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Los doctores de las plantas fotovoltaicas

Varias empresas y universidades desarrollan una técnica predictiva innovadora para detectar fallos en los módulos.

N. F.
29/01/2019

 

El sector fotovoltaico ha iniciado una senda de recuperación en España, en los dos últimos años, empujada por varias razones entre las que destaca la adjudicación de potencia subastada y el abaratamiento de los costes de producción de los paneles solares. En este escenario los propietarios de las grandes plantas fotovoltaicas destinadas a la producción de electricidad necesitan de inspecciones avanzadas en sus instalaciones que permitan mejorar las cifras de rendimiento. Una manera de hacerlo es detectando los fallos a tiempo. La experiencia ha demostrado que los paneles de las plantas con el uso se van deteriorando y llevan asociados problemas en su funcionamiento que afecta directamente a la pérdida de eficiencia y de producción.

Un grupo de empresas, universidades y centros de investigación españoles han comenzado a trabajar en un proyecto de investigación que persigue mejorar la eficiencia de las plantas fotovoltaicas a través de un nuevo método predictivo que combina varias técnicas muy prometedoras para detectar anomalías y fallos de manera automática.

En el proyecto ‘Desarrollo de herramientas optimizadas de operación y mantenimiento predictivo de plantas fotovoltaicas Doctor-PV’ trabajan investigadores (ingenieros y físicos) del Departamento de Física de la Materia Condensada Industriales y Ciencias de la Universidad de Valladolid (Uva) y de la Escuela de la Ingeniería Forestal, Agronómica y de la Bioenergía (EiFAB), del campus de la UVa en Soria.

El ‘Doctor-PV’ profundiza en dos técnicas para realizar el mantenimiento predictivo que son la electroluminiscencia y la termografía infrarroja que se combinarán entre ellas y posteriormente se implementarán en drones para realizar tareas de inspección de forma simultánea en un mismo vuelo, lo que supone una de las grandes innovaciones de este proyecto.

El equipo de investigación de la UVa se encarga de definir la metodología y de cómo se tienen que hacer las inspecciones con la termografía y la electroluminiscencia en la plantas y cómo va a afectar la inyección de corriente en estas instalaciones. Un trabajo que está avanzado y ha comenzado a ofrecer las primeras conclusiones.

En la actualidad las empresas de mantenimiento de las plantas utilizan mayoritariamente el sistema de termografía, que sirve para medir la temperatura y con él detectan si hay células dañadas en los módulos, lo que determina que no están a pleno rendimiento. Las inspecciones rutinarias se realizan a pie de campo y se hacen de manera manual y selectiva. Los operarios supervisan en torno al 5% de los módulos fotovoltaicos para establecer un muestreo de los fallos, un método a todas luces poco operativo para determinar los fallos de toda una planta, según explica Luis Hernández, investigador de la EiFAB. «Hay que tener en cuenta que las grandes plantas tienen unos 145.000 módulos instalados y con este método si se hiciese la inspección de termografía módulo a módulo se necesitarían meses, por eso el sector requiere de inspecciones avanzadas», agrega.

Aunque la técnica de termografía está haciendo uso de drones para que las revisiones sean más rápidas, efectivas y más rentables que los métodos tradicionales se necesita añadir otro tipo de análisis, ya que la termografía y la inspección visual no son suficientes. Este grupo de investigadores han optado por la electroluminiscencia que es una técnica emergente, cada vez más empleada en las inspecciones de módulos. Permite detectar defectos de fabricación y estructurales, por lo que han considerado que puede ser un buen complemento para perfeccionar las tareas de mantenimiento.

Para las inspecciones de estas técnicas a través de la electroluminiscencia se necesita inyectar corriente en los módulos que permiten ver los focos negros de menor intensidad que son sus puntos de fallo, «por eso es un buen complemento para la inspección». Sin embargo, esta práctica se enfrenta a varios retos, el primero, que los paneles solo están preparados para recibir energía y convertirla en electricidad y el segundo es que para ver la fotografía con los puntos negros de los paneles se deben desenchufar y probar en cámaras oscuras, algo que tampoco es operativo.

En este campo los investigadores han realizado varios ensayos para dar respuesta a una de las preocupaciones de los propietarios y los inversores de las plantas que es comprobar que la inyección de electricidad en los módulos nos los deteriora o afecta a su vida útil. Algo que se ha demostrado ya, a través de pruebas en una planta piloto fotovoltaica y en paneles ya deteriorados. «Hemos metido corriente de cortocircuito y casi doble corriente de cortocircuito y no se han deteriorado más», aclara Hernández Callejo, que subraya que la electroluminiscencia «es un buen complemento a la termografía en el mantenimiento de las plantas». Una combinación de ambas permite detectar todos los defectos en los módulos. Un panel enfermo penaliza el funcionamiento de la planta y dejar su rendimiento por debajo del 70% y si está muy deteriorado, el rendimiento sería rídiculo, del 20%.

La termografía permite ver los «puntos calientes» , puntualiza Hernández, «hay otros fallos que tienen que ver con la composición física de la célula o cómo se han hecho los contactos de resistencia entre las células del panel, que puede ser un posible origen del fallo que esto sí lo muestra la electroluminiscencia», agrega el experto. La comprobación de las dos imágenes permite marcar el grado de severidad en el que se encuentra el panel. La investigación pone encima de la mesa la incorporación de una técnica innovadora para los trabajos de inspección de las plantas que es la electroluminiscencia y para llevarla a cabo es necesario rediseñar las plantas fotovoltaicas del futuro, de tal manera que estén preparadas con un sistema bidireccional de entrada y salida de electricidad que permita cortar momentáneamente la producción para hacer las mediciones y volver a enchufarse a la red para producir.

En una fase más avanzada del proyecto, uno de los socios va a crear un inversor para plantas fotovoltaicas con el objetivo de demostrar la viabilidad de la bidireccionalidad de la electricidad para realizar la inspección con electroluminiscencia. Además, en esta fase se probarán métodos con el fin de reducir los tiempos de inspección y para ello se montarán sensores en drones para poder realizar inspecciones masivas en plantas de gran tamaño y hacerlo de la manera menos invasiva.

La fase final del proyecto permitirá incorporar técnicas de inteligencia y visión artificial, de tal manera que una vez que se tienen las imágenes de los paneles se pueda ofrecer una información a los mantenedores con la que puedan tomar decisiones y realizar modificaciones en el momento. De este trabajo se encargará una empresa especializada en visión artificial que forma parte del proyecto. El objetivo final de todo el proyecto es conseguir un nuevo sistema que pueda utilizarse en distintos tipos de instalaciones y que sea comercializable y exportable.

La iniciativa está financiada por el Ministerio de Economía y Competividad con un presupuesto de 1,1 millones de euros y además de participar la Universidad de Valladolid también están la Universidad Pública de Navarra, la Fundación Circe, Iberdrola, Naturgy y las empresa navarra Visión, especializada en visión artificial y las empresas Pariber y Maetel, especializadas en instrumentación y mantenimiento de plantas, respectivamente.

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