Maximaliseer de efficiëntie van uw pv-installaties

Thermografie spoort storingen en defecten op

Om de efficiëntie en het rendement van pv-installaties te maximaliseren zijn regelmatige bewaking en onderhoud onmisbaar. De beste methode ter inspectie van pv-installaties is thermografie, waarbij met een warmtebeeldcamera de temperatuurverdeling op de zonnecellen wordt bekeken. Op die manier kunnen storingen en defecten op tijd worden opgespoord en kan het rendement van de installatie worden verbeterd.

Waarom thermografie gebruiken?

Rendementsverlies vermijden

Basis van een nieuwe pv-installatie is een uitgebreide en gedetailleerde rendement- en investeringsanalyse. Hiertoe worden rendement en terugverdientijd bij looptijden tot 20 jaar berekend.

Bij de berekening van het rendement en de terugverdientijd wordt geen rekening gehouden met rendementsverlies door problemen met de installatie

Die berekeningen houden echter geen rekening met rendementsverlies vanwege problemen met zonnepanelen, converters en andere componenten of door fouten bij de installatie. Door thermografie toe te passen, kun je al bij de inbedrijfstelling een keuringsrapport opstellen en aantonen of de installatie correct is uitgevoerd.

Om bij nieuwe en bestaande installaties een continu rendement te waarborgen zijn regelmatige inspecties onmisbaar. Als zonnepanelen wegens vuil, schaduwwerking of defecte cellen warmer worden, d.w.z. stroom verbruiken en niet produceren, dan daalt het rendement al met 0,5% per kelvin. Een verhoging van de temperatuur met gemiddeld 10 °C ten opzichte van de normale gemiddelde temperatuur betekent al een 5% lagere stroomopbrengst.

Kwaliteitsborging en garantie

Door middel van thermografie kan gecontroleerd worden of de kwaliteit van de zonnecellen voldoet aan de eisen. Door de juiste combinatie van afzonderlijke zonnepanelen worden zogenaamde mismatches vermeden, waarbij goed presterende panelen worden belemmerd door ‘slechtere’ panelen. Met een onderzoek vóór afloop van de garantieperiode kunnen eventuele garantieclaims tijdig op de leveranciers worden verhaald.

Veiligheid van het personeel bij inspecties

Pv-installaties staan bij daglicht in principe onder stroom. Bij moderne strings van panelen zijn spanningen tot 1.000 V niet ongebruikelijk. Dat vormt een aanzienlijk stroomschokrisico voor personen. Wat dat betreft is thermografie een zeer veilige inspectiemethode omdat het maken van warmtebeelden altijd met de nodige afstand tot het meetobject plaatsvindt. Zo kan men zich probleemloos houden aan de veiligheidsafstanden.

Brandbeveiliging

Brandbeveiliging speelt een steeds belangrijkere rol. Moderne converters en elektrische componenten worden weliswaar steeds beter (hoger rendement), maar er moet ook rekening worden gehouden met de hoge warmte die zij afgeven. Verkeerd gemonteerde of slecht gekoelde elektrische componenten kunnen snel tot een brandgevaar leiden, met name als de ondergrond uit brandbaar materiaal bestaat.

Elektrische componenten die buiten geïnstalleerd zijn, verouderen sneller omdat ze zijn blootgesteld aan het weer en aan UV-straling. Gecorrodeerde of losse elektrische kabels vertonen thermische afwijkingen die met een warmtebeeldcamera zichtbaar gemaakt kunnen worden.

Thermografie is een zeer veilige inspectiemethode, omdat het maken van warmtebeelden altijd met de nodige afstand tot het meetobject plaatsvindt

Tijdbesparing

Thermografie is een contactloze, optische meetmethode. Binnen zeer korte tijd kunnen grote oppervlaktes met zonnepanelen ‘gescand’ worden. Thermische afwijkingen of temperatuurverschillen bij panelen worden meteen zichtbaar en dienen als eerste indicatie voor mogelijke fouten.

Terwijl vroeger alle strings afzonderlijk werden gemeten, kan men zich tegenwoordig dankzij thermografie voor verdere metingen (bijv. met een meetinstrument voor karakteristieken) concentreren op de thermisch opvallende panelen en cellen.

Efficiënte bijkomende en toekomstige werkzaamheden

Met het groeiende aantal installaties neemt ook de behoefte aan diensten voor de controle en het onderhoud van pv-installaties toe. Onderhoudscontracten kunnen in de klassieke aftersales-business een verdere bron van inkomsten uitmaken. Dankzij thermografie kan men de klant een waardevolle aftersales-service aanbieden, die de waarde van de pv-installatie voor lange tijd garandeert.

Verzekeringsdekking

Tot dusver was het erg lastig om defecte bypassdiodes na een onweer te lokaliseren. Thermografie biedt een eenvoudig en snel gereedschap om zulke beschadigingen te vinden. De kosten voor het verhelpen van het defect draagt in de regel de verzekeraar.

Welke foutsymptomen en oorzaken zijn er?

Op zoek naar de hotspot

Beschadigde of defecte zonnecellen vormen een interne elektrische weerstand die kan leiden tot een ongewenste opwarming ('hotspot'). De cel kan daarbij zo warm worden dat zowel hijzelf, het inkapselingsmateriaal (EVA) als de folie op de achterkant (TPT) beschadigd kunnen worden.

Bypassdiodes zijn bedoeld om dat effect te voorkomen. Maar defecte of niet-reagerende bypassdiodes (bij weinig schaduw) blijven oncontroleerbare hotspots veroorzaken. Als in de planningsfase geen rekening werd gehouden met schaduw (bijvoorbeeld door hoogspanningsinstallaties of bomen), dan staan de zonnecellen en bypassdiodes bloot aan een jarenlange continue belasting.

Hotspots en de gevolgen ervan

• De stroomopbrengst daalt omdat afzonderlijke cellen of hele panelen stroom verbruiken in plaats van deze op te wekken.
• Door het ongewenste stroomverbruik worden de cellen en panelen warm. Behalve beschadiging van de afzonderlijke cellen en verdere afname van de stroomopbrengst kan dit leiden tot een concreet brandgevaar.

Hotspots detecteren met thermografie

Over het algemeen kan men storingen in de werking van pv-installaties vanaf een zonnestraling van ca. 600 W/m² met een warmtebeeldcamera snel diagnosticeren door opvallende veranderingen in de thermische eigenschappen. Zulke veranderingen ontstaan bijvoorbeeld door:

• Defecte bypassdiodes
• Contactfouten en kortsluitingen in zonnecellen
• Binnengedrongen vocht, verontreinigingen
• Scheuren in de cellen of in het glas van de panelen
• Panelen met open klemspanning en niet aangesloten panelen
• Zgn. mismatches, d.w.z. prestatieverlies door verschillende vermogens van afzonderlijke panelen
• Fouten in de bedrading en losse contactpunten
• Verouderings- en belastingsverschijnselen

Foutsymptomen bij cellen en panelen

De infraroodopnames kunnen verschillende typische foutsymptomen bij defecte afzonderlijke cellen en substrings laten zien. Aansluitdozen kunnen een duidelijke opwarming vertonen, maar dat hoeft niet per se op een fout te wijzen. Ze kunnen evenwel oververhit raken zodat een controle van de temperatuurontwikkeling wellicht noodzakelijk is.

Panelen met open klemspanning (OC)

Het komt regelmatig voor dat de klemspanning van panelen open is. Oorzaak hiervoor kunnen verkeerd aangesloten panelen of doorgeschaafde of beschadigde kabels zijn. Dat blijkt uit een gelijkmatig warmere infraroodopname in vergelijking met de andere panelen op de infraroodopname.

Delaminatie

Vanwege invloeden van buitenaf of minderwaardige paneelkwaliteit kan de EVA-beschermlaag loslaten. Binnendringen van vocht kan leiden tot celcorrosie en dus tot prestatieverlies. Met een warmtebeeldcamera kan men dat herkennen, nog voordat de lagen zichtbaar ‘melkachtig’ worden.

Gebroken cel

Microscheurtjes en gebroken cellen kunnen al tijdens het transport en de montage ontstaan. Ook mechanische invloeden van buitenaf kunnen hiervan de oorzaak zijn. Microscheurtjes zijn nog niet zo kritiek, maar gebroken cellen kunnen het vermogen reduceren.

Controle van elektrische en mechanische componenten

Behalve de afzonderlijke cellen en panelen kunnen ook elektrische componenten via thermografie gecontroleerd worden. Corrosie aan elektrische geleiders, connectoren of losse kabels leiden tot elektrische overdrachtsweerstanden die resulteren in een duidelijke temperatuursverhoging.

Andere oorzaken van fouten:

• Gecorrodeerde contactpunten en steekverbinders
• Converters
• Losse contactpunten
• Oververhitte aansluitdozen

Tips & tricks om te meten en om fouten te vermijden

Meteorologische voorwaarden

De controle dient plaats te vinden op droge dagen met zo min mogelijk wolken en met intensieve zonnestraling (ca. 600 W/m²). Directe zonnestraling zorgt ervoor dat de zonnepanelen met hun maximale vermogen werken, defecte zonnecellen zijn wegens overbelasting of uitval op de infraroodopname warmer dan de andere cellen. Een straling van ca. 600 W/m² geldt als oriëntatiewaarde.

Als de zonnestraling tijdens de meting bijvoorbeeld door bewolking verandert, dan is de infraroodopname niet meer bruikbaar

Als de zonnestraling tijdens de meting bijvoorbeeld door bewolking verandert, dan is de infraroodopname niet meer te gebruiken. Om zo hoog mogelijke en dus goed te detecteren temperatuurgradiënten te bereiken, is het aan te raden om de meting bij een geringe buitentemperatuur uit te voeren (bijv. ´s ochtends of ´s avonds). Eventueel moet ook rekening worden gehouden met de afkoelende wind. Na zware regenbuien dienen de panelen volledig te zijn opgedroogd.

Mechanische voorwaarden

Voordat men met de meting begint, dient gecontroleerd te worden of de panelen zijn vervuild. Verontreinigingen kunnen in de infraroodopname voor verkeerde resultaten zorgen. De reden daarvoor is dat de infraroodstraling van de zonnecel verzwakt wordt. Het resultaat is een gelijkmatig koudere oppervlakte van het paneel. Daarentegen worden de temperatuurveranderingen niet beïnvloed door elektrische defecten.

Waarnemingshoek en opnameafstand

De infraroodopnames moeten steeds frontaal en in een rechte hoek tot het paneel worden gemaakt. Als men in een scherpe hoek fotografeert, vertekent de infraroodopname en is de afbeelding op het display van de warmtebeeldcamera van geringere kwaliteit.

Reflecties kunnen de diagnose aanzienlijk bemoeilijken. Dit kan men herkennen aan de gereflecteerde objecten, zoals de fotograaf zelf, bomen, gebouwen, enz. Reflecties worden meestal lichter en op koelere panelen zelfs als ‘warmer’ weergegeven. Het opnemen van meerdere afbeeldingen vanuit verschillende waarnemingshoeken kan helpen om het probleem te verhelderen.

Ook moet men voldoende afstand houden van het paneel om een bepaalde scherpte in het warmtebeeld te bereiken. Moderne warmtebeeldcamera´s beschikken over een automatische scherpstelling (autofocus). Het is nuttig om bij de meting bij verschillende hoogtes en in een rechte hoek tot het meetobject, voldoende afstand te bewaren en meerdere infraroodopnames van verschillende hoogtes en posities te maken.

Cameravoorkeuze

De meetresolutie en de geometrische resolutie zijn voor een foutloze diagnose van groot belang. Daarbij is het belangrijk dat de afzonderlijke zonnecellen goed zichtbaar zijn, zodat men afzonderlijke zonnecellen die opwarmen (zie afbeelding hiernaast) of scheuren in het paneel nauwkeurig kan diagnosticeren.

Ook bij grotere afstanden (vanaf 3 meter) moeten de afzonderlijke zonnecellen nog goed zichtbaar zijn en de warmtebeeldcamera moet daarom beschikken over een resolutie van minimaal 320 x 240 pixels (dat komt overeen met 76.800 meetpunten). Met een goede warmtebeeldcamera en de juiste instelling kunnen zelfs bij stralingswaarden vanaf ca. 300 W/m² temperatuurafwijkingen worden vastgesteld.

Hoe ziet de ideale warmtebeeldcamera eruit?

Om opnames met hoge kwaliteit en de meeste nauwkeurigheid te verkrijgen, is het noodzakelijk om bij de keuze van de warmtebeeldcamera aan een aantal voorwaarden te voldoen. 

• Resolutie: Een hoge meetresolutie (320 x 240 pixels) is vereist, zodat de afzonderlijke zonnecellen goed zichtbaar zijn en kunnen worden gediagnosticeerd, zelfs vanaf grotere afstanden.
• Thermische gevoeligheid: Een hoge thermische gevoeligheid (NETD < 100 mK) maakt het mogelijk om zelfs minimale temperatuurverschillen te herkennen en vast te leggen.
• Scherpstelling: Een automatische scherpstelling (autofocus) is noodzakelijk om bij verschillende afstanden en posities scherpe en gedetailleerde infraroodopnames te maken.
• Opnamefrequentie: Een hoge opnamefrequentie zorgt ervoor dat zelfs bewegende objecten of veranderingen in de meetomgeving nauwkeurig kunnen worden vastgelegd.
• Opslagmogelijkheden: Voldoende opslagcapaciteit en mogelijkheden voor de verwerking van de opnames zijn belangrijk voor een efficiënte en snelle analyse van de meetgegevens.
• Gebruiksvriendelijkheid: Een intuïtieve bediening en duidelijke menustructuur maken het gebruik van de warmtebeeldcamera eenvoudig en efficiënt.
• Robuustheid: Een robuuste behuizing en weerstand tegen omgevingsinvloeden zoals stof en water (IP54) zorgen ervoor dat de camera onder diverse omstandigheden kan worden gebruikt.

Met die criteria in gedachten kan men een geschikte warmtebeeldcamera kiezen die voldoet aan de eisen voor een nauwkeurige en efficiënte inspectie van pv-installaties.

Met medewerking van Testo en Euro-Index