Drones y aviones para inspeccionar centrales fotovoltaicas

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Investigadores de la Universidad de Génova y de la empresa italiana de inspección aérea Wesii han comparado los resultados termográficos aéreos por infrarrojos (IR) de las inspecciones de plantas fotovoltaicas mediante cámaras térmicas clásicas montadas en vehículos aéreos no tripulados (UAV) o cámaras térmicas de alta velocidad montadas en un avión. Su investigación incluyó un análisis económico de ambos enfoques basados en la teledetección para el diagnóstico y la detección de fallos.

“El uso de drones aéreos agiliza la detección de fallos en una gran planta solar fotovoltaica. Sin embargo, si la cámara de infrarrojos no es rápida, la velocidad de desplazamiento del dron debe ser relativamente baja para evitar efectos de emborronamiento”, explica el grupo. “Un avión puede cubrir un área muy grande en menos tiempo, lo que resulta en vuelos más rentables. Por otro lado, debido a la velocidad del portador, la cámara IR requiere una alta resolución y un mayor número de fotogramas adquiridos por segundo. Estas características suelen encontrarse en las cámaras térmicas refrigeradas, que son mucho más caras que las cámaras estándar no refrigeradas”.

Para su experimento, los investigadores utilizaron el UAV DJI Mavic 2 Enterprise Advanced y un avión con tripulación humana P2006T SMP. Ambos han inspeccionado dos plantas fotovoltaicas en el norte de Italia dos veces y al mismo tiempo. La instalación 1 consta de 4.347 módulos fotovoltaicos de silicio policristalino, mientras que la instalación 2 consta de 4.158 módulos fotovoltaicos de silicio policristalino. Ambos tienen una capacidad instalada de aproximadamente 1 MW.

En todos sus vuelos, el UAV ha utilizado una cámara térmica DJI M2EA con un detector de microbolómetro no refrigerado de 640 × 512, que opera en el rango de longitud de onda de 8-14 μm. El avión tripulado por humanos utilizó en el primer vuelo un FLIR A8580 con un sensor refrigerado de 1280 × 1024 que operaba en el rango de longitud de onda de 7,5-12,5 μm, mientras que en el segundo vuelo, utilizó un FLIR X8581 InSb, sensor refrigerado de 1280 × 1024 que operaba en un rango de longitud de onda diferente de 3-5 μm.

DJI Mavic 2 Enterprise Advanced y P2006T SMP aircraft.

Imagen: Università degli Studi di Genova, Thermal Science and Engineering Progress, CC BY 4.0 DEED

“La razón de utilizar una cámara térmica diferente durante la segunda inspección del avión era permitir la comparación entre los patrones térmicos obtenidos por dos cámaras de infrarrojos con respuestas espectrales diferentes, concretamente el rango de longitud de onda de infrarrojos largos (LW) para el dron y el rango de longitud de onda de infrarrojos medios (MW) para el avión”, explican los académicos.

Las imágenes visuales y térmicas recogidas se procesaron en un ordenador, identificando y categorizando las anomalías térmicas en las plantas fotovoltaicas.

“En cuanto a los defectos más críticos, como la subsecuencia defectuosa, el módulo completo y una cadena de módulos, el 99,6 % de ellos fueron detectados por ambas plataformas aéreas. Además, el 87,3 % de los módulos con puntos calientes únicos o múltiples, identificados por las inspecciones con UAV, también fueron detectados por las inspecciones desde avión”, destacaron los investigadores. “En general, alrededor del 98 % de los defectos térmicos captados por las inspecciones con drones fueron confirmados por las inspecciones con aviones, con solo una diferencia de 0,23 K en el delta de temperatura”.

El grupo concluyó que los resultados muestran una excelente concordancia, lo que resulta alentador respecto al uso de una aeronave. Con esos resultados, los científicos pasaron a hacer un análisis comparativo de costos.

“Mientras que las inspecciones basadas en UAV, que son el estándar del mercado, conllevan unos costos diarios de equipamiento y mano de obra no tan elevados como los del avión, esta última plataforma, sin embargo, permite cubrir un área diaria mayor”, señalaron. “Esto implica que es probable que un valor umbral, basado en el tamaño (y la capacidad) de las plantas inspeccionadas, determine qué técnica es más viable económicamente”.

Según el caso de prueba italiano, el costo diario de un UAV es de 800 euros (876 dólares), incluidos los gastos de los operadores y el alquiler de la cámara térmica no refrigerada. Además, el costo de alquiler de la aeronave, incluido el piloto, es de 2.700 euros al día y de 120 euros por la cámara refrigerada. Sin embargo, cabe suponer que la plataforma UAV puede inspeccionar un máximo de unos 20 MW en una sola jornada de trabajo, mientras que el avión puede hacerlo con 300 MW.

“Los resultados muestran que para inspecciones de cualquier planta que requieran más de dos días laborables, y que el uso del avión es económicamente más conveniente”, dijeron los académicos. “Además, el umbral disminuye (y las condiciones para el uso del avión se vuelven más favorables) si la misma cantidad de energía fotovoltaica se distribuye en un grupo de plantas más pequeñas en la misma región”.

Los resultados se presentaron en “Infrared thermography monitoring of solar photovoltaic systems: A comparison between UAV and aircraft remote sensing platforms” (Monitoreo por termografía infrarroja de sistemas solares fotovoltaicos: una comparación entre plataformas de detección remota de vehículos aéreos no tripulados y aviones), publicado en Thermal Science and Engineering Progress.

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