Bảo trì nhà máy điện mặt trời bằng công nghệ kiểm tra UAV nhiệt

Theo dõi KTMT trên

Tính đặc thù của sản xuất điện mặt trời:

Là một dạng năng lượng sạch, sản xuất điện ĐMT dựa vào một số thành phần chính, bao gồm mô-đun quang điện (PV), thiết bị điện cao áp, bộ biến tần, dây cáp điện và tủ dòng DC-AC... Để đảm bảo quá trình phát điện diễn ra suôn sẻ, thiết bị cần được bảo dưỡng định kỳ, đúng cách. Kiểm tra thiết bị là một phần quan trọng của quy trình này.

Có ba dạng sự cố phổ biến trong sản xuất ĐMT: Sự cố chuỗi mô-đun PV; sự cố mô-đun PV đơn và sự cố mạch diode; và các bất thường do các yếu tố môi trường gây ra (chẳng hạn như bóng râm, ô nhiễm sinh học...). Một vài sự cố, chẳng hạn như bất thường chuỗi PV và sự cố do các yếu tố môi trường gây ra, có thể được phát hiện dựa trên lượng điện năng được tạo ra tăng hay giảm hiển thị trên hệ thống giám sát hoặc bằng mắt thường. Nhưng một số sự cố như sự cố mô-đun PV đơn hoặc sự cố mạch đi-ốt, không thể phát hiện thông qua các phương tiện như vậy. Trong cả hai trường hợp, hình ảnh nhiệt là một công cụ lý tưởng, vì các sự cố được xác định chính xác, giúp cho việc sửa chữa sau đó đạt hiệu quả, hạn chế tối đa ngừng máy.

UAV tà thuật ngữ tiếng Anh, viết tắt của cụm từ Unmanned aerial vehicle có thể hiểu là phương tiện bay không người lái hay máy bay không người lái (drone). Hiểu đơn giản hơn UAV là thiết bị bay không có phi công trên buồng lái. Nó là bộ phận cấu thành của một hệ thống máy bay không người lái (UAS hay Unmanned Aircraft System), hệ thống bao gồm một máy bay không người lái, một kiểm soát viên mặt đất, và một hệ thống liên lạc giữa UAV và kiểm soát viên. Các chuyến bay của UAV có thể vận hành với nhiều mức độ tự chủ khác nhau: Hoặc dưới sự điều khiển từ xa bởi một một người vận hành, hoặc tự động bởi máy tính dựa vào một hệ thống tự động.

Mặc dầu khởi đầu chủ yếu từ trong những ứng dụng quân sự, việc sử dụng UAV được mở rộng nhanh chóng tới thương mại, khoa học, giải trí, nông nghiệp và các ứng dụng khác, như giám sát và bảo vệ, giao hàng, chụp ảnh trên không, kiểm tra cơ sở hạ tầng, và đua UAV. Ứng dụng UAV cho bảo trì nhà máy ĐMT cũng nằm trong số các ứng dụng này.

Bảo trì nhà máy ĐMT bằng công nghệ kiểm tra UAV nhiệt:

1. Hình ảnh nhiệt:

Hình ảnh nhiệt hoạt động bằng cách chuyển bức xạ hồng ngoại phát hiện từ một vật thể thành tín hiệu điện tử, sau đó được xử lý thành hình ảnh. Nó có thể giúp xác định vị trí sự cố bất thường trong nhà máy ĐMT vì các điểm bất thường trên mô-đun PV cho thấy sự khác biệt về nhiệt độ. Các công cụ chụp ảnh nhiệt cầm tay thường được sử dụng để kiểm tra, tuy nhiên, thiết bị này còn tồn tại một vài nhược điểm cố hữu:

Thứ nhất: Việc kiểm tra diện tích nhà máy điện lớn bằng công cụ cầm tay rất mất thời gian. Một số khu vực cũng có thể bị bỏ sót trong quá trình kiểm tra nên thiết bị này cầm tay phù hợp hơn ở các khu vực nhỏ.

Thứ hai: Là về an toàn, lý do nhiều nhà máy ĐMT không được lắp đặt trên mặt đất mà đặt trên mái nhà hoặc trên mặt nước. Để chụp ảnh rõ nét khi sử dụng các công cụ chụp ảnh nhiệt, cần phải giữ máy ảnh cách xa thiết bị một khoảng nhất định trong quá trình kiểm tra và khi chụp ảnh. Do không gian thao tác hạn chế trên mái nhà và mặt nước, việc kiểm tra bằng các công cụ cầm tay làm tăng rủi ro về an toàn.

Với những hạn chế như vậy, việc kết hợp máy bay không người lái (UAV) với ảnh nhiệt sẽ cung cấp một giải pháp thay thế hiệu quả hơn và an toàn hơn cho việc kiểm tra. Nhân viên bảo trì có thể kiểm tra nhiều mô-đun PV hơn trong cùng một khoảng thời gian và xác định vị trí bất thường một cách chính xác mà không làm tăng nguy cơ an toàn.

2. UAV chụp ảnh nhiệt:

UAV đa trục được thảo luận ở đây là một thiết kế camera kép tùy chỉnh, có thể chụp ảnh nhiệt và ảnh ánh sáng nhìn thấy. Nó có thể bay trong điều kiện gió 15 mét/giây, với tầm hoạt động tối đa 8 km và thời gian bay 40 phút cho mỗi lần kiểm tra.

Dựa trên các đường bay được định cấu hình sẵn, UAV có thể hoàn thành việc kiểm tra 1 MW mô-đun năng lượng mặt trời trong khoảng một giờ (thời gian thực tế thay đổi tùy theo các thông số cài đặt khác nhau). Hình ảnh không chỉ có thể được xem trên bộ điều khiển trong thời gian thực thông qua kết nối Wi-Fi tích hợp của UAV mà còn có thể được lưu trữ đồng thời trong bộ nhớ máy ảnh, cho phép xử lý thêm thông qua phần mềm chuyên nghiệp cho mục đích tổng hợp báo cáo.

3. Sự cố bất thường và thông tin chi tiết bên trong nhờ UAV tầm nhiệt:

Dưới đây, chúng ta sẽ trao đổi về một số trường hợp cho thấy ba dạng sự cố bất thường được nhìn thấy từ một UAV tầm nhiệt, bao gồm sự cố chuỗi mô-đun PV, sự cố mô-đun PV/diode và sự cố do các yếu tố môi trường gây ra.

Sự bất thường của chuỗi mô-đun PV:

Chuỗi bất thường của mô-đun PV là mối đe dọa lớn nhất đối với việc phát điện. Tùy thuộc vào quy mô của nhà máy ĐMT, hàng ngàn mô-đun có thể gặp phải sự cố này, gây tổn thất đáng kể cho nhà máy. Do đó, sự bất thường của chuỗi mô-đun PV đáng được quan tâm đặc biệt.

Thông thường, chuỗi mô-đun PV không được duy trì hàng ngày, hàng tuần hoặc hàng tháng nên rất khó để phát hiện ra sự cố. Mặc dù sự bất thường có thể được đánh giá bằng cách nhìn vào lượng điện năng tăng hoặc giảm được hiển thị trên hệ thống giám sát, nhưng không hiệu quả khi sự bất thường xảy ra ngay lúc bắt đầu khi ĐMT vận hành, vì sẽ không có số liệu khác biệt để so sánh. Do đó, đề xuất sử dụng hình ảnh nhiệt để xác định vị trí sự cố bất cứ khi nào xuất hiện bất thường về sản xuất điện từ hệ thống giám sát, thay vì đợi hoàn thành việc kiểm tra định kỳ. Điều này có thể giúp ngăn ngừa những tổn thất điện năng kịp thời, và mang lại lợi ích cho nhà máy.

Hình 4 và 5 là hình ảnh nhiệt cho thấy hai dạng sự cố chuỗi mô-đun PV. Chúng hiển thị sự bất thường một chuỗi và sự bất thường nhiều chuỗi tương ứng. Bởi vì sự bất thường của mạch trong chuỗi đơn hoặc chuỗi quy mô nhỏ không ảnh hưởng đáng kể đến việc phát điện, nhưng nếu không phát hiện và để lâu sẽ ảnh hưởng đến toàn hệ thống. Ngoài ra, loại dị thường này gần như không thể phát hiện được bằng mắt thường, hay phát hiện bằng các công cụ chụp ảnh nhiệt cầm tay. Nên việc chụp ảnh nhiệt trên không bằng UAV được xem là khả thi, nhanh chóng và chính xác.

Sự cố bất thường mô-đun PV đơn hoặc sự cố mạch Diode:

Hình 6 và 7 là hình ảnh nhiệt cho thấy một dị thường mô-đun PV đơn và dị thường diode. Những sự cố kiểu này không thể phát hiện bằng mắt thường dưới ánh sáng tự nhiên cũng như không được phát hiện thông qua một hệ thống giám sát. Chúng chỉ có thể được phát hiện bằng ảnh nhiệt, bằng các công cụ ảnh nhiệt cầm tay hoặc UAV nhiệt. Một lần nữa, UAV tầm nhiệt chứng tỏ hiệu quả hơn trong các trường hợp tầm soát các dạng sự cố nói trên.

Sự cố bất thường do các yếu tố môi trường:

Một số yếu tố môi trường góp phần làm mất khả năng sinh điện, bao gồm ô nhiễm sinh học và bóng cây hoặc tòa nhà, như được thể hiện trong hình 8 và 9. Mặc dù những loại sự cố bất thường này có thể được phát hiện bằng mắt thường trong quá trình kiểm tra định kỳ, nhưng hình ảnh nhiệt lại có hiệu quả phát hiện cao hơn. Sau khi phát hiện sự cố, người vận hành có thể tham khảo các số liệu phát điện như được hiển thị trên hệ thống giám sát để xác định thêm loại kế hoạch làm sạch mô-đun hoặc kế hoạch loại bỏ thực vật cần thiết. Sự bất thường do các yếu tố môi trường gây ra không đe dọa ngay lập tức đến chức năng của thiết bị nhưng nếu không được xử lý hoặc làm sạch, có thể có thêm các điểm nóng trên pin PV, và lâu dài sẽ ảnh hưởng đến việc phát điện.

4. Ưu và nhược điểm bảo trì NMĐ mặt trời bằng công nghệ kiểm tra UAV nhiệt:

Theo kinh nghiệm của ngành điện mặt trời, các UAV nhiệt có thể giúp các nhà vận hành bảo trì nhà máy ĐMT tiết kiệm ít nhất một nửa thời gian cần thiết so với kiểm tra bằng thủ công. Các mô-đun camera kép trên UAV không chỉ có thể chụp ảnh nhiệt mà còn chụp ảnh ánh sáng nhìn thấy được. Điều này có thể hỗ trợ các nhân viên kiểm tra khi phân tích các hình ảnh, vì các khuyết tật hoặc sự cố bất thường được hiển thị trên cả hai hình ảnh có thể xác nhận các vấn đề, giúp xác định nguyên nhân một cách chính xác.

Một tính năng ưu việt khác của UAV tầm nhiệt là nó có thể tiến hành kiểm tra toàn diện và sàng lọc khu vực rộng. Kết quả sàng lọc sau đó có thể được chỉnh sửa hậu kỳ bằng phần mềm chuyên nghiệp để tạo ra hình ảnh hoàn chỉnh của toàn bộ nhà máy điện mặt trời (Hình 10) ở thang xám và ở chế độ nhiệt. Nên so sánh giữa hình ảnh nhiệt và thang màu xám vì đôi khi điểm bất thường nhìn thấy trên hình ảnh nhiệt không nhất thiết là điểm bất thường thực sự mà là ảo. Hình ảnh thang xám cung cấp một cách để kiểm tra kỹ để tránh đọc sai kết quả.

Cuối cùng, các đường bay được cấu hình sẵn cho phép UAV tầm nhiệt kiểm tra chính xác các khu vực giống nhau mọi lúc, giảm sai sót của con người trong quá trình kiểm tra. Dữ liệu chất lượng và tiêu chuẩn hóa đặc biệt quan trọng nếu người vận hành muốn phát triển cơ sở dữ liệu cho các chương trình học máy trong tương lai.

Các thách thức vẫn hiện hữu bởi mọi cái đang phát triển nên không hoàn hảo như mong muốn. Đối với việc kiểm tra trang trại năng lượng mặt trời bằng các UAV nhiệt cũng không có ngoại lệ. Như nhiệt độ môi trường xung quanh, góc ánh sáng mặt trời và các thông số bay của UAV… có thể làm giảm hiệu quả kiểm tra hoặc đánh giá kết quả tác động. Nhưng nhìn chung đến nay, hình ảnh nhiệt thông qua UAV là một công cụ bảo trì tuyệt vời cho các trang trại năng lượng mặt trời vì nó có thể xác định vị trí bất thường với độ chính xác, tiết kiệm hơn một nửa thời gian kiểm tra so với thực hiện thủ công, đảm bảo an ninh cho nhân viên kiểm tra và cung cấp dữ liệu hữu ích cho các ứng dụng thông minh trong tương lai./.

KHẮC NAM - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM (THEO: PMC - 7/2022)