Una tesis obtiene patrones de fallo de sistemas fotovoltaicos

Sara Gallardo Saavedra ha desarrollado la tesis “Detección, clasificación y caracterización de defectos en módulos fotovoltaicos mediante la utilización de termografía, electroluminiscencia, curvas I-V y análisis visuales”, dirigida por los doctores Luis Hernández Callejo, del Campus Duques de Soria, en el marco del Grupo de Investigación de Termografía, Electroluminiscencia y detección de fallos con la utilización de drones para la toma de datos, y por Óscar Duque Pérez, profesor titular en la Escuela de Ingeniería Industrial de la Universidad de Valladolid.

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El interés de esta investigación es doble, ya que por un lado, se centra en uno de los sistemas de energías renovables que está liderando el mercado, la energía solar fotovoltaica, cuya tecnología ha madurado en los últimos años, lo que ha reducido mucho el coste de los paneles solares.

Un panel estándar de dos metros cuadrados produce hoy el doble de energía que hace unos pocos años.

Y por otro lado, la investigación ofrece una ayuda para la detección, caracterización y clasificación de defectos y para su implantación en las empresas que utilizan estos sistemas. Además, en la tesis, se propone la creación de un programa informático para detectar de forma automática estos defectos, partiendo de los patrones de fallo y parámetros estadísticos que ha detectado en su investigación.

Gracias a una beca predoctoral concedida por la Universidad de Valladolid, desde hace dos años pudo dedicarse a tiempo completo a culminar este trabajo de investigación, en paralelo a su trabajo como profesora de Energías Renovables en el Campus de Soria.

Tres objetivos

En su investigación, la doctoranda examinó en primer lugar el estado de desarrollo de las plantas fotovoltaicas, en concreto su diseño, operación y mantenimiento, y analizó cómo y en qué fallan, es decir, los defectos que ocasionan una pérdida de eficiencia energética y, por tanto, de la producción. Se han analizado los sistemas fotovoltaicos y todos sus componentes detectando y cuantificando la importancia de los fallos (paneles, estructuras, obra civil, instalación eléctrica…).

Este estudio se desarrolló examinando más de 100.000 alarmas generadas durante los últimos cinco años en 63 plantas fotovoltaicas distribuidas por España e Italia.

En la segunda parte de la tesis investigó en el campo de la detección, caracterización y clasificación de defectos en los módulos fotovoltaicos, centrándose en el análisis de los fallos en los paneles fotovoltaicos, los cuales convierten la energía solar en energía eléctrica.

Para ello utilizó las técnicas disponibles actualmente para inspeccionar dichos paneles (electroluminiscencia, termografía, curvas I-V y análisis visual), haciendo una comparativa y una caracterización de las mismas.

”Por ejemplo, con la técnica de termografía puedes ver que existe un punto más caliente que otro en el panel, lo que indica que tiene algún defecto”, ha explicado Sara Gallardo.

“En el Campus de Soria hemos desarrollado todas las pruebas experimentales, inspeccionando los paneles disponibles con defectos a través de las técnicas mencionadas. Con los resultados obtenidos hemos extraído un catálogo de fallos de electroluminiscencia y otro catálogo con fallos de termografía. En la tesis propongo como línea de investigación futura la creación de un programa de detección automática de defectos partiendo de los patrones de fallo detectados en esta investigación e incluidos en esos dos catálogos, lo cual puede ser muy interesante para las plantas fotovoltaicas del futuro”. Esto evitaría los altos costes de detección y clasificación de defectos actuales, promoviendo el uso de energías limpias.

La tercera y última de la tesis, se centra en la termografía con drones, es decir, en la termografía aérea como técnica de inspección novedosa, y que se está empezando a utilizar en estos últimos años. “De hecho, cuando empecé la tesis hace ahora cuatro años casi no se conocía”, explica la nueva doctora de la UVa. “Toda la vida se había hecho la termografía manual para detectar la temperatura de los paneles- añade- una tarea muy costosa y laboriosa”.

“Lo que hemos hecho ahora –continúa- es un análisis de este tipo de inspección pero adaptada a la fotovoltaica (resolución, lentes, fabricantes, etc), porque las técnicas de fotogrametría con drones destinadas a otros campos, como a la agricultura, ya se utilizan desde hace tiempo”.

“He estudiado además la resolución de las imágenes en función de la altura del vuelo y otros parámetros importantes a tener en consideración a la hora de realizar inspecciones termográficas con drones”, ha concluido.

Las principales contribuciones en relación al análisis de la termografía aérea como técnica de inspección novedosa aplicada a la detección de defectos en plantas fotovoltaicas, son tres: se ha revisado el equipamiento disponible, enfocándose en las características deseables para su aplicación en inspecciones termográficas aéreas de plantas fotovoltaicas; se ha analizado la termografía aérea de bajo coste y se han revisado los aspectos más importantes que deben tenerse en cuenta en las pruebas para obtener resultados válidos, estudiando en detalle la influencia de la resolución de las imágenes termográficas.

Colaboraciones

La tesis doctoral se ha desarrollado principalmente en el Departamento de Ingeniería Agrícola y Forestal de la Escuela de Ingeniería de la Industria Forestal, Agronómica y de la Bioenergía (EIFAB).

Sin embargo, se han buscado colaboraciones con otros centros o grupos de investigación como el Departamento de Ingeniería de Construcción, Energía y Medio Ambiente de la Facultad de Ingeniería y Desarrollo Sostenible de la Universidad de Gävle, en Suecia; la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad del Valle en Colombia; el Departamento de Física de la Materia Condensada de la UVa en Valladolid; el Instituto Politécnico Nacional de México; el Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Cuenca, en Ecuador; así como se ha realizado una estancia de cuatro meses en la Unidad de Energía Solar Fotovoltaica en el departamento de Energía del Centro de Investigación de Energía, Medio Ambiente y Tecnología (CIEMAT) en Madrid.

Por último, y aunque se haya estado en contacto con numerosas empresas del sector a lo largo del periodo doctoral, quiere resaltar la colaboración con Solarig, empresa desarrolladora, constructora y operadora de plantas fotovoltaicas con la cual se ha estado en contacto desde la definición de la tesis, buscando resolver las necesidades reales en la actualidad y generar un trabajo ventajoso y útil para el sector fotovoltaico.