Inspekcja termograficzna instalacji PV — zewnętrzna termografia w podczerwieni (IEC TS 62446-3)

Przewodnik o kamerach termowizyjnych opisuje ogólną teorię pomiarów w podczerwieni: współczynnik emisyjności i temperaturę odbitą. Przewodnik o gorących punktach PV i diodach obejściowych opisuje elektryczny mechanizm powstawania gorącego punktu. Ten artykuł opisuje konkretną procedurę terenową łączącą oba tematy dla instalacji PV: zewnętrzną termografię w podczerwieni według IEC TS 62446-3 ("Photovoltaic (PV) systems — Requirements for testing, documentation and maintenance — Part 3: Outdoor infrared thermography").

Minimalny próg naświetlenia: 600 W/m²

IEC TS 62446-3 wymaga, aby wiarygodna inspekcja zewnętrzna była wykonywana wyłącznie przy naświetleniu w płaszczyźnie modułu wynoszącym co najmniej 600 W/m². Poniżej tego progu moc — a więc i ciepło rozpraszane przez uszkodzenie elektryczne — jest zbyt mała, aby spowodować mierzalną różnicę temperatury odróżniającą się od zwykłego szumu pomiarowego i wpływów otoczenia. Inspekcja wykonana przy niewystarczającym naświetleniu i zgłaszająca "brak odchyleń" niczego więc nie dowodzi: rzeczywiste uszkodzenia mogły po prostu pozostać poniżej progu wykrywalności przy tych warunkach pomiaru.

Porównanie względne, nie bezwzględne

Częstym błędnym przekonaniem jest ocenianie różnicy temperatur domniemanego gorącego punktu względem temperatury powietrza otoczenia. IEC TS 62446-3 wymaga natomiast porównania ze sprawnym modułem lub obszarem referencyjnym w tych samych warunkach (to samo naświetlenie, temperatura otoczenia, prędkość wiatru, kąt padania) — ponieważ bezwzględna temperatura pracy sprawnego modułu PV sama w sobie znacznie się zmienia w zależności od naświetlenia, wiatru i temperatury otoczenia. Tylko różnica (ΔT) względem porównywalnego, sprawnego punktu referencyjnego odfiltrowuje tę zmienność tła i izoluje efekt rzeczywistego odchylenia.

Normalizacja względem poziomu naświetlenia

Ta sama wartość ΔT nie oznacza wszędzie tego samego: ΔT wynoszące 10°C przy naświetleniu 500 W/m² wskazuje na poważniejszy problem (na przykład wyższą efektywną rezystancję lub niedopasowanie) niż to samo ΔT 10°C przy 1000 W/m² — przy wyższym naświetleniu jest po prostu dostępna większa moc do spowodowania tego samego wzrostu temperatury, więc to samo ΔT przy niższym naświetleniu wskazuje na relatywnie większe odchylenie. Ocena wagi odchylenia zawsze wymaga więc, aby naświetlenie zmierzone w danym momencie było zarejestrowane i uwzględnione — a nie tylko "goły" odczyt ΔT z kamery.

Wzorzec przestrzenny jest co najmniej tak samo ważny jak wartość ΔT

IEC TS 62446-3 podaje macierz typowych wzorców termicznych, z których każdy wskazuje na inną przyczynę, niezależnie od dokładnej wartości ΔT:

• Pojedyncza, gorąca ogniwo: zazwyczaj wskazuje na lokalny defekt ogniwa lub mikropęknięcie w tym ogniwie.
• Gorący substring (część modułu chroniona przez jedną diodę obejściową): zazwyczaj wskazuje na uszkodzoną lub trwale przewodzącą diodę obejściową tego substringu — patrz przewodnik o gorących punktach PV dotyczący leżącego u podstaw mechanizmu.
• Równomiernie nagrzany cały moduł: wskazuje raczej na problem w skrzynce przyłączeniowej lub złączu tego modułu niż na wewnętrzny defekt ogniwa.
• Równomiernie nagrzany cały łańcuch (string): wskazuje na problem elektryczny na poziomie łańcucha (na przykład złe połączenie lub niewłaściwie dobrany komponent), a nie na defekt pojedynczego modułu.

Wzorzec rozkładu ciepła jest więc co najmniej tak samo diagnostyczny jak bezwzględna wartość ΔT: ta sama ΔT na pojedynczym ogniwie może wskazywać na niewielki, lokalny problem, a na całym łańcuchu — na znacznie poważniejszą usterkę elektryczną.

Uwaga: IEC TS 62446-3 stawia również wymagania dotyczące sprzętu pomiarowego (rozdzielczość, czułość), procedury inspekcji, raportowania oraz kwalifikacji termografisty wykonującego inspekcję — ten artykuł opisuje podstawowe zasady naświetlenia, porównania referencyjnego i rozpoznawania wzorca, a nie pełne, szczegółowe wymagania proceduralne normy.

Znaczenie praktyczne

Przy planowaniu rundy inspekcji termograficznej instalacji PV ważne jest zmierzenie i zarejestrowanie naświetlenia na miejscu (a nie tylko oszacowanie go na podstawie prognozy pogody), sfotografowanie sprawnych modułów referencyjnych w tych samych warunkach oraz przy ocenie każdego znalezionego odchylenia raportowanie nie tylko wartości ΔT, ale również wzorca przestrzennego (ogniwo, substring, moduł, łańcuch) i naświetlenia obowiązującego w danym momencie — w przeciwnym razie klasyfikacja wagi nie będzie odtwarzalna ani porównywalna z późniejszą inspekcją.

Częste błędy

1. Wykonywanie inspekcji przy naświetleniu w płaszczyźnie modułu poniżej około 600 W/m² i wnioskowanie, że instalacja jest wolna od usterek — przy niewystarczającym naświetleniu rzeczywiste odchylenia mogą zniknąć w szumie pomiarowym.
2. Porównywanie ΔT z temperaturą powietrza otoczenia zamiast ze sprawnym modułem referencyjnym w tych samych warunkach.
3. Ocenianie wagi odchylenia wyłącznie na podstawie gołej wartości ΔT, bez uwzględnienia naświetlenia obowiązującego w danym momencie — ta sama ΔT jest poważniejsza przy niższym naświetleniu.
4. Ignorowanie przestrzennego wzorca odchylenia cieplnego (ogniwo kontra substring kontra moduł kontra łańcuch) i patrzenie tylko na szczytową temperaturę — wzorzec jest często bardziej diagnostyczny dla przyczyny leżącej u podstaw niż sama wartość ΔT.

Powiązane

• Kamera termowizyjna — współczynnik emisyjności i temperatura odbita
• Gorący punkt PV i diody obejściowe przy częściowym zacienieniu
• Pomiar rezystancji izolacji łańcuchów PV (strona DC)
• Korekta temperaturowa Voc łańcucha PV i maksymalna liczba modułów w szeregu