Denne artikkelen er produsert og finansiert av NMBU - Norges miljø- og biovitenskapelige universitet - les mer.
Den nye metoden gjør det mulig å påvise de samme feilene man i dag bare ser i laboratoriet, i solcelleanlegget ute i felt.(Illustrasjonsfoto: Shutterstock/NTB)
Ny metode kan avdekke feil på solcellepaneler uten å stoppe strømproduksjonen
Hvordan vet vi at solcellepaneler fungerer som de skal? Forsker Marija Vukovic utvikler en ny og effektiv metode for å finne skader på solcellepaneler.
NMBU -Norges miljø- og biovitenskapelige universitet
Publisert
– Man kan kanskje si at vi utvikler en metode for å ta diagnostikkbilder, slik som MR-bilder, av solcellemoduler. Selv om prinsippet bak MR og våre bilder er forskjellig, er målet det samme: å få innsyn i den indre tilstanden til henholdsvis menneskekroppen og solcellemoduler, sier forsker Marija Vukovic ved NMBU.
Bildene hun snakker om, kalles PL-bilder, forkortet fra «photoluminescence».
Fra laboratoriet til ute i felt
PL-avbildning i seg selv er ikke nytt. Det er en teknikk som er i utstrakt bruk også i solcelleindustrien, men da i all hovedsak inne i laboratorier og fabrikklokaler.
Den nye metoden som nå utvikles ved NMBU, gjør det mulig å påvise de samme feilene man i dag bare ser i laboratoriet, i solcelleanlegget ute i felt.
I tillegg kan metoden gi detaljert kunnskap om solcellepanelene uten at man trenger å stoppe strømproduksjonen. Dette er et viktig fremskritt for å kunne overvåke solcelleanlegg på en effektiv måte uten at det går ut over strømproduksjon og inntekt.
Bildet til venstre viser en modul slik vi ser den. Bildet til høyre er et diagnostikkbilde av en knust modul. Disse skadene klarer vi ikke å se med det blotte øye.(Foto: NMBU)
Kan finne feil raskere og mer effektivt
Solkraft er den raskest voksende energikilden i verden, og ifølge Statkrafts Lavutslippsscenario er det ventet at solkraft vil bli verdens største elektrisitetskilde fra 2035.
For å kunne bruke solkraft som energikilde i virkelig stor skala må et stort antall solceller kombineres og monteres som paneler i enorme anlegg. På så store anlegg er det imidlertid vanskelig å finne moduler som er skadet eller ikke fungerer som de skal.
Vanligvis bruker man såkalte termiske bilder eller elektroluminescense-bilder (EL-bilder) for å finne skader, men begge disse metodene har noen ulemper.
Termiske bilder gir ikke like detaljert informasjon som PL- og EL-bilder, og EL-bilder krever at man sender strøm gjennom modulene man vil fotografere. Da må man stoppe strømproduksjonen for å koble til elektrisk utstyr.
Derfor er det mest vanlig å gjennomføre EL-avbildning om natten. Da slipper man å gripe inn i strømproduksjonen samtidig som man unngår at sollyset påvirker bildekvaliteten negativt.
Med PL-bilder trenger man derimot en belysningskilde, og hvis belysningskilden er sollys, gjøres arbeidet på dagtid.
Men utfordringen med å fotografere solcellemoduler på dagtid har vært at man også her må koble elektrisk utstyr på solcellepanelene for å ta bildene og dermed må stoppe strømproduksjonen.
Marija Vukovic jobber nå med en metode for PL-avbildning som kan løse dette problemet. Fremgangsmåten vil gjøre det enklere å fotografere mange moduler på én gang, helt uten å koble utstyr fysisk til modulene og dermed stoppe strømproduksjonen. Og det er nettopp mangel på fysisk kontakt som er det mest spennende med denne fremgangsmåten, ifølge Vukovic.
– Vår metode vil gjøre det raskere og enklere å overvåke hele moduler og få informasjon om tilstanden til solceller i drift, uten at man må gripe inn og avbryte strømproduksjonen. Målet er å få til PL-avbildning i stor skala på en effektiv måte, sier hun.
Så hvordan fungerer det?
Trenger bare et kamera
Annonse
– Alle solcellepanel må være koblet til en vekselretter, også kjent som en inverter, forteller Vukovic.
Dette er et apparat som omgjør energien fra likestrøm til vekselstrøm.
I større anlegg er solcellepanelene gruppert som såkalte strenger, og hver streng har en felles inverter – en strenginverter.
For å sikre optimal drift, senkes strømmen i solcellemoduler som er koblet til strenginvertere med jevne mellomrom.
– Når strømproduksjonen faller nesten ned mot null, kan kameraet fange opp lyset som sendes ut fra solcellematerialet, slik at eventuelle skader på solcellemodulen blir synlige, forklarer Marija Vukovic.
Med Vukovic sin metode venter man ganske enkelt til et slikt strømfall inntreffer. Man plasserer et kortbølget infrarødt kamera foran solcellemodulene, og under strømfallet tar kameraet en serie bilder.
Kameraet er koblet til en datamaskin som utfører all nødvendig bildebehandling.
Fordi man ikke trenger å koble utstyr på modulene, blir arbeidet også mer effektivt. Når kameraet har fotografert én eller flere strenger samtidig, kan det flyttes og plasseres foran neste streng og vente på strømfallet der.
Kan gjøre solkraft billigere og mer bærekraftig
Metoden er så langt testet ut på bakken på NMBUs teststed på Søråsjordet i Ås. Neste steg er å teste ut fremgangsmåten på et større solcelleanlegg, både fra bakken og med drone og å finne en god måte å sortere det store bildematerialet på.
Doktorgraden til Marija Vukovic er finansiert av forskningssenteret FME SUSOLTECH, som samler de viktigste bedriftene og forskningsmiljøene innen solkraftfeltet i Norge.
Et av senterets viktigste mål er å bidra til å styrke solbransjen og dermed øke både omsetning og sysselsetting i solcellebransjen i Norge.
Annonse
– Marija utvikler en veldig spennende teknologi. Solkraftverk bygges med en forventning om kraftproduksjon i lang tid, ofte opp mot 30 år. Selv om slike kraftverk krever lite drift og vedlikehold, er behovet ikke null, sier Erik Marstein, leder for FME SUSOLTECH
Han forteller videre at i et stort kraftverk med hundretusenvis eller millioner av solcellepaneler vil noen gå i stykker på veien.
– Dersom vi blir enda flinkere til å effektivt stille riktigere diagnoser, vil vi kunne holde kostnadene for drift og vedlikehold på et lavt nivå og samtidig sikre høy kraftproduksjon gjennom kraftverkenes levetid.
Marstein sier vi i beste fall til og med kan forlenge levetiden på enkelte kraftverk, noe som vil gjøre solkraft både billigere og enda mer bærekraftig enn i dag.
Utendørs fotoluminescensavbildning av solcellepanel i felt
Utendørs fotoluminescensavbildning (PL-avbildning) er en ny metode for å finne feil og skader på solcellepaneler i felt.
PL-avbildning kan både gi flere detaljer enn termisk infrarød bildebehandling og være raskere enn elektroluminescensavbildningen (EL-avbildning), som er mest brukt i dag.
Metoden skiller seg fra EL-bilder ved at den bruker solen som belysningskilde i stedet for elektrisitet, og at målingene kan gjøres uten produksjonsstopp i solcelleanlegget.
Alle eksisterende fremgangsmåter for PL-avbildning på dagtid krever at man må avbryte strømproduksjonen for å ta bilder.
