Foto: Büro Jantzen

Avancerede droner jagter defekte solceller

mandag 10 dec 18
|
af Erik Holm

Kontakt

Gisele Alves dos Reis Benatto
Postdoc
DTU Fotonik
46 77 54 12

Fakta

• Projektet hedder DronEL. ’EL’ refererer til elektroluminescens.

• DronEL er et samarbejde mellem DTU Fotonik, Aalborg Univesitet, Skive Kommune samt virksomhederne SiCon, Kenergy og Sky-Watch.

• Projektet har modtaget støtte fra Innovationsfonden

Overvågning af solcelleparker er besværligt, tidskrævende og upræcist. Ofte fanger man ikke alle defekter, hvilket i sidste ende kan skade energiproduktionen. Det vil et nyt droneprojekt lave om på.

Bedre vedligehold, detaljeret viden og optimeret drift. Det er i korte træk, hvad ejerne af store solcelleparker kan se frem til med et projekt, der kobler følsom kamerateknologi med professionelle droner til en slags flyvende sporhunde.

Teknologien, der er under udvikling hos bl.a. DTU Fotonik, forventes at være klar i løbet af 2019 og vil radikalt forandre service og vedligehold af professionelle solcelleparker. Det fortæller Gisele Benatto, postdoc og ph.d. ved DTU Fotonik.

”Jo mere priserne falder på solceller, jo større bliver solcelleparkerne, og derfor stiger antallet af paneler i solcelleparkerne. Det skaber en stor udfordring i forhold til vedligehold og inspektion,” siger Gisele Benatto.

Kæmpe solcelleparker

Moderne solcelleparker har i dag en kapacitet på mindst 10 MW og i mange tilfælde betydeligt mere. Verdens største anlæg i Kina har en effekt på 1,5 GW, og med en typisk effekt på 300 W pr. solpanel bliver det til virkelig mange solceller, der skal inspiceres – ofte under ekstreme forhold med solen bagende ned.

”Vi besøgte en solcellepark i Málaga i juli sidste år. Der var 46 grader varmt. Det er voldsomt krævende for mennesker at inspicere under disse forhold, og det tager enormt lang tid. Med dronen kan vi skanne panelerne automatisk; det går langt hurtigere, og du får et mere præcist billede af panelerne,” siger Gisele Benatto. Droner bliver allerede anvendt til at overvåge tilstanden af solcelleparker. De kan være udstyret med termografiske kameraer, der kan opdage visse typer defekter, men langtfra alt. Forskerne ved DTU har derfor udviklet et system bygget på elektroluminescens. Et specielt kamera monteres på dronen, som med denne teknologi fanger mindst 70 pct. af de potentielle defekter mod ca. 30 pct. med termografi.

”Ejerne får simpelthen et bedre og mere dybdegående indblik i sundhedstilstanden på deres ofte meget store investeringer,” forklarer Gisele Benatto.

Solcellerne i solpanelet er normalt placeret mellem et lag glas på forsiden, der er transparent, så sollyset kan trænge igennem, men beskytter mod vind og vejr, samt en plastfolie på bagsiden. Selve solcellerne består af plader af silicium med en tykkelse på ca. 200 mikrometer. Især disse siliciumplader er meget skrøbelige. Skader kan opstå under transporten, i forbindelse med inspektion eller rengøring eller under ekstreme vejrsituationer som hagl. Gisele Benatto deltog i starten af året i en konference i Colorado, USA, hvor en haglstorm sidste år ødelagde store andele af delstatens solcelleparker.

”Hagl var et stort emne på konferencen, men der er flere forskellige defekter, der kan påvirke strømproduktionen negativt, og mange af dem kan man ikke se i dag selv med en meget grundig visuel inspektion,” lyder det fra Gisele Benatto.

Solpaneler lyser

Elektroluminescens fungerer ved, at man sætter en svag strøm til solcellen. Dette får panelerne til at fungere som store lysdioder, der vil lyse ganske svagt. Lyset er usynligt for det menneskelige øje, men det er rigeligt for kameraet, der er udstyret med en linse af safir og en særlig coating på linsen. Kameraet opfanger forskelle i belysningen fra de enkelte paneler, hvilket giver et detaljeret billede af panelets tilstand. Fejl gør eksempelvis områder på panelet mørke, så forskerne kan se, hvis der ikke løber strøm mellem enkelte dele af panelets kredsløb, fortæller Gisele Benatto.

En af samarbejdspartnerne er virksomheden Kenergy fra Horsens, der bl.a. udfører tekniske inspektioner rundtom i Europa. Ifølge adm. direktør Kenn H.B. Frederiksen tjekker man ofte solpanelerne enkeltvis med termografi. Det sker enten ved en gåtur rundt i solcelleparken eller med drone.

”Den fysiske rundtur tager lang tid, og droneløsningen finder kun de synlige defekter. Med elektroluminescens kan vi opfange flere fejl og skader, eksempelvis mikrosprækker, som udvikler sig over tid og ikke kan ses med termografi,” siger Kenn H.B. Frederiksen. 

Kameraet monteres på en hexakopter- drone, der med en fart af en meter i sekundet overflyver rækkerne af solceller og tager billeder af de enkelte paneler. Et avanceret GPS-system sikrer, at dronen ved, præcis hvor den befinder sig, og med tiden skal farten på dronen øges. Integrationen af kameraet på dronen har krævet en del optimering af dronen, bl.a. programmering af flight controller og af gimbal, som er den arm, kameraet er monteret på, og som forhindrer uskarpe billeder pga. rystelser.

Sollys udfordrer inspektion

"Med dronen kan vi skanne panelerne automatisk; det går langt hurtigere, og du får et mere præcist billede af panelerne."
Giselse Bernatto, Postdoc, DTU Fotonik

I udgangspunktet burde elektroluminescens ikke fungere om dagen, fordi kameraet bliver blændet af lyset fra solen, der reflekteres i solpanelet. For at løse dette har DTU-forskerne udviklet et system, der gør, at kameraet konstant er synkroniseret med solpanelet og tager billeder i sekvenser, når strømmen skiftevis bliver sluttet til og fra. Dette kompenserer for variationer i sollyset, eksempelvis pga. skyer. Jo mere sollys, desto flere billeder er nødvendige for at opnå en acceptabel billedkvalitet – helt op til 100 billeder pr. solpanel.

”Det kræver bedre filtre på linsen og flere billeder, når man vil inspicere i dagtimerne. Det er stadig et af de områder, vi arbejder med at udvikle og forfine i øjeblikket. Vi kan ikke flyve om natten, da det giver udfordringer med sikkerheden,” forklarer Gisele Benatto.

DTU-forskerne har bl.a. udviklet det nødvendige billedbehandlingskredsløb til dronen samt algoritmer til kommunikationen mellem dronen og panelerne, så strømmen sættes til panelerne, præcis når dronen er over panelet, og kameraet tager billeder. Få sekunders optagelser er nok til at opnå gigabytes af data; derfor er en anden af opgaverne at komprimere billederne, så systemet ikke drukner i data, forklarer Gisele Benatto.

Den første prototype er monteret og testet, og teknologien til billedbehandlingen er udviklet. En del af processen skal stadig automatiseres, men efter planen skal dronen i løbet af sommeren 2019 flyve over solcelleparker i Vandel ved Billund og i Skive Kommune.

Kenn H.B. Frederiksen fra Kenergy glæder sig til at bruge den fuldt udviklede prototype og ser teknologien som en klar konkurrencefordel.

”Vi får et nyt analyseværktøj, som vil finde flere fejl. Kan vi gøre dette præcist og så systematiseret, at det bliver en standard i branchen, vil ejerne af solcelleparkerne være interesserede. De kan få udført en kontrol, inden garantier på solcellemodulerne udløber,” siger Kenn H.B. Frederiksen.

Gisele Benatto er helt enig. Hun er allerede i gang med næste skridt i projektet, der handler om at bruge fotoluminescens til at oplyse solpanelerne, mens dronen suser forbi. Samtidig vil machine learning lære systemet at se defekter, og det vil automatisere processen fuldstændigt, forventer hun:

”Det er stadig tidskrævende at slutte strøm til solpanelerne, så vi kan se dem med kameraet. Derfor arbejder vi på at kunne oplyse panelerne med en lyskilde, så vi kan gøre inspektionen endnu hurtigere. Vi håber, at denne teknologi kan være klar inden for fem år eller mindre.”

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.