Использование солнечного излучения для выработки электроэнергии с помощью фотоэлектрических систем значительно увеличилось за последние пять лет. Это связано с несколькими факторами, включая высокий уровень развития данной технологии и финансовое стимулирование правительственными организациями. В любом случае, развитие данной технологии привело к появлению множества компаний, которые занимаются разработкой, установкой или обслуживанием солнечных электростанций. Примером развития солнечной энергетики может являться Испания. В настоящее время Испания является одним из ведущих производителей электроэнергии на солнечных электростанциях с расчетной мощностью установок, равной 3200 МВт (только в 2008 г. мощность всех установок в Испании составила около 2500 МВт!)  Очевидно, что эти установки должны давать достаточную прибыль на инвестиции, чтобы обеспечить окупаемость. Помимо других факторов прибыльность установок зависит от их бесперебойной работы или, другими словами, от максимальной производительности всей станции. Особенно это касается тех случаев, когда стоимость электроэнергии, полученной из солнечного света, значительно выше стоимости энергии, выработанной традиционными способами. Солнечные батареи Фотоэлектрическая установка состоит из следующих компонентов: солнечные батареи, которые сгруппированы нужным образом; инверторы, которые преобразуют постоянный ток, вырабатываемый солнечными батареями, в переменный ток; системы ориентации батарей (в зависимости от типа установки); проводка; защитные системы, а также элементы среднего напряжения, если система подключена к промышленной сети. Все эти элементы образуют систему, которая, при условии исправного состояния, обеспечит окупаемость инвестиций в течение расчетного периода времени. Фотоэлектрические панели Солнечные батареи состоят из модулей, которые содержат полупроводниковые элементы, чувствительные к солнечному излучению. Эти элементы вырабатывают напряжение постоянного тока. В солнечных элементах могут использоваться различные технологии, например, поликристаллический кремний, тонкопленочные технологии, теллурид кадмия или арсенид галлия. Каждая технология имеет свои характерные особенности.

Элементы группируются на батарее в один или несколько параллельных рядов, чтобы получить требуемые напряжение и мощность. При нормальных рабочих условиях, когда на фотоэлемент воздействует солнечное излучение, он вырабатывает напряжение. Суммарное напряжение всех элементов представляет собой выходное напряжение солнечной батареи, которое поступает на инвертор, где преобразуется в напряжение переменного тока.

Элемент, принимающий солнечное излучение

Элемент, не принимающий солнечное излучение, или неисправный элемент

Отношение между напряжением и током, вырабатываемым элементом, описывается его вольт-амперной характеристикой. Если на элемент воздействует солнечное излучение, значение на вольт-амперной характеристики будет выше нуля. Другими словами, будет вырабатываться электричество.
Если элемент неисправен или не вырабатывает электроэнергию, так как не принимает солнечное излучение, то, возможно, он включен с неправильной полярностью. В этом случае элемент будет работать, как нагрузка, и будет выделять большое количество тепла.
Подобные неисправности легко обнаружить при помощи тепловизора Fluke с технологией IR-Fusion®.
Тепловизоры Fluke способны регистрировать полностью радиометрическое тепловое изображение одновременно с изображением в видимом диапазоне спектра. Изображения попиксельно накладываются друг на друга с различной степенью прозрачности. На полученном изображении будет показано распределение температуры на поверхности объекта (в данном случае, солнечных батарей) с использованием палитры цветов, выбираемой пользователем.

         
   Солнечная батарея с неисправным элементом                              Элемент с температурой 111°С

Различные значения температуры отображаются разными цветами, а изображение в видимом диапазоне позволяет идентифицировать отдельные элементы конструкции. С помощью тепловизионных изображений можно увидеть перегрев неисправных элементов, как показано на предыдущем изображении.
Лучше всего выполнять поиск таких неисправностей, когда батарея вырабатывает максимальную мощность (обычно в полдень при ясной погоде). При этих условиях элементы могут нагреваться до температуры 111°C, как показано на рисунке выше.

В некоторых конструкциях солнечных батарей, а также при последовательном подключении элементов для получения оптимального напряжения, подаваемого на инвертор, неисправность одного из элементов может привести к полной или частичной потере мощности всей солнечной батареи.
В обоих случаях подобная неисправность станет причиной снижения выходной мощности батареи, что, в свою очередь, приведет к снижению доходов от инвестиций. Кроме того, перегрев может привести к снижению характеристик или к неисправности соседних элементов. Таким образом постепенно может выйти из строя вся батарея.

         
 Влияние температуры на графики характеристик                     Солнечная батарея с многочисленными 
                                                                                                        перегретыми точками и областями

Выполнение тепловизионного обследования с задней стороны батарей Последний вариант позволяет избежать проблем, связанных с отражением солнечного света или отражениями, которые связаны с низким коэффициентом излучения кристаллической поверхности батареи.
Так или иначе, термография позволяет быстро обнаружить батареи, которые имеют горячие участки, находясь на достаточном расстоянии от них. Необходимо просто осмотреть всю установку с помощью тепловизора.

         
Выполнение термографии с задней стороны батарей       Одновременная проверка нескольких солнечных батарей

Чтобы избежать проблем, связанных с неправильной полярностью элементов, фотоэлектрические модули могут оснащаться защитными диодами (блокирующими, однонаправленными или обратными). Чем больше количество неисправных элементов, тем выше мощность, которая рассеивается этими диодами. Нагрев элементов также можно выявить, осматривая батарею с помощью тепловизора со стороны разъемов.
Следует обращать особое внимание на наличие на солнечных батареях теней от деревьев, опор линий электропередачи, других батарей и т.д. Тени могут стать причиной перепада температур на тепловизионных снимках, что приведет к неправильной их расшифровке. Особое внимание этим факторам нужно уделять, если тепловизионная съемка выполняется рано утром или ближе к вечеру.
Также необходимо учитывать наличие ветра, который может снизить температуру горячих областей, и они не будут обнаружены.

         
             Разъемы и блок защитных диодов                         Нежелательный нагрев элемента и блока разъемов

Другие элементы, подлежащие проверке

С помощью тепловизора также можно проверить электродвигатели. В зависимости от обстоятельств, например, при различных атмосферных условиях, воздействующих на электродвигатели, или, если параметры двигателей являются недостаточными, может произойти их нагрев до температур, при которых срок службы электродвигателей значительно снизится. Нагрев также может быть вызван механическими причинами, например, неисправностью подшипников или их неправильной регулировкой, недостаточной вентиляцией или пробоем обмотки. Электродвигатель, перегревающийся из-за неисправности изоляции

Тепловизионная проверка электродвигателя

Для проверки исправности электродвигателя очень удобно пользоваться другими измерительными приборами, например клещами для обнаружения утечек и мегомметрами.
Кроме того, можно воспользоваться тепловизором для поиска перегрева инверторов и трансформаторов среднего напряжения. В трансформаторах среднего напряжения с помощью тепловизоров можно выявить неисправности соединений низкого и среднего напряжения, а также проблемы с внутренними обмотками.

                          
         Батарея с неравномерной температурой                                               Тепловое изображение разъемов 
             поверхности из-за падающих теней                                             трансформатора среднего напряжения

Примеры тепловизионных изображений с некачественными соединениями

Другой областью применения, где термография может применяться для профилактического обслуживания, является проверка всех соединений. С течением времени соединения могут ослабнуть, что приводит к неисправностям и простоям оборудования. Это особенно важно для солнечных батарей, в которых находится множество соединений постоянного и переменного тока и электрических шкафов. В связи с этим необходимо помнить, что некачественное соединение является причиной повышенного сопротивления, т.е. источником повышенного выделения тепла из-за эффекта Джоуля. Заключение Учитывая большой период амортизации фотоэлектрических установок (6-10 лет), очень важно, чтобы выходная мощность установки была в пределах, определенных на стадии проектирования.  Благодаря этому прибыльность установки будет гарантирована на протяжении всего срока службы. В связи с этим термография является незаменимым инструментом для анализа эксплуатационных параметров и эффективности различных компонентов установки: фотоэлектрических модулей, соединений, электродвигателей, трансформаторов, инверторов и т.д. Снижение КПД солнечных батарей может привести к значительному увеличению периода амортизации установки. Как и в случае с другими типами установок и процессов, температура является критически важным параметром для исправной работы фотоэлектрического оборудования. Например, есть общее правило, которое гласит, что увеличение температуры любого из компонентов оборудования на 10°С выше рабочей температуры, рекомендованной производителем, может привести к сокращению срока службы на 50%. Как видно из этого простого правила, повышенная температура может стать причиной значительных расходов на оборудование и техническое обслуживание. Кроме того, в связи с тем, что солнечные батареи состоят из огромного количества полупроводниковых элементов, выделение тепла в неисправном элементе может привести к разрушению соседних элементов, т.е. проблема будет разрастаться с течением времени.

Другим важным фактором для исправного функционирования установки является процесс пуска и наладки. В этом случае тепловизор является незаменимым инструментом, так как он позволяет главному инженеру установки выявить солнечные батареи с производственными дефектами и потребовать соответствующего гарантийного ремонта.
Все эти факты подтверждают, что термография имеет большую важность при обслуживании установок. Помимо этого, приборы просты в эксплуатации и легко впишутся в привычный набор инструментов, используемых техниками при обслуживании (мультиметры, токоизмерительные клещи, клещи для измерения токов утечки, мегомметры и анализаторы качества электроэнергии).