Detection, classification and characterization of defects in photovoltaic modules through the use of thermography, electroluminescence, I-V curves and visual analysis

Abstract

El reciente crecimiento que han experimentado las energías renovables ha sido liderado por la energía solar fotovoltaica (FV), siendo FV más de la mitad de la energía renovable instalada en 2018. Poder detectar, identificar y cuantificar la gravedad de los defectos en módulos es esencial para constituir sistemas fiables, eficientes y seguros, evitando pérdidas de energía, desajustes y problemas de seguridad. Por lo tanto, la idea de Operación y Mantenimiento avanzado (O&M) es muy atractiva para el sector de explotación FV, ya que garantizará ciertos niveles de eficiencia en sus plantas. Tradicionalmente se han utilizado diferentes técnicas para detectar anomalías en módulos FV, como inspecciones visuales, termografía manual o pruebas eléctricas (curvas I-V). Los avances tecnológicos permiten el desarrollo de técnicas innovadoras de bajo costo, mejorando los laboriosos métodos manuales tradicionales. Esta tesis doctoral presenta un análisis de la detección, caracterización y clasificación de defectos en módulos FV mediante el uso de termografía infrarroja (IRT), EL, curvas I-V y análisis visual, enfocándose en tres líneas principales. En primer lugar, se analiza el estado del arte de los sistemas fotovoltaicos, incluyendo la investigación sobre las tasas y modos de fallo en plantas FV y el diseño, operación y mantenimiento de las plantas. En segundo lugar, se realiza la detección, caracterización y clasificación de defectos en módulos FV, mediante los siguientes enfoques: el análisis y comparación de los resultados experimentales obtenidos con las diferentes técnicas de inspección, la generación de imágenes fusionadas, el desarrollo de circuitos de simulación, el estudio del efecto de las pruebas de electroluminiscencia (EL) en la vida útil de los módulos, el análisis cuantitativo y caracterización de defectos de fabricación, soldadura y roturas en células solares y la clasificación de defectos en función de sus patrones de fallo. En tercer lugar, en referencia al análisis de la termografía aérea como nueva técnica de inspección, las principales contribuciones del trabajo son tres: revisar el equipamiento disponible, enfocándose en las características deseables para su aplicación en inspecciones termográficas aéreas de plantas FV, la revisión de los aspectos más importantes que deben tenerse en cuenta en las pruebas para obtener resultados válidos y el estudio de la influencia de la resolución de las imágenes IRT. Es importante señalar que la investigación realizada y las contribuciones presentadas han surgido de necesidades reales propuestas por operadores, fabricantes y propietarios de instalaciones FV, no solo de España sino también de diversos países, lo cual enfatiza la importancia de la aplicación práctica del estudio desarrollado