V posledním desetiletí vedla rostoucí poptávka po energii k využí­vání nových zdrojů energie jako alternativy k ropě. Rozvinulo se několik technologií, které zahrnují využití obnovitelné energie, jako je větrná energie, slapová energie nebo sluneční záření.

Během posledních pěti let můžeme sledovat velký rozvoj využívání fotovoltaických systémů k výrobě elektrické energie. Tento rozvoj nastal kvůli různým faktorům včetně zdokonalení této technologie a finanč­ních výhod nabízených vládami některých států. V každém případě vedl tento rozvoj k vytvoření mnoha společností, které se věnují vývoji, instalování a údržbě solárních parků a farem. Vezměme si jako příklad takovéhoto rozvoje fotovoltaického sektoru Španělsko. V současnosti je jedním z hlavních producentů fotovoltaické energie s odhadovaným in­stalovaným výkonem 3 200 MW (jen v roce 2008 byl instalovaný výkon 2 500 MW).

Aby tyto instalace zůstaly ziskovými, musí zajišťovat dostatečnou návratnost investic. To mimo jiné závisí i na perfektním provozu instalací nebo jinými slovy na optimální výkonnosti celé elektrárny, zvláště když jsou náklady na výrobu elektrické energie v solárních elektrárnách vyšší než náklady u jiných, více konvenčních technologií.

Fotovoltaické instalace

Fotovoltaická instalace se v zásadě skládá z fotovoltaických panelových systémů instalovaných ve vhodných konstrukcích, invertorů, které převá­dějí stejnosměrné napětí generované solárními panely na střídavé napětí, systému, který orientuje panely v závislosti na typu instalace, kabeláže, ochranných systémů a souvisejících středněnapěťových prvků, pokud je soustava napojena ke komerční síti. Všechny tyto prvky formují soustavu, která, když funguje správně, poskytuje návrat investic během kalkulova­ného období.

Fotovoltaické panely

Fotovoltaický panelový systém se skládá z panelů nebo modulů, které obsahují články založené na polovodičích, které jsou citlivé na sluneční záření. Tyto články generují stejnosměrné napětí. Technologie využívající tyto fotovoltaické články se mohou lišit a zahrnují technologie využívající polykrystalický křemík, tenkou fólii, tellurid kademnatý nebo GaAs, každá s vlastním měrným výkonem.

Tyto články jsou seskupeny do panelu v jedné nebo několika pa­ralelních sériích, aby bylo dosaženo požadovaného výkonu a napětí.

Za normálních provozních podmínek generuje každý fotovoltaický člá­nek, když na něj dopadá sluneční záření, napětí, které, pokud je přidáno k zbývajícím článkům v sérii, zajišťuje výstupní napětí pro daný panel, napájející invertor, jenž následně generuje střídavé napětí.

Když článek nepracuje nebo negeneruje elektrickou energii kvůli tomu, že nepřijímá sluneční záření, může být opačně polarizován, to zna­mená, že se bude chovat jako spotřebič a nikoli jako generátor, což může mít za následek vysoký rozptyl tepla. Tuto situaci je možné jednoduše detekovat pomocí termokamery.

Příklady použití termokamer

Termokamera zároveň umí zachycovat i celkový radiometrický snímek tep­leného záření spolu se snímkem ve viditelném oboru spektra, přičemž bude překrývat jeden obrazový bod druhým s různou mírou průhlednosti. Takto získaný obraz ukáže povrchové teploty zobrazovaných objektů (v tomto případě fotovoltaických panelů) s použitím barevné palety. Barevná paleta reprezentuje různé teploty, což zjednodušuje identifikaci. Díky obrazu v in­fračerveném oboru jsme schopni vidět i to, zda se vadné články přehřívají.

Nejpříhodnější podmínky pro detekci tohoto typu problému jsou v době, kdy má panel největší výkon, standardně uprostřed jasného dne. Za těchto podmínek je možné detekovat články s teplotami dosahujícími až 111 °C. V závislosti na struktuře fotovoltaického panelu, a pokud jsou články zapojeny sériově, aby bylo dosaženo nejvhodnějšího napětí pro používaný invertor, by mohla závada na jednom článku vést k celkové nebo částečné ztrátě výkonu celého fotovoltaického panelu.

V obou případech vede tento typ problému ke snížení výkonu panelu. Navíc problémy spojené s přehříváním mohou vést ke snížení účinnosti okolních článků nebo dokonce k jejich poruchám, čímž se může problém rozšířit na větší oblast příslušného panelu.

Fotovoltaické panely je možné pomocí termokamery kontrolovat z přední nebo zadní strany. Druhý způsob je zvláště výhodný, protože se vyhnete problémům s odrazem slunečního záření nebo odrazem kvůli emisivitě (intenzitě vyzařování) spojené s krystalickým povrchem panelů. V každém případě umožňuje termografie identifikovat panely s horkými body rychleji a bezdotykově nebo z větší vzdálenosti. Jednoduše stačí nasnímat danou instalaci pomocí termokamery.

Pokud se snažíte vyhnout problémům spojeným s inverzní polarizací článků, mohou fotovoltaické moduly zahrnovat ochranné diody (závěrné diody, jednosměrné diody nebo nulové diody), které budou rozptylovat více výkonu s tím, jak bude růst počet vadných článků. Toto teplo může být také detekováno pomocí termo­kamer snímáním panelu ze strany, kde je umístěno připojení.

Zvláštní pozornost byste měli věnovat přítom­nosti stínů na fotovoltaických panelech způsobených stromy, sloupy středního napětí, dalšími panely atd., které mohou vést k výskytu nepravidelných tepelných oblastí a tudíž i falešné interpretaci (obzvláště pokud jsou infračervené snímky pořízeny časně z rána nebo pozdě odpoledne).

Při době amortizace fotovoltaických elektráren (mezi 6 až 10 lety) je podstatné zajistit, aby byl výkon elektrárny v rozmezí limitů zvažovaných během fáze návrhu elektrárny tak, aby byla její ziskovat garantována po celou dobu provozu. V tomto ohledu je termografie základním ná­strojem pro analyzování provozu a účinnosti různých prvků tvořících kompletní instalaci: fotovoltaické moduly, spojení, motory, transformá­tory, invertory atd. Snížení účinnosti fotovoltaických panelů může vést k významnému snížení doby amortizace elektrárny.

Příliš drahé teplo

Jako u mnoha dalších instalací a procesů je teplota rozhodujícím parametrem při správném provozu zařízení. Nárůst teploty o 10 °C nad provozní tep­lotu doporučenou výrobcem, může znamenat až padesátiprocentní snížení užitkové životnosti zařízení. Toto jednoduché pravidlo ukazuje, jak mohou nadměrné teploty způsobit významné náklady s ohledem na zařízení a všeobecnou údržbu. Navíc, uvážíme-li, že solární panely zahr­nují velké množství polovodičových článků, teplo generované vadným článkem může vést k zne­hodnocení sousedních článků, čímž se problém čas
em ještě znásobí.

Dalším velmi důležitým aspektem je úspěšné uvedení elektrárny do chodu. I v tomto případě je termokamera velmi cenným nástrojem, jeli­kož umožňuje vedoucímu provozu jednoduše detekovat fotovoltaické panely s výrobními va­dami a aplikovat příslušnou záruku. Všechny tyto aspekty ukazují výhody termografie při údržbě fotovoltaických instalací.