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Drohnen-Technologie und die Solarenergie-Revolution

Wie Inspektionen mit Drohnen die Effizienz moderner Solarkraftwerke steigern

By DJI Enterprise DJI Enterprise
Juni 1, 2021

Während die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen langsam abnimmt, steht die Sonnenenergie im Mittelpunkt beim Übergang zu sauberer Energie. In den letzten 10 Jahren hat sich die weltweit installierte Solarenergiekapazität um erstaunliche 1.454% erhöht - von nur 40 Gigawatt (GW) im Jahr 2010 auf geschätzte 583,5 GW im Jahr 2020. Bis 2024 soll dieser Wert weltweit auf über 1.400 GW steigen.

Drone Flying Over Solar Plant

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wachsen auch Größe und Kapazität von Solaranlagen exponentiell. Die Skalierung von Solarenergie bringt jedoch neue Herausforderungen mit sich. Um die Leistung von Solaranlagen aufrechtzuerhalten und sie mit maximaler Effizienz laufen zu lassen, müssen die Betreiber regelmäßige Inspektionen an Solarmodulen durchführen und auf Beschädigungen oder Verschmutzung prüfen, was die Effizienz und damit die Rentabilität der Anlage verringern könnte. 

Während dies traditionell manuell durchgeführt wurde, bedeutet die ständig wachsende Größe moderner Solaranlagen, dass diese Lösung finanziell nicht mehr tragfähig ist. Selbst für kleinere Standorte müssen Solarunternehmen viele tausend Solarmodule installieren, die über große Flächen verteilt sind. Dies ist eine enorme und nicht zuletzt kostspielige Herausforderung.

Drone Solar Inspection Pilots

Nehmen Sie z. B. Drone Visual, das in Brasilien ansässige Technologieunternehmen, das an drei Standorten auf einer Gesamtfläche von 10 km2 mit rund 900.000 einzelnen Solarmodulen neue Solarmodul-Drohnen eingeführt hat. Für einen Bereich dieser Größe erwiesen sich manuelle Inspektionen als zu kostspielig und ungenau. Bei der Durchführung von Inspektionen von Solarmodulen mit Drohnen kann ein Team von zwei Mitarbeitern nun alle Solarmodul in nur 13 Tagen inspizieren. Dabei werden beschädigte oder verschmutzte Module schnell identifiziert und der Betrieb und die Instandhaltung sind wesentlich rentabler, da die Anlage unter maximaler Auslastung arbeiten kann.

So maximieren Sie die Auslastung Ihrer Solaranlage

Gewisse Probleme können sich auf die Effizienz und Leistung von Solarmodulen auswirken, einschließlich Schmutz, defekte Dioden oder Zellen und größere Beschädigung des gesamten Panels. Verschmutzung ist eine der häufigsten Herausforderungen für die meisten Solaranlagen. Die Solar Energy Power Association stellte fest, dass schmutzige Solarmodule bis zu 20 % ihres Energiepotentials verlieren können, während das National Renewable Energy Laboratory diese Zahl mit 25 % sogar noch höher bewertet. Neuere Untersuchungen haben gezeigt, dass ein verschmutztes Solarpanel im Vergleich zu einem sauberen Solarmodul bis zu 50 % seines Wirkungsgrads verlieren kann. Solche enormen Verluste wirken sich erheblich auf die Effizienz einer Solaranlage aus, führen zu Gewinneinbußen und machen moderne Solarparks deutlich weniger rentabel als sie sein könnten.

Dabei macht die Größe moderner Solarparks die Inspektionen von Solarmodulen äußerst schwierig. Bisher ging ein Heer von Arbeitern, die mit handgeführten Inspektionsinstrumenten ausgestattet waren, zu Fuß durch die gesamte Solaranlage und überprüfte die Leistung jeder Zelle einzeln auf Defekte. Aufgrund der Größe der Anlagen führen manuelle Inspektionen häufig dazu, dass nur ein geringer Prozentsatz der Solarmodule routinemäßig überprüft werden kann. Stattdessen werden Inspektionen häufig durch vereinzelte Proben und Extrapolation durchgeführt. In einigen Fällen werden nur ca. 2-3 % einer Anlage bewertet und analysiert, was zu sehr ungenauen Berichten führt. Selbst wenn nur Proben entnommen werden, sind manuelle Inspektionen äußerst zeitaufwändig und erfordern immense Arbeitskräfte, die mit erheblichen Kosten verbunden sind, was wiederum zu Gewinneinbußen führt und die Wirksamkeit moderner Großanlagen einschränkt.

Air to Air Drone Over Solar Panels

Um diese Herausforderung zu bewältigen, verwendet Drone Visual die DJI-Drohne Matrice 210 RTK V2 (M210 RTK V2) mit einer montierten Zenmuse XT2 Wärmebildkamera. Auf diese Weise können Betreiber kostengünstig sowohl visuelle als auch thermische Inspektionen all ihrer Solarmodule durchführen, um den Betrieb der gesamten Anlage auf höchstem Wirkungsgrad zu halten und die Rendite zu maximieren.

Die Drohnenlösung für Solar-Inspektionen

Während einer Drohnen-Solarinspektion wird eine M210 manuell in einer Höhe von 50 m horizontal von West nach Ost geflogen. Mit einem Inspektionssichtfeld, das groß genug ist, damit die XT2 zwei Solarmodulreihen gleichzeitig erfassen kann, nimmt der Pilot systematisch Wärme- und visuelle Bilder des gesamten Standorts auf.

Drone Visual Thermal Comparison

Nachdem die Bilder aufgenommen wurden, wertet Drone Visual die Bilder für die Nachbearbeitung und Berichterstellung mithilfe von FLIR-Software aus. Die Berichte bieten einen einfachen Überblick über die Temperatur jedes Panels, sodass man defekte Einheiten schnell identifizieren, reparieren oder reinigen kann.

Drone Solar Inspection Report Sample

RGB-Bilder bieten eine einfache und effiziente Möglichkeit, nicht-elektrische Probleme wie Verschmutzung, Schattierung oder Tiernistung zu identifizieren. Die Wärmebildtechnik arbeitet zusammen mit RGB-Bildern, um Hotspots auf Sonnenkollektoren zu identifizieren, die sowohl auf elektrische als auch auf nicht-elektrische Probleme hinweisen können.

Der Zweck eines Panels besteht darin, Sonnenenergie zu absorbieren. Wenn die Wärmebildkamera zu hohe Wärmewerte aufnimmt, dann ist dies ein Hinweis darauf, dass das Panel nicht voll ausgelastet ist und ein Problem wie eine defekte Zelle oder Bypass-Diode, Schmutz oder Staub oder eine andere Beschädigung des Panels vorliegt. Dies bedeutet, dass man aus der Ferne nicht nur erkennen kann, dass ein Problem vorliegt, sondern vor allem, was das Problem ist. Dies steigert die Effizienz und Geschwindigkeit aller erforderlichen Maßnahmen erheblich. 

Solar Panel is Broken

Bypass diode is defective

Solar Cell Malfunction

Solar Panels are Dirty

Drohneninspektionen im Vergleich zu manuellen Inspektionen für Solarmodule

Vor dem Einsatz von Drohnen wurden die Inspektionen an den drei Standorten manuell durchgeführt, indem einzelne Panels mit Handgeräten überprüft wurden. Angesichts der Größe der Solarstandorte konnten manuelle Inspektionen jedoch nur durch einzelne Proben durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass nur 2-3 % der Module während einer Inspektion analysiert wurden und die extrapolierten Ergebnisse verständlicherweise sehr ungenau waren. Möglicherweise wurden Hunderte, wenn nicht Tausende von Mängeln nicht behoben. 

Im Gegensatz dazu wird bei einer Drohnen-Solarinspektion jedes Modul analysiert und die daraus resultierenden Berichte werden deutlich genauer und damit auch wertvoller für die Datenanalyse. Mit einer Drohne konnten nur zwei Mitarbeiter innerhalb von 13 Tagen das gesamte 10 km2 große Gebiet inspizieren und 6.000 Anomalien in den drei Solaranlagen feststellen.

Drone Solar Inspection Remote Controller

Gleichzeitig sind die für manuelle Inspektionen verwendeten Instrumente häufig sehr komplex, was zu Berichten führt, die schwer zu lesen und zu bearbeiten waren. Im Vergleich dazu haben die aus den Wärmebildern zusammengestellten Berichte die Analyse erheblich vereinfacht, sodass man Probleme schnell identifizieren und auch schnell Korrekturmaßnahmen ergreifen kann.

Es gibt auch Vorteile bei der Betriebssicherheit. Durch den Betrieb aus der Ferne reduzieren Drohnen die Notwendigkeit für Arbeiter, in gefährlichen Hochspannungsumgebungen zu arbeiten. Darüber hinaus bedeutet der Einsatz von Drohnen auch, dass Inspektionen nicht durch Geländebeschränkungen behindert werden, was den Bau und die Lage von Solaranlagen weitaus vielseitiger macht. 

Drohnen sind das ideale Werkzeug für die Inspektion von Solarmodulen

Abgesehen von Solaranlagen werden Drohnen bereits in anderen Branchen in einer Vielzahl ähnlicher Inspektionsszenarien eingesetzt. Während Drone Visual die M210 RTK V2 Drohne von DJI verwendet hat, die mit einer XT2 Wärmebildkamera ausgestattet ist, wurde generell auch die neuere M300 mit H20T Kamera schnell in vielen Branchen aufgenommen. Die M300 RTK ist das kommerzielle Flaggschiff von DJI und wurde dank ihrer zahlreichen Funktionen und Fähigkeiten bereits als „Traumwerkzeug für Inspektoren“ bezeichnet. Mit einer maximalen Nutzlast von 2,7 kg hat die M300 eine der höchsten Zuladungswerte aller DJI-Fluggeräte und kann Flugzeiten von bis zu 55 Minuten (ohne Nutzlast) erreichen.

Während die M300 wie die M210 mit der XT2 ausgestattet werden kann, ist das eigentliche Highlight der M300 die H20 Kameraserie, die speziell für diese Drohne entwickelt wurde. Die H20T ist die erste Hybrid-Sensorlösung von DJI und eine leistungsstarke integrierte Nutzlast, mit der man alles aus der Nähe oder aus der Ferne sowie in Echtfarbe als auch mit Wärmebildern erfassen kann. Und im Gegensatz zur XT2 verfügt die H20 auch über Zoom- und Weitwinkelfunktionen, wodurch die Inspektion von Solarmodulen erheblich schneller und einfacher wird.Drone Solar Inspection Pilots and Truck

Zusammenfassung

Mit dem weltweit steigenden Bedarf an sauberer Energie nimmt auch die Größe von Solarparks exponentiell zu. Zunehmende Größen bringen jedoch eine Vielzahl von Herausforderungen mit sich, die allerdings bestens von der Drohnen-Technologie bewältigt werden. Mit Drohnen-Solarinspektionen ermöglichte Drone Visual den Betreibern, alle Panels an allen drei Solarstandorten in nur 13 Tagen zu inspizieren, was manuell so nicht möglich gewesen wäre. Dabei wurde eine erhebliche Anzahl an Problemen identifiziert, die ansonsten die Rentabilität der Anlagen beeinträchtigt hätten. Durch die Möglichkeit für Betreiber, Panels viel umfassender und zu einem Bruchteil der Kosten zu überwachen und zu warten, wird die Drohnen-Technologie zu einem grundlegenden Instrument für die Eigentümer größerer, modernerer Solaranlagen, die mehr Menschen mit mehr sauberer Energie versorgen können.

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Tags: Strom, Energie

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