به گزارش مدیاتی:بررسی سلامت پنلهای خورشیدی معمولاً به تجهیزات تخصصی و روشهای نسبتاً پرهزینه نیاز دارد؛ اما پژوهشگران اکنون روشی کمهزینهتر را برای شناسایی مشکلات این پنلها پیشنهاد کردهاند. در این روش، دوربینهای ارزانقیمت میتوانند با ثبت و تحلیل تصاویر، نشانههای خرابی و افت عملکرد پنلهای خورشیدی را شناسایی کنند؛ رویکردی که میتواند فرآیند پایش و نگهداری مزارع خورشیدی را سادهتر و کمهزینهتر کند.
دوربینهای ارزانقیمت به ابزار جدید دانشمندان برای تشخیص سلامت پنلهای خورشیدی تبدیل شدند
دانشمندان به روش تازهای برای ارزیابی عملکرد و شناسایی نقص در سلولهای خورشیدی دست یافتهاند که میتواند هزینه بررسی پنلهای فتوولتائیک را به شکل چشمگیری کاهش دهد. پژوهشگران نشان دادهاند که با ایجاد تغییرات نسبتاً ساده در دوربینهای دیجیتال معمولی و استفاده از یک روش کالیبراسیون دقیق، میتوان از این دوربینها برای ثبت و تحلیل تابش بسیار ضعیف مادونقرمز منتشرشده از سلولهای خورشیدی استفاده کرد.
تا پیش از این، تصویربرداری دقیق از این تابش و تبدیل آن به دادههای قابلاستفاده برای ارزیابی عملکرد سلولها، معمولاً به تجهیزات تخصصی و گرانقیمت نیاز داشت. چنین تجهیزاتی بهخصوص در آزمایشگاههای تحقیقاتی و فرایندهای کنترل کیفیت صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند و هزینه بالای آنها میتواند استفاده گسترده از روشهای تصویربرداری پیشرفته را محدود کند.
روش جدید با انتقال بخش مهمی از پیچیدگی فرایند از سختافزار گرانقیمت به کالیبراسیون نرمافزاری و پردازش داده، مسیر متفاوتی را دنبال میکند. نکته مهم این است که پژوهشگران روش خود را روی مجموعهای متنوع از پنلها آزمایش کردهاند؛ از ماژولهای خورشیدی قدیمی مربوط به سال ۱۹۷۸ گرفته تا نمونههای مدرن صنعتی.
پنل خورشیدی هنگام عبور جریان، نور مادونقرمز منتشر میکند
پایه این روش به پدیدهای در سلولهای خورشیدی مربوط میشود که میتوان از آن برای بررسی وضعیت سلول استفاده کرد. هنگامی که جریان الکتریکی از یک سلول خورشیدی عبور میکند، سلول میتواند تابش بسیار ضعیفی در محدوده مادونقرمز منتشر کند.
شدت این تابش در بخشهای مختلف سلول یکسان نیست و همین تفاوت میتواند اطلاعات ارزشمندی درباره وضعیت الکتریکی و عملکرد قسمتهای مختلف پنل ارائه دهد. در نتیجه، تصویربرداری از این تابش میتواند به پژوهشگران کمک کند نقاط دارای مشکل، نواحی غیرعادی یا تفاوتهای عملکردی میان سلولها را شناسایی کنند.
این تکنیک بهخصوص زمانی اهمیت پیدا میکند که هدف، صرفاً مشاهده ظاهری پنل نباشد و پژوهشگر بخواهد از روی تصویر، اطلاعات کمی درباره عملکرد الکتریکی سلول به دست آورد.
مشکل اصلی دوربینهای معمولی چیست؟
دوربینهای دیجیتال مصرفی از نظر سختافزاری برای ثبت نور مادونقرمز طراحی نشدهاند. اگرچه حسگرهای تصویری بسیاری از دوربینها میتوانند بخشی از نور مادونقرمز را دریافت کنند، سازندگان دوربین معمولاً برای جلوگیری از تأثیر این تابش بر رنگ و کیفیت تصاویر، یک فیلتر مسدودکننده مادونقرمز در مسیر نور قرار میدهند.
پژوهشگران برای تبدیل یک دوربین معمولی به ابزار تصویربرداری مناسب، این محدودیت را برطرف کردند. در نسخه اصلاحشده دوربین، فیلتر استاندارد مسدودکننده مادونقرمز حذف شد و یک فیلتر عبوردهنده طولموج بلند (Long-pass Filter) مورد استفاده قرار گرفت تا محدوده مناسب تابش برای تصویربرداری انتخاب شود.
به این ترتیب، حسگر دوربین میتواند تابش مادونقرمز بسیار ضعیفی را که از سلولهای خورشیدی منتشر میشود، دریافت کند.
البته حذف فیلتر مادونقرمز بهتنهایی دوربین را به ابزار اندازهگیری علمی تبدیل نمیکند. بخش مهمتر این فرایند، کالیبراسیون دقیق دوربین و مدل ریاضی مورد استفاده برای تفسیر تصاویر است.
هوش اصلی این روش در نرمافزار و کالیبراسیون است
یکی از جذابترین جنبههای این پژوهش، تلاش برای حل یک مشکل قدیمی در استفاده از تجهیزات ارزانقیمت است: دوربینهای مصرفی برای اندازهگیریهای علمی دقیق ساخته نشدهاند.
ممکن است دو نقطه از تصویر شدت روشنایی متفاوتی داشته باشند، اما این تفاوت لزوماً به معنای اختلاف مستقیم و خطی در یک کمیت فیزیکی مشخص نیست. ویژگیهای حسگر، لنز، تنظیمات نوردهی و پاسخ غیرخطی دوربین میتوانند نتیجه را تحت تأثیر قرار دهند.
پژوهشگران برای حل این مشکل، یک مدل کالیبراسیون طراحی کردهاند که ارتباط میان شدت ثبتشده در تصویر و پارامترهای الکتریکی سلول را مشخص میکند.
در نتیجه، دوربین صرفاً یک تصویر مادونقرمز تولید نمیکند؛ بلکه داده تصویری میتواند پس از پردازش به اطلاعات کمی درباره عملکرد سلول تبدیل شود. این موضوع تفاوت مهم میان «عکاسی مادونقرمز» و یک روش تصویربرداری علمی قابلاندازهگیری است.
از پنل ۱۹۷۸ تا ماژولهای خورشیدی مدرن
برای بررسی قابلیت تعمیم این روش، پژوهشگران آن را روی پنلهایی با سن و فناوری متفاوت آزمایش کردند.
در میان نمونههای مورد بررسی، ماژولهای خورشیدی قدیمی مربوط به سال ۱۹۷۸ میلادی نیز وجود داشتند؛ یعنی پنلهایی که فناوری آنها با ماژولهای فتوولتائیک امروزی تفاوت قابلتوجهی دارد.
در سوی دیگر، پنلها و ماژولهای مدرن صنعتی نیز در آزمایشها مورد بررسی قرار گرفتند. آزمایش روی چنین مجموعه متنوعی اهمیت دارد؛ زیرا نشان میدهد هدف پژوهشگران صرفاً توسعه روشی برای یک مدل خاص از سلول خورشیدی نبوده است.
اگر این روش در آزمایشهای بیشتر نیز عملکرد قابلاعتمادی داشته باشد، میتوان از آن برای بررسی طیف گستردهتری از ماژولهای فتوولتائیک استفاده کرد.
مقایسه روش سنتی و روش مبتنی بر دوربین ارزانقیمت
ویژگی روشهای تخصصی آزمایشگاهی روش مبتنی بر دوربین اصلاحشده
هزینه تجهیزات بالا و نیازمند تجهیزات تخصصی بهمراتب پایینتر با استفاده از دوربین دیجیتال مصرفی
حسگر تصویربرداری تجهیزات تخصصی مادونقرمز حسگر دوربین دیجیتال اصلاحشده
پردازش داده سیستمهای اندازهگیری و تصویربرداری تخصصی کالیبراسیون و پردازش نرمافزاری
نوع اطلاعات تصاویر و اندازهگیریهای دقیق الکتریکی/نوری استخراج اطلاعات کمی از تصاویر مادونقرمز
تنوع نمونهها بسته به تجهیزات و روش آزمایش آزمایش روی نمونههای قدیمی و مدرن
کاربرد بالقوه آزمایشگاه و کنترل کیفیت امکان توسعه برای بررسیهای میدانی
چرا ارزانکردن این فناوری اهمیت دارد؟
پنلهای خورشیدی معمولاً برای سالهای طولانی در فضای باز کار میکنند و در این مدت ممکن است عملکرد برخی سلولها کاهش پیدا کند یا بخشهایی از ماژول دچار مشکل شوند.
تشخیص زودهنگام چنین مشکلاتی اهمیت زیادی دارد؛ زیرا یک نقص کوچک در بخشی از پنل میتواند بر عملکرد کل ماژول تأثیر بگذارد. بااینحال، استفاده از تجهیزات تصویربرداری تخصصی برای بررسی تعداد زیادی پنل همیشه از نظر اقتصادی ساده نیست.
اگر بتوان همین فرایند را با دوربینهای نسبتاً ارزان و سامانههای پردازش تصویر انجام داد، هزینه بازرسی میتواند کاهش پیدا کند و دسترسی به روشهای تشخیص پیشرفتهتر افزایش یابد.
تصور کنید تکنسین بهجای انتقال یک پنل به آزمایشگاه، بتواند با یک دوربین اصلاحشده و تجهیزات جانبی ساده، تصویری از وضعیت سلولها تهیه و سپس آن را با نرمافزار کالیبرهشده تحلیل کند. چنین روشی در صورت اثبات دقت و قابلیت اطمینان، میتواند برای نگهداری پیشگیرانه نیروگاههای خورشیدی نیز جذاب باشد.
آیا این دوربینها میتوانند عملکرد پنل را در نور روز هم اندازه بگیرند؟
یکی از چالشهای مهم پیش روی این فناوری، توسعه آن برای شرایط واقعی محیط است.
تصویربرداری از تابش بسیار ضعیف مادونقرمز منتشرشده از سلولها در شرایط کنترلشده آزمایشگاهی یک موضوع است و انجام همین کار در محیط باز و زیر نور روز موضوعی کاملاً متفاوت.
نور محیط میتواند سیگنال موردنظر را تحت تأثیر قرار دهد و تشخیص تابش بسیار ضعیف سلولها را دشوارتر کند. بنابراین، توسعه الگوریتمهای پردازش تصویر، روشهای کالیبراسیون بهتر و تکنیکهای حذف نویز میتواند نقش مهمی در تبدیل این فناوری به یک ابزار میدانی داشته باشد.
قدم بعدی؛ حرکت از آزمایشگاه به نیروگاههای خورشیدی
پژوهشگران قصد دارند این ایده را در مسیر فناوریهای پیشرفتهتر تصویربرداری از سلولهای خورشیدی توسعه دهند. یکی از زمینههای مورد توجه، تصویربرداری فتولومینسانس (Photoluminescence) است؛ روشی که میتواند اطلاعات ارزشمندی درباره کیفیت و وضعیت سلولهای خورشیدی ارائه کند.
اگر این فناوریها با دوربینهای ارزانقیمت و الگوریتمهای دقیق ترکیب شوند، در آینده میتوان ابزارهایی ساخت که بدون نیاز به تجهیزات آزمایشگاهی گرانقیمت، اطلاعات قابلاستفادهای درباره سلامت پنلها ارائه دهند.
البته فاصله میان یک نمونه پژوهشی و محصول تجاری قابلاعتماد همچنان قابلتوجه است. دقت اندازهگیری، شرایط محیطی، تفاوت میان حسگرهای دوربینهای مختلف، نیاز به کالیبراسیون و تأثیر نور محیط از جمله عواملی هستند که باید در آزمایشهای بیشتر بررسی شوند.
بااینحال، ایده اصلی این پژوهش بسیار مهم است: برای بهدستآوردن دادههای علمی ارزشمند از پنلهای خورشیدی، لزوماً به گرانترین دوربینهای تخصصی نیاز نیست. ترکیب یک حسگر ارزانقیمت، تغییرات سختافزاری محدود و مدلهای دقیق کالیبراسیون و پردازش داده میتواند بخشی از قابلیتهای تجهیزات حرفهای را با هزینه بسیار کمتر در اختیار پژوهشگران و تکنسینها قرار دهد.
