Солнечные электростанции — перспективное направление электроэнергетики, их доля в общем объёме генерации растёт год от года. Принципиальная эксплуатационная особенность СЭС заключается в том, что «солнечные фермы» занимают значительную площадь, и это существенно повышает затраты ресурсов на проведение технических инспекций оборудования. Однако технологии не стоят на месте: уникальные возможности термографии в сочетании с автономно управляемыми беспилотными летательными аппаратами позволили эффективно решить задачу периодических техосмотров солнечных батарей.
По мере роста сектора солнечной энергетики всё острее вставал вопрос эффективности работы батарей. Всё упиралось в сложность сбора первичных данных о состоянии компонентов системы. Ключевая процедура, ставшая фактическим отраслевым стандартом, — периодическое снятие вольт-амперных характеристик батарей для определения удельной отдачи (в ваттах на квадратный метр). Эту работу может выполнить только высококвалифицированный электрик, причём только в определённых погодных условиях — минимум влажности, отсутствие ветра и т.п. При этом в процессе измерений каждая из тестируемых панелей должна быть отключена от общей системы. Высокая трудоёмкость технических инспекций создавала массу операционных затруднений и вносила свой вклад в себестоимость солнечной энергии. Принципиальная возможность обнаруживать проблемы с солнечными панелями при помощи тепловизионной техники известна давно, однако протяжённость объектов и относительно высокая стоимость тепловизоров не позволили выработать приемлемые по затратам варианты дистанционного мониторинга СЭС.
И вот, наконец, решение найдено — предварительный осмотр поверхности батарей с воздуха. В ходе технологического развития физические размеры тепловизионных камер существенно уменьшились, и в последние годы вес термографических модулей снизился настолько, что стала возможной установка тепловизоров на малые БПЛА. Гибридный термограф, установленный на беспилотнике, генерирует тепловое изображение, на котором чётко различимы потенциально проблемные панели и их отдельные элементы. По результатам эксплуатации первых промышленных систем дистанционного инфракрасного зондирования уже систематизирован вид характерных дефектов — это позволяет максимально автоматизировать анализ тепловых изображений и ускоряет принятие технических решений по результатам воздушных инспекций.
Снятые при помощи БПЛА термографические изображения типичных проблем, возникающих в ходе эксплуатации солнечных панелей.
Применение аэротермографии — так принято называть съёмку с воздуха в инфракрасных лучах — позволяет существенно сократить затраты ресурсов на регулярные полевые измерения, а также обеспечить своевременный ремонт/замену проблемных компонентов и принятие профилактических мер. Организация периодических облётов панелей требует тщательной проработки — необходимо определить общее количество одновременно работающих дронов, назначить им маршруты, обеспечить определённое перекрытие изображений, максимально исключить вносимые погодными условиями помехи и т.п.
Типичная двухспектральная камера — гибридный термограф, пригодный по своим весогабаритным характеристикам для размещения на малом беспилотном летательном аппарате.
Необходимо отметить, что в большинстве реализованных систем аэротермографического контроля солнечных электростанций используются именно гибридные тепловизоры: сочетание телевизионного изображения с термическим позволяет извлечь из «картинки» максимум технической информации. В частности, по изображению в спектре видимого света можно определить загрязнение панелей и их перекрытие тенью, а также, например, признаки того, что на поверхности батарей начали вить гнёзда птицы.
Телевизионное (вверху) и тепловизионное (внизу) изображения одного и того же участка панели. Отклонения в работе отдельных модулей различимы только на тепловой картинке.
Использование новой технологии позволило сократить время стандартного технического осмотра солнечной электростанции с нескольких недель до нескольких суток. И этот выигрыш во времени и удобстве вносит свой вклад в снижение себестоимости киловатт-часа солнечной энергии, что, в свою очередь, повышает конкурентоспособность самого экологически безопасного способа генерации электричества.
