Solkraft blir stadig vanligere. Men hvordan vet vi at solcellepaneler fungerer som de skal? NMBU-stipendiat Marija Vukovic utvikler en ny og effektiv metode for å finne skader på solcellepaneler ved hjelp av PL-fotografering, uten å stoppe strømproduksjonen.
– 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 Marija Vukovic.
Bildene hun snakker om, kalles PL-bilder, forkortet fra photoluminescence. 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.
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 termiske bilder eller elektroluminescense-bilder (EL-bilder) for å finne skader, men de 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.
I sitt doktorgradsarbeid har Marija Vukovic jobbet 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 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
– Alle solcellepanel må være koblet til en vekselretter, også kjent som en inverter. 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 på 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.
Metoden er så langt testet ut på bakken på NMBUs teststed på Søråsjordet i Ås. Vukovic har også lykkes med å teste metoden i overskyet vær.
– Det at man ikke er avhengig av å vente på skyfri himmel for å samle inn bildematerialet, er utrolig praktisk, sier Vukovic.
I arbeidet med doktorgraden har de også laget en ny metode for å behandle bildene på en mer effektiv måte, som gjør hele avbildningsmetoden mer attraktiv og lettere å bruke.
Doktorgraden til Marija Vukovic er finansiert av forskningssenteret FME SUSOLTECH, som samler bedrifter og forskningsmiljøer innen solkraftfeltet i Norge.
Marija Vukovic forsvarer sin doktorgradsoppgave "Mot monitorering av fotovoltaiske kraftverk med fotoluminescensavbildning" fredag 13. oktober 2023. Se disuptasoppslaget her.