Kontrola parametrów modułów fotowoltaicznych przeprowadzana jest zawsze, gdy opuszczają one fabrykę. Uzyskane wyniki, takie jak parametry elektryczne, prezentowane są na tabliczce znamionowej. Wielu producentów przeprowadza dodatkowe badania mające na celu sprawdzenie, czy moduł nie posiada uszkodzeń, które mogłyby w przyszłości negatywnie wpływać na jego pracę oraz trwałość. Do najczęściej stosowanych testów należy test EL.
Jest to badanie odpowiedzi elektroluminescencyjnej modułu PV. Badanie to daje szczegółowy obraz modułu, znajdujących się w nim mikropęknięć (jeśli takie występują) oraz obszarów nieaktywnych elektrycznie. Dużą zaletą jest także to, że jest to badanie nieniszczące, pewną wadą fakt, iż najłatwiej przeprowadzić je w warunkach laboratoryjnych. Więcej w artykule Zaawansowane metody diagnostyki modułów PV – elektroluminescencja.
Wśród badań, które można przeprowadzić w rzeczywistych warunkach pracy modułów PV, dużą popularnością cieszą się te, które można wykonać nie demontując modułów z instalacji i to najlepiej przy pomocy drona. Stanowi to ogromne ułatwienie w przypadku dużych naziemnych instalacji PV, a także farm zlokalizowanych na zbiornikach wodnych. Najczęściej spotykane obecnie na rynku systemy diagnostyczne oparte o drony, bazują na kamerach do inspekcji wizualnej oraz badań termowizyjnych.
Istnieją na rynku także systemy do diagnostyki modułów metodą EL, w których specjalistyczne kamery do tego typu badania zamontowane są na dronach.
Dobrym przykładem jest system, który opracowały dwa ośrodki: australijski PV Lab z siedzibą w Canaberze oraz Quantified Energy Labs (QE-Labs) z Singapuru. QE-Labs to komercyjny spin-out technologiczny powstały w Instytucie Badań nad Energią Słoneczną w Singapurze (SERIS), będącym częścią Narodowego Uniwersytetu w Singapurze [1]. Celem, który przyświecał naukowcom z tych jednostek było stworzenie systemu do diagnostyki EL, który mógłby działać szybko i niezawodnie w warunkach rzeczywistych, tak aby wykonać badania już podczas instalacji modułów w elektrowniach fotowoltaicznych w okresach kiedy elektrownia pracuje poprawnie oraz wtedy, kiedy pojawiają się anomalia bądź uszkodzenia.
Dyrektor generalny QE-Lab dr Yan Wang, w wywiadzie udzielonym PV Magazine [1] podczas targów All-Energy w Melbourne [2], powiedział, że coraz częściej obserwuje się przypadki, w których konieczne staje się przeprowadzenie diagnostyki modułów fotowoltaicznych poprzez ich demontaż i wysłanie do specjalistycznego laboratorium. Działania takie są bardzo pracochłonne i kosztowne. Opracowany system pozwala zminimalizować ilość takich działań. Twórcy systemu Lawrence McIntosh i Michelle McCann z PV Lab podkreślają, że tego typu badanie jest szczególnie cenne z punktu widzenia ubezpieczycieli, dla których pełna wiedza o obiekcie jest kluczowa podczas analizy ryzyka a także w sytuacji, gdy dojdzie do uszkodzenia i trzeba wypłacić odszkodowanie. Znajomość rzeczywistego stanu modułów PV to także ważny czynnik przy planowaniu czynności konserwacyjnych oraz podczas diagnostyki problemów [1].
Aby poprawnie wykonać badanie EL potrzeba stabilnego układu, na którym zamontowana jest kamera oraz stosunkowo długich czasów otwarcia jej migawki. Wynika to z faktu, iż promieniowanie emitowane podczas badania przez moduł PV jest rejestrowane tylko częściowo przez kamery wyposażone w krzemowe detektory CCD lub CMOS (rys. 1). Związane jest to z czułością widmową zastosowanych detektorów. Na rysunku 1 pokazano zakresy czułości dla wybranych detektorów na tle widma promieniowania PL dla krzemu.
Rys. 1. Widmo promieniowania EL ogniwa krzemowego oraz zakres widmowy dla matryc CCD i InGaAs
Zdecydowana większość systemów laboratoryjnych, bądź znajdujących się na liniach produkcyjnych, działa w oparciu o kamery z krzemowymi detektorami CCD. Wybór wynika z tego, iż opisane wcześniej wymagania dotyczące pomiarów są proste do spełnienia. Natomiast badania z użyciem drona są dużym wyzwaniem dla kamer CCD. Podczas lotu kamera jest w ciągłym ruchu i nawet kiedy obiekt się zatrzymuje jest podatna do podmuchy wiatru. Także stosowanie długich czasów otwarcia migawki jest problematyczne z punktu wydajności całego systemu.
W systemie opracowanym przez QE-Labs i PV Lab rozwiązano oba problemy. Po pierwsze użyto kamery, która wyposażona jest w detektor InGaAs, po drugie opracowano oprogramowanie, które kompensuje wahania lotu i utrzymuje drona w jednej pozycji, co pozwala na przechwytywanie obrazu nawet przy podmuchach wiatru. (rys 2). Ponadto zastosowano algorytmy sztucznej inteligencji i analizy ilościowej do wyszukiwania anomalii w dziesiątkach tysięcy wygenerowanych obrazów. Prędkość z jaką są rejestrowane dane wynosi jeden moduł na sekundę.
Rys. 2. Operator systemu pomiarowego oraz drona podczas nocnego badania modułów zamontowanych w elektrowni fotowoltaicznej. Zdjęcie: PV Lab Canbera [3]
Opisywany system został już wielokrotnie przetestowany w praktyce. Pierwszym zadaniem była inspekcja pływającej farmy fotowoltaicznej Sembcorp Tengeh o mocy 60 MWp na zbiorniku Tengeh w Singapurze [4]. W ciągu dwóch tygodni podczas nocnych badań zeskanowano moduły na o powierzchni odpowiadającej 45 boiskom piłkarskim. Uzyskane wyniki potwierdziły skuteczność systemu.
W artykule wykorzystano ogólnodostępne materiały oraz informacje z: