Caracterización de instalaciones fotovoltaicas mediante técnicas de termografía infrarroja

• Autores: Germán Alvarez Tey
• Directores de la Tesis: José Carpio Ibáñez (dir. tes.), Rafael Jiménez Castañeda (dir. tes.)
• Lectura: En la UNED. Universidad Nacional de Educación a Distancia ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Fermín Barrero González (presid.), Rafael Guirado Torres (secret.), Juan Andres Martin Garcia (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnologías Industriales por la Universidad Nacional de Educación a Distancia
• Materias:
  • Física
    • Óptica
      • Radiación infrarroja
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología industrial
      • Ingeniería de mantenimiento
    • Tecnología de la instrumentación
      • Instrumentos de medida de la temperatura
    • Tecnología médica
    • Tecnología energética
      • Fuentes no convencionales de energía
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  e-spacio (pdf)  e-spacio  e-spacio 
• Resumen
  • español

    Esta Tesis Doctoral aborda el tema de la caracterización térmica y eléctrica de instalaciones fotovoltaicas (FV) mediante la aplicación de Termografía Infrarroja (IR). La termografía IR es una técnica no destructiva (NDT) que se utiliza para realizar mantenimiento de forma simple y rápida en instalaciones fotovoltaicas (FV). La imagen IR con cámaras termográficas en condiciones de estado estacionario es un método habitual para el control de calidad de módulos FV y plantas FV en operación. Para una correcta inspección es necesario considerar diferentes aspectos de configuración y posicionamiento del equipo termográfico que permitan reducir errores de medición. Esta Tesis Doctoral considera elementos que contribuyen a la correcta configuración del equipo termográfico. Se analiza la influencia de la temperatura aparente reflejada en inspecciones IR en el exterior y se propone un método simple para obtenerla. Se analiza la importancia de la emisividad en termografía IR. Se determina experimentalmente el valor de la emisividad en módulos FV de diversos tipos tanto de forma frontal como trasera. También se estudia el posicionamiento adecuado del equipo termográfico para minimizar los reflejos procedentes del sol y del cielo. Para ello se estudia la altura ideal de inspección y la altura mínima según la disposición de la instalación FV. Se estudia la influencia de la distancia de inspección para obtener una resolución geométrica adecuada. También se analiza en un caso concreto la influencia del ángulo horizontal de inspección termográfica y la radiación reflejada. La principal aportación que se desarrolla en esta Tesis Doctoral es una propuesta de procedimiento de inspección por Termografía IR de instalaciones FV en el exterior. Este procedimiento tiene por objeto la medida de temperatura con la máxima exactitud posible, para ello considera todas las posibles fuentes de error con objeto de compensarlas y minimizarlas. Esta propuesta de procedimiento pretende ser de aplicación general, de forma sistematizada, para cualquier tipo de instalación en el exterior. La propuesta de procedimiento desarrollada complementa a la reciente especificación técnica IEC TS 62446-3 (2017) considerando aspectos relevantes para la medida de temperatura en sistemas FV en el exterior. Una aportación relevante original de la presente Tesis Doctoral es la extrapolación de resultados debido a la velocidad del viento. Para ello, se ha considerado el método de TamizhMani según modelo de 3 parámetros para representar el comportamiento térmico de los sistemas FV de cualquier tecnología. Este método permite obtener un factor de corrección para aplicar a la temperatura medida por termografía IR considerando 3 parámetros: la temperatura atmosférica, la velocidad del viento y la irradiancia.

  • English

    This Doctoral Thesis deals with the subject of thermal and electrical characterization of photovoltaic (PV) installations through the application of Infrared Thermography (IR). The infrared (IR) thermography is a non-destructive technique (NDT) which is used to carry out maintenance quickly and easily in photovoltaic (PV) systems. IR imaging with thermographic cameras under steady state conditions is a usual method for quality control of PV modules and PV plants in operation. For the proper IR inspection which determines the severity or the importance of the detected findings, it is necessary to consider different aspects of the configuration and the location of the thermographic equipment which allow reducing measuring errors. This Doctoral Thesis considers some elements which contribute to the accurate configuration of the thermographic equipment. The influence of the reflected apparent temperature in outdoor IR inspections is analysed and it is proposed a simple method for obtaining it. Besides, the importance of the emissivity in IR thermography is analysed. For that, the value of the emissivity in PV modules of various types both front and rear shape is determined experimentally. It is also studied the proper location of the thermographic equipment in order to minimize reflections of the sun and the sky. For this objective, it is studied the ideal and minimum height of inspection according to the layout of the PV system. The influence of the inspection distance is studied to obtain an adequate geometric resolution. In a particular case, it is also analysed the influence of the horizontal angle of thermographic inspection and the reflected radiation. The main contribution developed in this Doctoral Thesis is a proposal for an IR Thermography inspection procedure for outdoor PV installations. The purpose of this procedure is to measure the temperature as accurately as possible, for which it considers all possible sources of error in order to compensate and minimize them. This procedure proposal aims to be of general application, in a systematized way, for any type of outdoor PV installation. The proposed procedure complements the recent technical specification IEC TS 62446-3 (2017) considering relevant aspects for the measurement of temperature in outdoor PV systems. An original relevant contribution of this Doctoral Thesis is the extrapolation of results due to wind speed. To do this, the TamizhMani method has been considered according to a 3-parameter model to represent the thermal behavior of PV systems of any technology. This method allows obtaining a correction factor to apply to the temperature measured by IR thermography considering 3 parameters: the atmospheric temperature, the wind speed and the irradiance.