Efektivitu a bezpečnost fotovoltaických elektráren je možné zajistit pouze pravidelným měřením. Pokud nebude měření provedeno, může dojít k poškození elektráren anebo ke snížení jejich výkonnosti. Fotovoltaická elektrárna se skládá z fotovoltaických modulů, elektrické instalace, měničů a transformátorů.
Pro kontrolu všech těchto částí je možné použití termokamer.
Termokamera
Termokamera měří intenzitu elektromagnetického záření v infračerveném spektru a přepočítává hodnotu tohoto záření na teplotu. Výstupem termokamer je tedy rozložení povrchových teplot (tzv. termogram), kde je každé hodnotě teploty přeřazena jiná barva podle zvolené barevné stupnice.
Velice snadno je pak možné nalézt teplotní anomálie. Termokamery pomáhají ve stavebnictví pro zjišťování tepelných mostů. Při revizích elektrických zařízení velmi pomohou nalézt přechodový odpor díky oteplení přívodních vodičů. Termokamery testo mají vždy přepínatelné měřící rozsahy, hodí se proto jak pro stavebnictví (teplotní rozsah -20 až +100°C), tak pro průmysl (teplotní rozsah 0 až 280°C nebo 350°C).
Fotovoltaické moduly
Fotovoltaické moduly přeměňují dopadající sluneční záření na elektrický výkon. Běžně používané moduly mají účinnost okolo 17%. To znamená, že 83% je v panelu přeměněno na teplo. Řádně nepřipojený modul přeměňuje všechno dopadající záření na teplo a proto je teplejší. Fotovoltaický modul se skládá z jednotlivých buněk, které jsou zpravidla zapojeny sériově. Horní mřížková elektroda je záporná a spodní celokovová je kladná. Pokud je uzavřen elektrický obvod, každá buňka by měla vyrábět stejné množství proudu. Pokud je však jedna z buněk slabší (má výrobní vadu nebo je zastíněná), dochází k jejímu přepólování. Ostatní buňky v sérii předávají část své vyrobené energie právě do této slabší buňky. To může vést k jejímu nebezpečnému zahřátí. Nejsou výjimkou i teploty přes 100°C. Samozřejmě takto zahřáté buňce velice rychle klesá životnost a elektrický proud tím na ní zvyšuje závěrné napětí. Aby se zabránilo této kladně zpětné vazbě, jsou mezi jednotlivé části panelu instalovány tzv. bypasové diody. Bylo by nejvýhodnější, pokud by takováto dioda byla u každé buňky, to by však velice prodražilo výrobu. Pokud má jeden řetězec (string) nižší proud než ostatní, je přebytečný proud převeden diodou.
Příklady závad na fotovoltaických modulech:
Chybné připojení části modulu (stringu)
Tento příklad představuje, jak se projeví špatný kontakt uvnitř fotovoltaického modulu. V tomto případě byl panel z výroby špatný a jeden string modulu je vlivem špatného vnitřního propojení odpojen. Všechno absorbované sluneční záření se v tomto stringu mění na teplo a proto je teplejší než zbytek panelu. Jak ukazuje teplotní řez po přímce P je rozdíl teplot jen asi 3 K. Pro termokameru, je však tento teplotní rozdíl, velmi jednoduše rozeznatelný. Vyrobený proud od sousedních fotovoltaických modulů a zbytku modulu tak prochází bypasovou diodou, která se vlivem tohoto proudu zahřívá.
Vadná buňka fotovoltaického panelu
Následující příklad ukazuje snížený výkon jedné z buněk. Pravděpodobně došlo k závadě během výroby fotovoltaického modulu. Tento fotovoltaický modul má byssové diody jen přes celý modul. To znamená, že vadná buňka je namáhaná vysokým závěrným napětím celého modulu. Podle termogramu je teplota buňky přes 100°C. Hrozí nebezpečí požáru, nebo vážného poškození fotovoltaického modulu. Fotovoltaický panel nelze vypnout, proto jsou požáry fotovoltaických elektráren velice problematické. Může dojít k úrazu elektrickým proudem.
Zastínění fotovoltaického panelu
Další zjistitelná tepelná anomálie může nastat, pokud je výkon jedné z buněk snížen tím, že je daná buňka zakryta. V případě že se buňka fotovoltaického modulu zastíní, dochází k jejímu přepólování. Ta se tak stává spotřebičem a může se velice zahřívat. Proud takovéhoto stringu je pak roven proudu, který vyrábí zastíněná buňka. Zvýšení teploty může výrazně snížit životnost (velikost výkonu) fotovoltaického panelu. Zvýšení teploty o 10°C nad provozní teplotu doporučenou výrobcem může snížit životnost modulu na polovinu. Výkon dané fotovoltaické buňky se také snižuje se vzrůstající teplotou.
Přechodové odpory na elektrických instalacích
Přechodový odpor v elektrické instalaci může způsobit i požár. Kontrola elektrických rozvaděčů termokamerou je jednou z velmi používaných aplikací termokamer. Zvýšená produkce tepla v místě elektrického spoje je způsobena přechodovým odporem. Zvyšující se teplota dále zvyšuje elektrický odpor. Včasným a rychlým odhalením této závady je možné zabránit větším ztrátám a poškození zařízení.
Podmínky pro měření na FV elektrárnách
Dostatečné sluneční záření je alespoň 500 W/m2. Aby mohlo docházet k teplotním rozdílům, je nutné, aby byla elektrárna v provozu. Důležitá je také minimální rychlost větru. Vítr způsobuje snižování teplotních rozdílů na fotovoltaických panelech. Mraky se na fotovoltaických modulech odrážejí a tím mohou způsobit zdánlivé tepelné anomálie. Pokud se anomálie pohybuje při změně místa měření, jedná se vždy o odraz.
Kdy je doporučeno provádět měření?
Nejvýhodnější je provedení kontroly všech fotovoltaických modulů po instalaci. Vadné panely se mohou ihned vyměnit a výkon elektrárny je maximálně využit. Vzniknou referenční termogramy pro pozdější porovnání. Další měření je doporučeno provést těsně před koncem záruční doby. Nárok na reklamaci může být uplatněn pouze, pokud je vadný modul odhalen. Pravidelné zkoušky je potřeba provádět pro zajištění optimálního výkonu a bezpečného provozu zařízení. Samozřejmostí je kontrola při nákupu již používaných fotovoltaických modulů.
Termokamery vhodné pro kontrolu modulů
Termokamery testo mohou být optimálně použity pro kontrolu fotovoltaických modulů a elektrických instalací. Adresářová struktura pořízených termogramů velice usnadňuje orientaci v jednotlivých sekcích fotovoltaické elektrárny. Standardní širokoúhlý objektiv 32° umožňuje ze stejné vzdálenosti zaznamenat větší plochu modulů. Termokamera testo 876 v designu videokamery umožňuje snadné měření i bez nebezpečí odrazů slunce na displeji termokamery.
Termokamery testo jsou nyní vybaveny funkcí pro kontrolu fotovoltaických panelů a příslušných elektroinstalací. K termosnímku je možné uložit intenzitu slunečního záření. To velice usnadňuje orientaci a porovnatelnost se staršími termogramy. Tato nová funkce je k dispozici pro všechny modely termokamer testo. Funkce je také k dispozici pro starší verze termokamer (mimo testo 880) a to přehráním firmwaru na novou verzi. Hodnota intenzity je uložena ve snímku společně s termogramem a reálným snímkem a je zobrazitelná ve vyhodnocovacím SW IR Soft verze 2.8.
