A importância da análise termográfica em sistemas fotovoltaicos

Este artigo descreve o uso da termografia como uma ferramenta para o monitoramento de sistemas fotovoltaicos e tem o objetivo de esclarecer, de maneira prática, os procedimentos de ensaio e os principais problemas encontrados ao realizar esse ensaio em plantas fotovoltaicas.

O conceito da radiação infravermelha e sua relação com o calor

Antes de descrever os aspectos práticos da termografia aplicados aos sistemas fotovoltaicos, é importante que se entenda a teoria por trás da aplicação deste importante ensaio.

Para isso, primeiro se explica o conceito da radiação infravermelha, que é a base teórica do funcionamento das câmeras termográficas disponíveis no mercado.

A radiação infravermelha são ondas eletromagnéticas que não são visíveis aos olhos humanos e estão diretamente relacionadas ao calor. Moléculas e átomos que formam qualquer matéria emitem radiação, que está vinculada à agitação dessas partículas e, por sua vez, está relacionado com o calor.

Assim, qualquer matéria, desde que possua temperatura acima do zero absoluto, emitirá radiação infravermelha. Simplificando, as matérias emitem radiação infravermelho na forma de calor, porém, essa radiação não é visível ao olho humano. No entanto, os avanços tecnológicos permitiram o desenvolvimento de equipamentos capazes de captar essa radiação e exibi-las por meio de imagens termográficas.

Assim, a câmera infravermelha (câmera termográfica) é a tecnologia capaz de capturar a radiação infravermelha emitida pelos corpos e formar imagens térmicas com base nas leituras feitas por seus sensores. A intensidade da radiação infravermelha que irradia de um objeto específico possibilita a câmera identificar a sua temperatura.

A termografia em sistemas fotovoltaicos

As inspeções em usinas fotovoltaicas com câmera infravermelha – popularmente conhecido como ensaio termográfico, ou termografia – são análises que visam detectar variações de temperaturas em todo o sistema instalado.

A análise deve ser feita não só nos módulos, mas também nas conexões, equipamentos (inversores, transformadores) e quadros elétricos. Esse procedimento é rotineiramente efetuado em usinas fotovoltaicas, dentro dos escopos de comissionamento e também de O&M (Operação e Manutenção).

Realizar ensaios de termografia traz diversas vantagens, visto que por meio deles pode-se identificar falhas precoces em uma planta fotovoltaica, o que contribui para evitar perdas de geração de energia e também garantir a segurança operacional da usina.

Dependendo do tipo de falha, que serão exemplificadas em tópicos posteriores deste artigo, o sistema pode correr o risco de sofrer até um incêndio, em casos mais críticos. Portanto, este teste é de extrema importância tanto no comissionamento, como em verificações periódicas da usina.

A norma NBR 16274, que trata dos ensaios e comissionamento de sistemas fotovoltaicos, descreve a importância de se utilizar a câmera termográfica para detectar variações anormais nos módulos, diodos de by-pass e conexões.

Ela cita que se deve atentar para realização do ensaio em modo de operação normal do sistema FV, com céu estável e irradiância solar mínima de 600 W/m². Isso garantirá que o sistema seja percorrido por uma corrente mínima e, assim, as diferenças de temperaturas durante o ensaio poderão ser notadas.

O equipamento mais popular para o ensaio de termografia é a câmera termográfica, que, basicamente, é uma câmera equipada com sensores de radiação infravermelha. As câmeras mais tradicionais do mercado normalmente possuem a função de capturar tanto imagens térmicas, como também imagens comuns, como uma foto de celular.

Essa função é importante, pois na produção de relatórios dos ensaios realizados, a comparação da imagem comum com a imagem termográfica auxilia na análise de problemas e também na identificação dos locais onde são encontrados os desvios de temperatura.

A Figura 1 apresenta um modelo de câmera termográfica tradicional utilizada nas inspeções de usinas fotovoltaicas.

É muito comum a realização de ensaios termográficos por meio de drones em usinas com grandes quantidades de módulos. Atualmente, existem drones já equipados com câmeras de radiação infravermelha, e sua aplicação reduz o tempo dos testes e mantém a qualidade e eficiência dos ensaios.

Aliás, ensaios com drones têm demonstrado muita eficiência na identificação de problemas térmicos nas usinas. As imagens aéreas, na maioria dos ensaios, sofrem menos interferência nas leituras devido aos ângulos das medições realizadas.

A Figura 2 apresenta um dos modelos de drones utilizados nos ensaios de comissionamento do Canal Solar.

Principais problemas identificados com a termografia

A utilização dos ensaios termográficos em usinas fotovoltaicas permite identificar uma variedade de defeitos que serão descritos neste tópico. Esses defeitos se manifestam por pontos quentes no arranjo fotovoltaico, muito conhecidos por sua expressão em inglês hotspot.

Abaixo, estão descritos os principais defeitos identificados por meio da utilização da termografia:

• Diodo na caixa de junção dos módulos com defeito;
• Módulos fotovoltaicos defeituosos ou desconectados;
• Células ou vidros trincados (por diversos motivos);
• Sujeira nos módulos;
• Penetração de umidade nas células do módulo;
• Falhas nas conexões elétricas;
• Descolamento de células devido a falha na laminação (processo de fabricação).

Todas as anomalias descritas acima devem ser localizadas o mais rápido possível, uma vez que causam uma queda no rendimento do sistema. Um único módulo defeituoso pode limitar a geração de toda a string, já que a corrente elétrica deve ser a mesma em um circuito em série. Um defeito persistente também diminui a vida útil do módulo.

Além disso, certos tipos de defeitos podem causar o aquecimento excessivo nas células do arranjo fotovoltaico e, em casos mais graves, podem evoluir para um incêndio, como extensamente relatado na literatura.

Dicas e cuidados ao realizar os ensaios termográficos

Ao realizar os testes de termografia deve-se atentar a alguns detalhes para que a execução seja bem realizada e os resultados sejam satisfatórios. O primeiro ponto, apesar de óbvio, merece destaque: o ensaio é sempre realizado com a planta energizada e com a corrente fluindo pelos arranjos do sistema.

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