Diagnostika fotovoltaických elektráren

Slovo úvodem

Dosud jsem osobně termovizí kontroloval přes 790 MWp, což představuje více než 3 milionu kusů FV panelů. Toto téměř neuvěřitelné množství prohlédnutých FV panelů představuje velkou "studijní množinu", která mi postupně umožnila vnímat řadu souvislostí.

Fotovoltaické elektrárny jsou bezpečné, ale z pohledu získané zkušenosti vnímám i řadu rizik. To, co u elektrárny na zelené louce nemusí představovat významný bezpečnostní problém, může být u domovních instalací vysoce rizikové jak z hlediska požární bezpečnosti, tak z hlediska bezpečnosti obsluhy.

Nejsem závislý ani na provozovatelích, ani na výrobcích panelů a má hodnocení jsou nezávislá.

Nejběžnější chyby nalézané při diagnostice FVE

Statické problémy
Nesprávně zvolené komponenty nosné konstukce, špatně provedená montáž nosné konstrukce, nerespektování vzájemného korozivního působení různých kovových materiálů, chybné kotvení, dilatační problémy, aj..

Chyby ve vztahu k vodotěsnosti střešní krytiny
Popraskaná střešní krytina vlivem nedostatečně tuhých háků, popraskaná krytina v důsledku pohybu montážníků, špatné řešení prostupů přes střešní krytinu, krytina jejíž životnost je výrazně kratší než životnost FVE, ..aj

Chyby v provedení elektrických rozvodů
Nedodržení poloměru oblouků kabeláže, namáhání el. kontaktů tahem, poškození izolace o ostré hrahy konstrukcí, nedostatečná ochrana kabelů před UV zářením, používání stahovacích pásek bez dostatečné UV odolnosti, ale také i přímý souběh kabelových svazků s hromosvodem, aj..

Chyby v úrovni elektrických přístrojů a rozvaděčů
Použití rozvaděčů a přístrojů v nevhodném prostředí, přehřívání přístrojů vlivem chyb v dimenzování, špatně provedené zakončení vodičů, nedostatečné dotažení spojů, nedostatečné těsnění průchodek, nevhodná velikost pojistek, kondenzace vody, poškození způsobená nedodržováním zásad bezpečnosti práce, zcela chybějící bezpečnostní prvky aj..

Chyby v zapojení FV panelů
Zapojení nerespektuje optimální provozní paramentry měniče, některé panely jsou zapojeny navzájem do sebe, zbytečné stínění panelů, chybějící uzemnění jednoho z pólů u tenkovrstvých panelů, uchycení panelů na špatných místech, aj..

Všechny výše uvedené chyby měly své konkrétní závažné důsledky a to jen díky opomenutí montážních firem, nebo projektanta.

Degradace panelů
Nevratná degradace panelů je noční můrou každého majitele elektrárny. Zde opravdu platí doporučení nešetřit za každou cenu. Jsou typy panelů, ke kterým nemám 100% důvěru. Jsou výrobci, kteří mají záruky jen na papíře. Na druhou stranu existují FV panely, které mají mimořádně nízkou míru poruchovosti. Zde je třeba ovšem dodat, že bez kvalitní konstukce není kvalitní elektrárny. Systémové vady FV panelů jsou pro majitele jednou z nejhorších možných zpráv z diagnostiky.
Vyskytují se delaminované panely, degradace EVA folie, degradace zadních krycích fólií vlivem UV, zrychlená Light induced degradation, panely s masivním množstvím mikrotrhlin, panely se špatným způsobem pájení článků, Některé panely mají nevhodně kombinované materiály v kontaktech v Junction boxu a přehřívají se. Tomu napomáhá i vliv vlhkosti, která se přes nedotažené průchodky do Junction boxu dostává. Jiné moduly mají zase vysokou poruchovost by-pass diod.

Zajímavou oblastí jsou vratné degradace jako PID - Potential induced degradation, nebo vysokofrekvenční rušení způsobené některými měniči. To jsou problémy v zásadě řešitelné, ale je třeba o nich vědět.


Před časem zastával jeden vrcholový manager názor, že fotovoltaiku může stavět i kačer Donald. Já si to nemyslím.

 

Termovizní kontrola fotovoltaických elektráren

Termovizní diagnostika je jednou ze základních kontrolních činností při provozu FVE.
Přestože má řada vad v IR zobrazení podobné vizuální projevy, lze s pomocí dalších měření a jistou zkušeností, vcelku úspěšně nacházet například následující problémy: nezapojené panely, moduly ve zkratu, nevyrábějící stringy, panely zapojené v obrácené polaritě, panely s odlišnou pracovní křivkou, panely s vysokými přechodovými odpory, panely poškozené přepětím, vadné diody, některé typy delaminací, poškozené články a další.
Při znalosti podkonstrukcí a příčin vzniku vad panelů, může termovize pomoci také při nalezení statických problémů podkonstrukce.

Lze identifikovat i některé degradace jako například Potential Induced degradation (PID), někdy nazývaná "Hight voltage stress", ale také určité projevy delaminace.
Některé termovizní projevy FV panelů nesouvisejí přímo s vadami panelů a přesto způsobují znatelný úbytek výkonu. Většinou jde o nerovnováhu mezi panely a stringy v serioparalelním zapojení, špínu, stínění, vliv procházející oblačnosti atd.. vliv vysokofrekvenčního rušení měničů apod.

Termovize je velmi efektivní při kontrole rozvaděčů.


U většiny elektráren je vhodné provádět kontrolu jednou ročně.



Proč provádět termovizní kontrolu?

Při každé kontrole FVE od velikosti stovek kWp, nacházím vadné panely, které je třeba vyměnit, nebo opravit.
Četnost vážných vad panelů se pohybuje od cca 1-2 ks/MWp až po 300 ks/MWp.

Při současných cenách panelů a výkupní ceně se nevyplatí provozovat panel, který sám o sobě vyrábí například o 1/3 méně. Navíc ztráta výkonu 1 panelu snižuje často výkon celého stringu. Výměna vadných panelů zvyšuje také bezpečnost FVE a často i provozní disponibilitu měničů. Časná diagnostika snižuje dobu odstávky někdy i celých celků a pomáhá předcházet ztrátám výroby.
U střešních FVE může mít opomenutí pravidelné kontroly fatální následky.
Opakované a zdokumentované prohlídky mají velkou vypovídací hodnotu i ve vztahu k otázkám ohledně životnosti FVE.


Výstupy termovizní kontroly FVE

Standardním výstupem termovizní kontroly je zpráva, ve které jsou nalezené vadné panely roztříděny dle závažnosti vlivu na výrobu.
Každá vada je zdokumentována IR snímkem, či běžnou fotografií. Každý vadný panel je identifikován svou polohou ve FVE a IR snímkem. Panely určené na opravu, doměření, výměnu a reklamaci jsou označeny ze zadní strany nálepkou a je zjišťěno jejich sériové číslo. V případě potřeby lze panely označit neslepitelnou nálepkou. Součástí textové zprávy je technický rozbor nalezených vad a seznam doporučení pro jednotlivé typy vad.
Zpráva obsahuje také tabulkové seznamy vadných panelů v jednotlivých řadách.


Na přání mohu také zakreslit polohu vadných panelů na výměnu či opravu do CAD.

V případě potřeby jsem schopen zajistit vytvoření reklamačních protokolů jednotlivých panelů s proměřením U/I charakteristiky a zprostředkovat komunikaci s výrobci FV modulů. Součástí reklamačního protokolu je IR snímek, U/I měření, případně pouze napětí naprázdno, nebo pracovní napětí, dle typu vady. Za U/I měření, které neprokáže poškození pod garantovanou hranici zákaznk neplatí.

Výstupem u kontroly rozvaděčů je zpráva, ve které jsou IR snímky všech rozvaděčů. Nalezené problémy jsou uváděny v samostatných kapitolách.

Letecká nebo pozemní termovize FVE

Využití dronů je bezesporu výhodné u střešních instalací, kde lze mnohdy jen optížně zajistit vhodný pozorovací úhel.
Dron může být v těchto aplikacích vítaným doplňkem běžné termovize, která je třeba ke kontrole rozvaděčů, kabelových tras, konektorů... Pro malé instalace na rodinných domech je nasazení dronu z finančního hlediska spíše nevýhodné.

Častým argumentem pro letecké termovizní inspekce zejména u velkých FVE bývá úspora času. To ovšem platí pouze omezeně.

Stále zbývá potřeba nalezený vadný panel na elektrárně spolehlivě a jednoznačně označit a určit, co se s jakým panelem má dále stát. Je třeba zjistit sériová čísla vážně poškozených panelů.

Klíčovou je ovšem jistota v interpretaci diagnostiky a tu samotný dron nezajistí.

V zásadě se dá říct, že letecký nález by mělo následovat místní ověření spojené s označením a prohlédnutím panelu.
Pokud obsluha dronu nezná příčiny poruch panelů, pak vyhodnocení "barevných fleků" na panelech nemusí být vůbec správné. A pokud se dělá rozbor nalezených "barevných fleků" dokonce až v kanceláři (protože tak se přeci dělá prohlídka nejrychlejší), pak dochází až ke komickým závěrům.
To se jako vadné panely označí panely zastíněné sousedícími stromy, dráty VVN, jímacími tyčemi bleskosvodů, panely špinavé, panely zastíněné stonkem trávy, panely s mírným stínem z úchytky panelu apod. Dezinterpretovat se dá ovšem i řada jiných termovizních projevů.

Je třeba si uvědomit, že při průchodu FV polem se velmi často kontrolují i rozvaděče a to opět není práce pro dron.

Nicméně jsou elektrárny, kde je nasazení dronu v zásadě nevyhnutelné. A právě v takových případech spolupracuji i já na diagnostice s firmami, které leteckou termovizi nabízejí. Vlastní diagnostiku si však řídím sám.

Zkušenosti s diagnostikou FV panelů

Osobně jsem dosud zkontroloval více než 790 MWp a mám s čím srovnávat.

Opakované kontroly dávají dobrou představu o časovém vývoji vad a stavu elektrárny. Proto ve zprávách z opakovaných kontrol vždy porovnávám staré a nové termovizní nálezy. Opakované kontroly velmi dobře přiblíží kvalitativní vývoj FVE. Na základě provedených termovizních prohlídek jsem schopen dát doporučení i k výběru panelů pro nové FVE.

Zkontrolované typy FV panelů:

Canadien Solar, 210 Wp, Poly, 25 MWp

Brisban - Alex Solar, 170 Wp, mono, 18 MWp

Fire Solar, 190 Wp, mono, 12,64 MWp

Renesola - JC Solar, 190 Wp, mono, 12,051 MWp

Brisban - Linsun, 185 Wp, mono, 12 MWp

Renesola, 280 Wp, poly, 7,138 MWp

Renesola, 230 Wp, poly, 6,451 MWp

LDK, 195 Wp, mono, 5,764 MWp

ORI Solar, 275 Wp, poly, 5,326 MWp

CETC, 185 Wp, mono, 5,2 MWp

JA Solar, 230 Wp, poly, 7,8 MWp

Fire Solar, 230 Wp, poly, 3,25 MWp

Kyocera, 170 Wp, poly, 3 MWp

Hyunday, 230 Wp, poly, 3 MWp

Bisol, 230 Wp, poly, 2,4 MWp

Nelumbo, 230 Wp, poly, 2,2 MWp

JS Solar, 195 Wp, mono, 1,68 MWp

Le Ye , 190 Wp, mono, 1,39 MWp

Jinko, 195 Wp, mono, 1,133 MWp

Topsolar, 185 Wp, mono, 1,12 MWp

SolarSys, 235 Wp, poly, 1,1 MWp

JA Solar, 240 Wp, mono, 1,05 MWp

Juli, 240 Wp, poly, 1,02 MWp

Eging, 185 Wp, mono, 0,942 MWp

Xing Huo, 280 Wp, poly, 0,84 MWp

Heckert Solar, 230 Wp, poly, 0,8 MWp

Linuo, 190 Wp, mono, 0,742 MWp

Renesola, 190 Wp, mono, 0,554 MWp

Hareon Solar, 230 Wp, poly, 0,5 MWp

Fire Solar, 275 Wp, poly, 0,37 MWp

Xing Huo, 230 Wp, poly, 0,133 MWp

ORI Solar, 230 Wp, poly, 0,115 MWp

Solea, 185 Wp, Mono, 3,483 MWp

Solea, 175 Wp, Mono, 0,617 MWp

Schüco, 210 Wp, poly, 1,6 MWp

Yingli, 230 Wp, poly, 1,6 MWp

Appolo Solar, 230 Wp, poly, 2,2 MWp

SolarFun, 240 Wp, poly, 4,45 MWp

a další....

 

Napěťo-proudová diagnostika FV modulů

V případě potřeby mohu zajistit měření napěťo-proudové charakteristiky panelů a stringů.
Napěťo-proudové měření s proměnnou zátěží a přesným čidlem osvitu je jednou z mála efektivních možností pro zjištění skutečného výkonu FV panelů na provozované elektrárně.


Díky zkušenostem z měření a IR diagnostiky FV panelů, provádím U/I analýzu pouze při nejasnostech, kontrolních měřeních, ověřovacích měřeních atd.
Při běžné kontrole FVE využívám znalostí z vlastního porovnávání termovize versus výsledky U/I měření a míru poškození panelů určuji na základě termovize.

U/I měření je výrazně pomalejší než IR kontrola. Měřené panely musí být v době měření odpojené a zároveň musí být velmi dobrý osvit (nad 800 W/m2). Z toho také vyplývá, že měření U/I charakteristiky je spojené s jistou ztrátou výroby.

Opravy panelů

Vadné panely není mnohdy účelné a ani nejvýhodnější hned měnit za nové. Často je možné je nějakým způsobem ještě opravit. Efektivita opravy ovšem výrazně souvisí s příčinou vady a mírou dalšího poškození panelu. Tyto věci je třeba posoudit.

Cena služeb

Cena za výše uvedené služby musí odpovídat efektivitě celého cyklu opravy včetně diagnostiky. Nalezení vad je pro provozovatele pouze prvním krokem k opětovnému 100% stavu FVE.

Snažím se toto respektovat a jsem přesvědčen, že dokážu svým zákazníkům nabídnout zajímavou cenu.


Součástí služeb je základní bezplatné poradenství, v jehož rámci řeším většinou ostatní nalezené skutečnosti, kterých jsem si při prohlídce FVE všimnul.

Kalkulace ceny IR kontroly zohledňuje velikost elektrárny, cestovní náklady, obtížnost orientace v elektrárně (existence místního značení), počet panelů nad sebou a požadované části kontroly - panely, rozvaděče, seriová čísla atd.
Kalkulace ceny za U/I měření závisí na počtu měřených panelů a možnosti přístupu k nim (panely na kontrukci, ve skladu atd..)

Veškeré práce je možné dle počasí provádět i mimo pracovní dny.