Detecção de falhas usando imagens de baixo custo de eletroluminescência em campo

Abstract

Métodos sofisticados e precisos têm sido desenvolvidos para detecção de falhas em Usinas Fotovoltaicas (FV), tudo para que as inspeções sejam eficientes, com qualidade e da forma mais rápida possível. O presente trabalho apresenta um método empregue para a detecção de falhas em módulos FV, utilizando um sistema de baixo custo para obtenção de fotos de Eletroluminescência (EL) em campo. Neste estudo também é contemplada uma solução de câmera de baixo custo sensível a EL adaptada a um drone (Eletroluminescência aérea – aEL), visando tornar o experimento de EL mais rápido, cobrindo grandes áreas em um curto espaço de tempo. A eficiência do método de EL foi comprovada na comparação das imagens obtidas com o modelo de câmera de baixo custo e modelos comercialmente disponíveis. Comprovada sua efetividade, foi realizado um experimento para detecção de Degradação Induzida por Potencial (PID, do inglês Potential Induced Degradation) em módulos FV de Silício multicristalino (c-Si) instalados e em operação no Sul do Brasil. As curvas características (curvas IV) dos módulos em análise foram obtidas para comprovar que o procedimento de EL é realmente válido. Com a comprovação da eficiência das câmeras aqui citadas para a obtenção de imagens de EL, um experimento em campo, na cidade de Capivari de Baixo, foiser realizado. Durante o experimento, foi percebido o padrão característico de PID no sistema de silício cristalino, sendo que as células próximas as bordas dos módulos estavam relativamente mais escuras que as células centrais. As curvas características destes módulos foram obtidas e através da análise dos paramentos elétricos, a PID foi confirmada, comprovando que o método de obtenção de imagens de EL a baixo custo para detecção de PID é eficiente. Este resultado, relativamente simples de ser obtido, permite que a PID seja detectada prematuramente e ações para sua contenção sejam tomadas. Para o experimento de aEL, um voo foi feito sobre um seguidor solar instalado e em operação no Laboratório Fotovoltaica - UFSC. O drone adaptado com a câmera de EL de baixo custo foi capaz de captar as mesmas falhas que uma câmera de alta qualidade acoplada a um tripé em solo foi capaz de detectar. Este resultado foi positivo, e pode viabilizar inspeções em grandes usinas em um curto espaço de tempo. Neste caso, o fator limitador foi a fonte de tenção de corrente contínua utilizada, que deve ser robusta o suficiente para energizar diversos módulos ao mesmo tempo, ou, um sistema de chaveamento deve ser empregue, permitindo a energização de forma sequencial nas strings. Ambos os experimentos

mostraram que é possível realizar diagnóstico de falhas de módulos fotovoltaicos utilizando técnicas de EL de baixo custo.

Sophisticated and accurate methods have been developed to detect failures in photovoltaic (PV) plants, everything so that inspections are efficient, with quality and in the fastest way possible. The present work presents a method used for the detection of faults in PV modules, using a low-cost system for obtaining Electroluminescence (EL) photos in the field. In this study, a low-cost EL-sensitive camera solution adapted to a drone (Aerial Electroluminescence - aEL) is also analyzed, aiming to make the EL experiment faster, covering large areas in a short period of time. The efficiency of the EL method was proven in the comparison of the images obtained with the low-cost camera model and commercially available models. In order to evaluate its effectiveness, an experiment was conducted to detect Potential Induced Degradation (PID) in multicrystalline Silicon (c-Si) PV modules installed and operating in Southern Brazil. The characteristic curves (IV curves) of the modules under analysis were obtained to prove that the EL procedure is indeed valid. With the demonstration of the efficiency of the cameras mentioned here to obtain EL images, a field experiment in the city of Capivari de Baixo was carried out. During the experiment, the characteristic pattern of PID was observed in the crystalline silicon system, with the cells near the edges of the modules being relatively darker than the central cells. The characteristic curves of these modules were obtained and through the analysis of the electric parisons, the PID was confirmed, proving that the method of obtaining images of low-cost EL for PID detection is efficient. This result, relatively simple to obtain, allows the PID to be detected prematurely and actions for its containment are taken. For the aEL experiment, a flight was performed on a solar tracker installed and in operation at the Photovoltaic Laboratory - UFSC. The drone adapted with

the low-cost EL camera was able to capture the same flaws that a high- quality camera coupled to a tripod on the ground could. This result was

positive and allow us to perform feasible inspections in large plants in a short time. In this case, the limiting factor was the DC voltage source used, which must be robust enough to energize several modules at the same time, or, a switching system must be employed, allowing sequential energization in the strings. Both experiments showed that it is possible to diagnose faults of photovoltaic modules using low-cost EL techniques.