módulo por módulo, é lento e traz risco real de insolação.

A outra dor é quem faz o trabalho, e em que escala. As grandes usinas têm empresas de O&M dedicadas, mas as pequenas são muito mais numerosas e costumam receber pouca atenção. O Japão vem estendendo as exigências de notificação e de verificação de segurança também aos sistemas fotovoltaicos comerciais menores.

A energia solar é um dos primeiros campos em que a inspeção por drone se tornou rotina. O céu é aberto, o GNSS é confiável e os alvos ficam planos, em fileiras ordenadas. Um drone que leva uma câmera térmica e uma câmera visível juntas voa uma rota automatizada e cobre a usina de uma só vez.

O padrão básico é uma rota automatizada de ida e volta ao longo das fileiras. A captura térmica precisa de forte irradiância no plano dos módulos: uma revisão do IEA PVPS recomenda capturar com mais de 600 W/m²; sem isso, células defeituosas e saudáveis não se separam em temperatura. A altitude é definida de trás para a frente, a partir da resolução necessária para distinguir uma única célula defeituosa na imagem térmica.

Como planejar uma captura em função do sol, dos reflexos e das condições do infravermelho está descrito em planejar uma captura térmica e visual em função do sol e dos reflexos (Airffic Flight Institute). O mesmo raciocínio vale para usinas solares.

As usinas solares são abertas e fáceis de sobrevoar. Mas o melhor momento para inspecionar é o meio-dia sob sol forte — a parte mais quente do dia. Aeronaves, baterias e pessoas, todos assam. E o vidro dos módulos é também um espelho para o céu e o sol, o que pode enganar as imagens térmicas.

• Calor: ao meio-dia no auge do verão a temperatura das baterias sobe e o tempo de voo pode encolher. Guarde as baterias à sombra, deixe-as esfriar após a carga e alterne as reservas. Planeje também a prevenção de insolação para a equipe. Calor
• Reflexos: o sol ou o próprio drone refletidos no vidro podem parecer um ponto quente. Capture quase perpendicular ao plano do módulo e planeje rotas que evitem reflexos solares.
• Nuvens e vento: nuvens passageiras alteram a irradiância e embaralham as diferenças de temperatura; vento forte resfria a superfície e esconde o contraste. Registre as condições com um medidor de irradiância.
• FV flutuante e em coberturas: usinas flutuantes trazem o risco de uma aeronave cair na água; coberturas costumam ter pessoas embaixo. Veja água, respingos e umidade e áreas urbanas e pessoas embaixo.

Um único voo produz milhares de imagens térmicas. A partir delas você encontra anomalias térmicas, as classifica, identifica o módulo exato e decide a prioridade de reparo. Os padrões térmicos têm formas reconhecíveis: uma célula quente, uma faixa quente (suspeite do diodo de bypass), um módulo inteiro quente, uma string inteira quente. O padrão aponta para a causa provável.

No Japão, as usinas fotovoltaicas estão sujeitas tanto à Lei de Negócios de Eletricidade (conformidade com normas técnicas e uma organização de segurança proporcional ao porte da usina) quanto à Lei de Energias Renováveis (manutenção conforme o plano de negócios). Usar drones é uma escolha do operador, mas registrar os resultados e corrigir as falhas é responsabilidade dele.

Internacionalmente, a IEC TS 62446-3 estabelece como deve ser feita a inspeção infravermelha de usinas fotovoltaicas e se tornou a linguagem comum para condições de captura e classes de falha. Pedidos de garantia às vezes exigem relatórios nesse formato.

As regras de voo são separadas. A maioria das usinas fica fora de áreas densamente habitadas, mas a distância até estradas e casas além da cerca e o fato de voar além da linha de visada (BVLOS) de forma automática mudam as permissões necessárias — ainda mais para patrulhas não assistidas a partir de um dock de drone. Compare países em regulamentações pelo mundo.

• Confirmar a causa: dá para ver que um módulo está quente, mas muitas vezes não o porquê. Complemente com traçado I-V ou uma verificação de perto.
• Segurança elétrica: testes de resistência de isolamento e trabalho dentro de string boxes são para eletricistas qualificados.
• Fissuras finas nas células: algumas fissuras nunca aparecem em imagens térmicas diurnas. Exigem imageamento EL ou outro método.
• Sob os módulos: estruturas e parafusos sob os painéis são invisíveis de cima; verifique-os a partir do solo.
• Dias de sol fraco: sob nuvens ou sol fraco de inverno, o contraste térmico simplesmente não aparece. As janelas de inspeção são limitadas.

No canto de uma usina em encosta fica uma caixa de drone. Quando o sensor de irradiância registra sol forte o bastante, o drone decola sozinho, mapeia termicamente as fileiras e volta. Ao anoitecer, uma lista de módulos que vale a pena consertar — imagens térmicas cruzadas com os registros de produção — chega à empresa de O&M. Depois de chuva forte, ele também verifica as encostas em busca de erosão. Esse é o quadro que nossos editores esperam.

Ninguém percorre as fileiras sob sol escaldante. Em vez disso, as pessoas consertam falhas em ordem de energia perdida, cuidam dos pedidos de garantia e planejam a reciclagem quando os módulos chegam ao fim da vida. A inspeção deixa de ser uma busca módulo por módulo e passa a ser o cuidado com toda a vida da usina.