ES2482891A1

ES2482891A1 - Sistema y procedimiento de detección de paneles defectuosos en instalaciones fotovoltaicas mediante termografía

Info

Publication number: ES2482891A1
Application number: ES201330116A
Authority: ES
Inventors: Javier BECERRA ELCINTO; Antonio LÓPEZ MENDIA
Original assignee: BARLOVENTO RECURSOS NATURALES S L; BARLOVENTO RECURSOS NATURALES SL
Current assignee: BARLOVENTO RECURSOS NATURALES S L; BARLOVENTO RECURSOS NATURALES SL
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2014-08-04
Anticipated expiration: 2033-02-01
Also published as: ES2482891B1

Abstract

Sistema (1) de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos (402) en instalaciones fotovoltaicas que comprende una cámara de vídeo (103), una cámara termográfica (102), un dispositivo GPS (104), un lector de código de barras (105) y un ordenador portátil (109), donde: la cámara de vídeo (103) y la cámara termográfica (102) obtienen imágenes (201) de un conjunto de paneles fotovoltaicos (111). La combinación de la cámara termográfica (102), la cámara de vídeo (103), el dispositivo GPS (104) y el ordenador portátil (109) están montados sobre un vehículo de inspección (101) que realiza un recorrido (207) por todo un parque fotovoltaico (114), donde el dispositivo de geolocalización GPS (104) reconstruye el recorrido (207) realizado, posiciona en un plano de la planta las anomalías detectadas y posteriormente digitaliza y envía dicha información a un ordenador portátil (109) en el que se procesan datos.

Description

SISTEMA Y PROCEDIMIENTO DE DETECCION DE PANELES DEFECTUOSOS EN INSTALACIONES FOTOVOL TAICAS MEDIANTE TERMOGRAFIA

OBJETO DE LA INVENCiÓN

La presente invención se refiere a un sistema y un procedimiento que permite el análisis termográfico de los diferentes componentes sensibles de estudio en un campo fotovoltaico, tales como: paneles fotovoltaicos, transformadores, inversores, cajas de cadenas y cajas de conexión, para su correcto funcionamiento mediante la detección de puntos calientes (aquellos cuya temperatura supere en un determinado valor a la temperatura media del objeto a estudiar en buenas condiciones, sin aparentes problemas o defectos).

Se analiza, ordena y clasifica la información recogida, detectando y catalogando los fallos que se produzcan en paneles defectuosos. El dispositivo reduce el tiempo de inspección de una planta solar, automatizando el proceso de análisis, recopilando datos y generando informes al mantener un registro de todos los paneles inspeccionados.

Encuentra aplicación en cualquier sector de la industria en el que se puedan detectar anomalías empleando cámaras termograficas, en especial en el ámbito de la industria energética y de la fotografia termográfica.

PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER Y ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

En el campo de la generación de energia eléctrica mediante paneles solares fotovoltaicos, es habitual encontrarse con que determinadas células fotovoltaicas de dichos paneles empiecen a tener un comportamiento defectuoso y no funcionen correctamente. La primera consecuencia de este mal funcionamiento es que en lugar de transformar la energia solar en energia eléctrica, la disipan en forma de energia térmica, produciéndose un aumento local de la temperatura del panel en diversos puntos (superior a la que corresponderia a un panel que funcionase correctamente) que se denominan "puntos calientes". Actualmente existen diversas técnicas para analizar y detectar paneles fotovoltaicos defectuosos, siendo las más extendidas en cuanto a su aplicación aquellas que se basan en la tecnología de Termografía Infrarroja. En el mercado existen aplicaciones de cámaras termográficas que permiten realizar informes a partir de las fotografías termográficas tomadas. Sin embargo no se conoce ninguna aplicación que realice informes a partir de grabaciones de video termográficas mediante termografía móvil.

Otra consideración a tener en cuenta que difiere del uso de cualquier técnica utilizada hasta el momento se debe a que para evitar desviaciones debidas a ruidos espuriOS en la imagen, durante el procedimiento se ha optado por utilizar la mediana de la temperatura, mucho más robusta frente a la influencia de valores extremos que la media.

La presente invención, gracias a la incorporación de un vehiculo de inspecCión dotado de un equipo capaz de inspeccionar los paneles fotovoltaicos aun cuando el vehiculo se encuentra en movimiento, permite acortar de manera significativa el proceso de inspección en un parque fotovoltaico. Asimismo, gracias a la incorporación de un procedimiento especifico de análisis en movimiento de defectos en paneles fotovoltaicos , que permite el análisis simultáneo de variables de distinta índole que influyen o son indicio de defectos en los paneles fotovoltaicos, la presente invención dota de un mayor grado de automatismo al proceso de inspección de defectos en paneles fotovoltaicos.

Por tanto. la presente invención viene a solucionar dos problemas que no están resueltos en el actual estado de la técnica:

1.-Reducción significativa del tiempo de inspección de un parque fotovoltaico.

2.-Automatización del análisis de los datos recogidos, obteniendo el operario en cada lugar en el que se han detectado paneles defectuosos un informe con todos los datos relevantes relacionados con dicho defecto, el panel defectuoso y la ubicación exacta dentro del parque fotovoltaico.

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

La invención se refiere a un sistema de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos en instalaciones fotovoltaicas que comprende:

•: una cámara de video ,

•: una cámara termográfica, que adquiere imágenes de los paneles fotovoltaicos para detenninar los puntos calientes de temperatura de la instalación fotovoltaica,

•: un dispositivo de geolocalización GPS,

•: un lector de código de barras que registra un número de serie de identificación exclusiva de los paneles detectados como defectuosos ,

•: un ordenador portátil donde se procesa la información de detección de las anomalías de los paneles a partir de puntos calientes captados por la cámara termográfica.

La cámara de vídeo obtiene una imagen en el espectro visible de luz, de la apariencia de un conjunto de paneles fotovoltaicos y la cámara tennográfica obtiene una imagen tennográfica en el espectro infrarrojo de luz, del conjunto de paneles fotovoltaicos captado por la cámara de vídeo.

La combinación de la cámara tennográfica, la cámara de vídeo, el dispositivo GPS y el ordenador portátil están montados sobre un vehículo de inspección que realiza un recorrido por todo un parque fotovoltaico; donde el dispositivo de geolocalización GPS reconstruye el recorrido realizado, posiciona en un plano de la planta las anomalías detectadas y posteriormente digitaliza y envía dicha infonnación al ordenador portátil en el que se procesan datos.

El sistema comprende al menos, una estación meteorológica, fija en un punto del parque, que comprende:

al menos, un anemómetro que mide la velocidad local del viento, Vw, y: un sistema de adquisición de datos, de almacenamiento de al menos la velocidad local de viento que posterionnente es introducido en el ordenador portátil donde quedan registrados junto con los datos de temperatura de cada panel fotovoltaico obtenidos mediante la cámara tennográfica.

La cámara de vídeo y la cámara termográfica toman imágenes con unas determinadas áreas de enfoque y están montadas sobre un soporte que fija una posición relativa entre la cámara tennográfica y la cámara de vídeo, de manera que el área de enfoque de la cámara de video debe contener, al menos, el área de la cámara termográfica.

La frecuencia de captu ra de la cámara termográfica y de la cámara de vídeo se calcula a partir del flujo de imágenes tennográficas recibido y es la misma para ambas cámaras.

La velocidad máxima de desplazamiento del vehículo viene dada por la ecuación siguiente:

. (jJ) . (ah) . (90 ah)

S in ." Sin T SII1 . -T

v inspeccioll <2 (1-P$o/apomielllo )!caPIII/"a dc oJ)Ja/"o

e"I..IU" ......,

apertura angular de la cámara (en el plano vertical), en radianes,

: distancia del centro óptico de la cámara al centro del panel en metros,

fi.

ángulo que forma el eje óptico de la cámara con la inclinación del panel en el plano horizontal, en radianes,

V;II~PUl'i()1I . velocidad de avance (208) del vehículo de inspección, en metros por segundo,

¡ captura

: frecuencia de captura de la cámara termográfica, en imágenes por segundo,

P soh, ,,,,mienlO : porcentaje de solapamiento deseado entre dos imágenes consecutivas, en tanto por uno, para obtener un mínimo solapamiento entre imágenes consecutivas, sin dejar de fotografiar ninguna zona en la que se encuentre un panel fotovoltaico.

El sistema de adquisición de datos comprende, al menos, dos sensores de irradiación para medir el nivel de irradiación solar en el lugar donde están instalados, donde

•: uno de los sensores de irradiación está colocado en posición horizontal para medir el nivel de irradiación solar sobre un plano horizontal en el lugar donde se encuentra ubicado;

•: el otro sensor de irradiación indinado se coloca adosado a los paneles fotovoltaicos de manera que tenga la misma inclinación y orientación que los paneles fotovoltaicos, para medir el nivel de irradiación solar en el lugar donde se encuentra ubicado.

El ordenador portátil está configurado para generar un informe del estado de funcionamiento del panel fotovoltaico a partir de los resultados recibidos.

La presente invención describe asimismo un procedimiento de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos en instalaciones fotovoltaicas empleando el sistema anteriormente descrito, que comprende clasificar las imágenes termográficas según un algoritmo que a su vez comprende:

• establecer unos umbrales de temperatura límite de escala para la cámara termográfica, Tmax y Tmin, los cuales posteriormente se traducen a escala de grises en la imagen termogréfica, y otros tres umbrales de temperatura denominados:

: o temperatura umbral de fondo, Tbckge,

: o temperatura umbral de alarma, Tae,

: o temperatura umbral de defecto, Tfe

siendo Tbckge menor que Tae, y Tae menor que Tfe; de modo que sirven para clasificar los pixeles (203) de la imagen termográfica (202), como pixeles de fondo, píxeles con posible defecto y píxeles con defecto .;

• obtener una matriz imean de valores estimados a partir de los niveles de gris de los píxeles de la imagen termográfica, mediante la aplicación de una función de filtrado de mediana a una matriz de valores rtg, correspondiente dicha matriz rtg a todos y cada uno de los valores de nivel de gris de los píxeles de la imagen termográfica, donde cada valor de la matriz imean se relaciona con cada valor de la matriz itg que ocupa la misma posición relativa, y donde la función de filtrado de mediana calcula la mediana estadistica de los valores de nivel de gris de los píxeles de la vecindad, habiendo desestimado en dicho cálculo los píxeles cuyo nivel de gris quede por debajo del umbral, Ibckge, tomando como tamaño de la vecindad de pixeles un número de pixeles equivalente al tamaño que se estima que tiene un módulo del panel fotovoltaico sobre la imagen termográfica;

• estimar la diferencia de temperatura entre cada valor de la matriz itg y su correspondiente valor de la matriz imean, anotando la diferencia en una nueva matriz denominada idiff;

obtener unas variables denominadas:

•: "Área de fondo·, Abckg, correspondiente al valor resultante de la suma de los píxeles de la imagen termográfica cuyo nivel de gris , expresado en la matriz rtg, quede por debajo del umbral de fondo expresado en nivel de gris, Ibckge;

•: "Área de alarma", Aa , correspondiente al valor resultante de la suma de los píxeles de la imagen termográfica para los cuales la diferencia, expresada en la matriz idiff, entre su nivel de gris y el nivel de gris medio de los píxeles de su entorno quede por encima de un umbral de alarma relativo, I'ae, expresado en nivel de gris, proveniente de expresar en nivel de gris el umbral Tae y referirlo al nivel de gris, Imeanpix, que es la media aritmética de los niveles de gris, Ipx, de los píxeles de la imagen termográfica y que varía con cada nueva imagen termográfica;

•: Área de defecto", Af, correspondiente al valor resultante de la suma de los píxeles de la imagen termográfica para los cuales la diferencia, expresada en la matriz idiff, entre su nivel de gris y el nivel de gris medio de los píxeles de su entorno quede por encima de un umbral de defecto relativo, I'fe, expresado en nivel de gris, proveniente de expresar en nivel de gris el umbral Tfe y referirlo al nivel de gris, Imeanpix, que es

la media aritmética de los niveles de gris, Ipx, de los píxeles de la imagen termográfica y que varia con cada nueva imagen termográfica;

5 Comparar los valores de las variables Área de fondo, Área de Alarma y Área de Defecto con

•

unos umbrales de áreas y de esta forma clasificar las imágenes termográficas en distintos grupos, como:

• Imagen de Fondo; 10 • Imagen de Panel;

•: Imagen de Panel con Posible Defecto, Ippf;

•: Imagen de Panel Defectuoso, Ipf.

La comparación de las variables Área de fondo, Área de Alarma y Área de Defecto con unos umbrales de áreas 15 comprende:

• comparar la variable Área de fondo, Abckg, con una variable denominada "Umbral área de fondo·, Abckge , cuyo valor es definido por el operario encargado de realizar la inspección del parque fotovoltaico, y es típicamente un número igual al 90 % de los pixeles que componen la imagen

20 termográfica,

• si Abckg es mayor que Abckge , se clasifica la totalidad de la imagen termográfica como Imagen de Fondo, y se termina el procedimiento de clasificación de la imagen termográfica;

• comparar, en caso de que la imagen termográfica no se haya clasificado como Imagen de Fondo, la variable Área de defecto, At, con una variable denominada "Área de Detección minima", Amin, cuyo valor es definido por el operario encargado de realizar la inspección del parque fotovoltaico y es tipicamente un número igual al 25 % de los pixeles que componen cada módulo del panel

30 fotovoltaico;

• si Af es mayor que Amin, se clasifica la totalidad de la imagen termográfica como Imagen de Panel Defectuoso, Ipf, y se termina el procedimiento de clasificación de la imagen termográfica;

• comparar, en caso de que la imagen termográfica no se haya clasificado como Imagen de Panel Defectuoso, Ipf, la variable Área de alarma, Aa, con la variable "Área de Detección minima", Amín;

• si Aa es mayor que Amin, se clasifica la totalidad de la imagen termográfica como

40 Imagen de Panel con Posible Defecto, Ippf, y si Aa no es mayor que Amin , se clasifica la totalidad de la imagen termográfica como Imagen de Panel y se termina el procedimiento de clasificación de la imagen termográfica.

45 Los mencionados umbrales de temperatura que se establecen previamente se transforman al inicio de dicho procedimiento a niveles de gris según las siguientes expresiones matemáticas:

lmax -lmin If s = T T· X (TfG -Tmin) + Imin

ma.r mm

lmax -lmin

la s = X (Ta s -1m/n) + Im/n

Tmax Tmin

lma.r -lm fn

lbckgG= T T· X (Tb ckgrl -Tmin) + Imin

m ax mtn

donde efectuando la diferencia entre cada uno de los umbrales Ife y lae, y el nivel de gris, Imeanpix, correspondiente a la media aritmética de los niveles de gris, Ipx, de los pixeles de la imagen termográfica (203),

se obtienen los correspondientes umbrales de niveles de grises relativos, I'fe y I'ae, expresándose lo anterior mediante las siguientes relaciones matemáticas:

• temperatura umbral de defecto relativa a la temperatura media del panel fotovoltaico (111),

1"¡,'= lt' -lm,anptx

• temperatura umbral de alarma relativa a la temperatura media del panel fotovoltaico(111), ¡'a,' = ltUI -ImfRnpt,t

donde

n

19X[ = inrrnsidCldd, gris d, uB9íxe/ i rf., la imagsn rwmográfica n = nútr.hwo de ¡,ixslu d, la imagen tsrmográfka

Una vez clasificadas las imágenes termográficas segun las clases anteriormente mencionadas (Imagen de Fondo, Imagen de Panel, Imagen de Panel con posible defecto, Ippf, e Imagen de Panel defectuoso, Ipf) las imágenes termográficas son agrupadas y archivadas en conjuntos de imágenes para su posterior consulta y análisis.

Este agrupamiento se realiza según un proceso de flujo de imágenes termográficas que toma en consideración si la imagen termográfica ha sido clasificada bien como Imagen de Panel con Posible Defecto, Ippf, o bien como Imagen de Panel Defectuoso, Ipf, y que se realiza del siguiente modo:

•: se inicializan las variables del procedimiento, se verifica si existe alguna nueva imagen termográfica disponible y se clasifica dicha imagen termografica (según las clases ya descritas);

•: cuando se verifica si es Alarma o Defecto, observando si la imagen termográfica está clasificada bien como Imagen de Panel con Posible Defecto, Ippf, o bien como Imagen de Panel Defectuoso, Ipf, entonces se verifica si existe algún conjunto de imágenes previamente abierto, según lo cual:

si no existe un conjunto de imágenes previamente abierto en el que incluir la imagen termográfica que se está procesando, se abre un nuevo conjunto de imágenes y se íncluye como primera imagen termográfica de este conjunto de imágenes la imagen termográfica que se está procesando, y a continuación se verifica nuevamente si existe una nueva imagen termográfica disponible; si ya existe un conjunto de imágenes previamente abierto, se incluye en este conjunto de imágenes la imagen termográfica que se está procesando, y a continuación se verifica nuevamente si existe una nueva imagen termográfica disponible;

•: cuando se obtiene que la imagen termográfica no ha sido clasificada ni como Imagen de Panel con Posible Defecto, Ippf, ni como Imagen de Panel Defectuoso, Ipf, entonces se verifica si existe algún conjunto de imágenes previamente abierto, segun lo cual:

si no existe un conjunto de imágenes previamente abierto en el que incluir la imagen termográfica que se está procesando, se verifica nuevamente si existe una nueva imagen termográfica disponible (es decir, cuando al analizar una imagen termográfica ya clasificada según las clases ya descritas, se observa que no se está ni ante una alarma ni ante un defecto, no se abre un nuevo conjunto de imágenes para archivar dicha imagen); si ya existe un conjunto de imágenes previamente abierto, se incluye en este conjunto de imágenes la imagen termográfica que se está procesando, se cierra y archiva dicho conjunto de imágenes y se verifica nuevamente si existe una nueva imagen termográfica disponible.

Es decir, en el proceso de agrupamiento y archivo de una imagen termográfica que ya ha sido clasificada según las clases descritas, si se observa que no se está ni ante un caso de Alarma (Imagen de Panel con posible defecto, Ippf) ni ante un caso de Defecto (Imagen de panel defectuoso, Ipf), se archiva dicha imagen como última imagen de un conjunto que estuviese ya abierto, y en caso de que no hubiese ningún conjunto abierto, no se abre un conjunto de imágenes nuevo.

A cada imagen termográfica se le adjudica un color distintivo según su clasificación.

Se pone en marcha una alarma sonora cada vez que se detecta un panel fotovoltaico defectuoso y otra alarma sonora adicional si la velocidad de avance del vehículo de inspección supera la velocidad máxima.

BREVE DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS

Para una mejor comprensión de la presente invención, se introducen en esta memoria las figuras que a continuación se enumeran.

La figura 1 representa una vista en perspectiva superior del parque fotovoltaico y del vehiculo de inspección con los distintos dispositivos necesarios para la realización de la presente invención. También se muestra una indicación mediante linea de trazos del recorrido que realiza el vehículo de inspección durante la inspección del parque fotovollaico. La figura 2 muestra una imagen del panel fotovoltaico obtenida por la cámara de video en el espectro visible (a), una imagen termográfica del panel fotovoltaico obtenida por la cámara termográfica en el espectro infrarrojo (b), detalle de un defecto del panel fotovoltaico (c), y la imagen de la parte de atrás de un panel fotovoltaico con su soporte y su código de barras (d). El código de barras puede ir situado tanto en la parte superior como en la inferior de la parte posterior del panel. La figura 3 representa una vista de la geometria de captura de imágenes de la cámara de video y la cámara termográfica desde el vehículo de inspección y el desplazamiento entre dos imágenes consecutivas obtenidas por las cámaras. La figura 4 representa una escala con los diferentes umbrales de temperatura establecidos. La figura 5 representa un esquema del algoritmo de proceso, clasificación y agrupación del flujo de imágenes termográficas, de aruerdo con el proced imiento de la invención. La figura 6 representa el algoritmo de dasificación de las imágenes termográficas.

A continuación se facilita un listado de las referencias empleadas en las figuras:

1.: Sistema propuesto.

2.: Procedimiento propuesto. Referencias de los disoositivos y aparatos:

101.: Vehiculo de inspección.

102.: Cámara termográfica.

103.: Cámara de vídeo.

104.: Dispositivo de geolocalización GPS.

105.: Lector código de barras.

106.: Estación meteorológica.

107.: Soporte.

108.: Anemómetro.

109.: Ordenador portátil.

110.: Sistema de adquisición de datos.

111.: Panel fotovoltaico.

112.: Módulo del panel fotovoltaico.

113.: Código de barras.

114.: Parque fotovoltaico.

115.: Sensor de irrad iación 1.

116.: Sensor de irrad iación 2 .

117.: Sensor de temperatura de módulo. Referencias relacionadas con el procedimiento:

201.: Imagen de video.

202.: Imagen termográfica.

203.: Píxel de la imagen termográfica.

205.: Área de enfoque de las cámaras .

206.: Fondo (estructura de fijación de paneles, cielo, suelo, rend ijas).

207.: Recorrido del vehículo de inspección.

208.: Velocidad de avance del vehículo de inspección.

209.: Solapamiento.

Referencias relacionadas con variables térmicas y ambientales: Tmin, temperatura mínima de escala. Tmax, temperatura máxima de escala. Tpx, temperatura de cada pixel. Tfe, temperatura umbral de defecto. Tae, temperatura umbral de alarma. Tbckge, temperatura umbral de fondo.

Otras referencias:

401.: Defecto.

402.: Panel fotovoltaico defectuoso.

0.101 Iniciación variables .

0.102 Verificación de nueva imagen termográfica disponible.

0.103 Clasificación imagen termográfica.

0.104 Verificación Alarma o Defecto.

0.105 Conjunto abierto.

0.106 Cerrar conjunto.

0.107 Archivar conjunto. 0.10B Conjunto abierto.

0.109 Abrir conjunto.

0.110 Añadir imagen al conjunto actual.

0.201 Establecimiento umbrales.

0.202 Función de filtrado de mediana.

0.203 Estimación diferencia temperatura.

0.204 Obtención áreas .

0.205 Verificación Abckg >Abckge.

0.206 Verificación Af >Amin.

0.207 Verificación Aa >Amin. 0.20B Imagen de Fondo.

0.209 Imagen de Panel.

0.210 Imagen de Panel con Posible Defecto, Ippf.

0.211 Imagen de Panel Defectuoso, Ipf.

DESCRIPCiÓN DETALLADA

La presente invención plantea el estudio termográfico de los diferentes componentes sensibles de estudio en un campo fotovoltaico, tales como: paneles fotovoltaicos (111), transformadores, inversores, cajas de cadenas y cajas de conexión, con el fin de obtener un correcto funcionamiento. Dichos elementos son habitualmente termografiados en las operaciones de mantenimiento de un parque fotovoltaico (114).

Una realización preferente de esta invención y de la que se habla a lo largo de toda la memoria resuelve el problema de la detección de errores en paneles fotovoltaicos (111).

La invención se refiere por lo tanto a un sistema (1) y un procedimiento (2) propuestos que permiten detectar defectos en paneles fotovoltaicos (111) y otros equipos de grandes parques fotovoltaicos (114).

El sistema (1) incorpora diversos dispositivos para la captación de datos (102, 103, 104, 105, 106) relevantes que conciernen al estado de funcionamiento de los paneles fotovoltaicos (111), y el procedimiento (2) adecuado para analizar y tratar dichos datos.

La figura 1 muestra los distintos dispositivos de captación de datos (102, 103, 104, 105, 106), comprendidos en una forma de realización preferente de la presente invención. Según esta forma de realización preferente de la presente invención, dichos dispositivos de captación de datos (102, 103, 104, 105, 106) son: una cámara termográfica (102), una cámara de video (103), un dispositivo de geolocalización GPS (104), un lector de códigos de barras (105) y al menos una estación meteorológica (106).

La cámara de vídeo (103) obtiene una imagen (201) de un conjunto de paneles fotovoltaicos (111) en el espectro visible de luz, imagen que sirve para la correcta identificación de los paneles fotovoltaicos (111), y envía la imagen (201) a un ordenador portátil (109), en la que un operario puede visualizar1a.

La cámara termográfica (102) obtiene una imagen (202) en el espectro infrarrojo de luz, del mismo conjunto de paneles fotovoltaicos (111) captado por la cámara de video (103). En esta imagen termográfica (202) se aprecian en distintas tonalidades, en función de su temperatura, los distintos píxeles (203) del panel fotovoltaico (111). Esta imagen (202) también se envia al ordenador portátil (109), en la que un operario puede visualizarla.

Como se puede apreciar en la figura 1, los dispositivos de captación de datos (102, 103, 104, 105) están montados sobre un vehículo de inspección (101), que realiza un recorrido (207) por un parque fotovoltaico (114), yen el que se incluye el ordenador (109) donde posteriormente se visualizan los resultados. Dicho vehículo de inspección (101) se coloca a una distancia fija, paralelo a los paneles fotovoltaicos (111). Generalmente esta distancia suele ser del orden de unos 4 metros.

En la figura 2 se puede observar una imagen del panel fotovoltaico (111) obtenida por la cámara de video (103) en el espectro visible (a), una imagen termográfica (202) del panel fotovoltaico (111) obtenida por la cámara termográfica (102) en el espectro infrarrojo (b), detalle de un defecto (401) del panel fotovoltaico (111) (c), y la imagen de la parte de atrás de un panel fotovoltaico (111) con su soporte (107) y su código de barras (113) (d).

El dispositivo de geolocalización GPS (104) dibuja un trazado del recorrido (207) que sigue el vehículo de inspección (101), y registra las posiciones en donde se detectan paneles fotovoltaicos defectuosos (402).

Para un registro preciso de los paneles fotovoltaicos defectuosos (402), se requiere, además del marcaje de su posición mediante el dispositivo de geolocalización GPS (104), de un registro unívoco del panel fotovoltaico defectuoso (402), de manera que no exista confusión a la hora de determinar qué panel fotovoltaico defectuoso

(402) en concreto tiene cada defecto (401), por incapacidad del dispositivo de geolocalización GPS (104) de discriminar entre dos paneles fotovoltaicos (111) muy próximos entre sí. Por este motivo, el sistema (1) incorpora un lector de códigos de barras (105) inalámbrico. Cuando se detecta un panel fotovoltaico defectuoso (402), según será descrito más adelante, el sistema (1) activa una alarma sonora que avisa al operario de la detección de un defecto (401), el operario observa la imagen termográfica (202) y la imagen de vídeo (201) en el ordenador

(109) para identificar el panel fotovoltaico defectuoso (402) y desciende del vehiculo de inspección (101), se acerca al panel fotovoltaico defectuoso (402) y hace una lectura del código de barras (113) de dicho panel fotovoltaico defectuoso (402) mediante el lector de código de barras (105). Inmediatamente dicho panel fotovoltaico defectuoso (402) queda registrado por el sistema (1) y su código de barras (113) identificativo aparece en un informe junto con los detalles de su estado de funcionamiento.

La cámara termográfica (102) y la cámara de vídeo (103) se montan sobre un soporte (107), como puede ser un tripode, que está fijado al vehiculo de ínspección (101). Este soporte (107) permite fijar una posición relativa entre ambas cámaras (102, 103), de acuerdo con la óptica de cada cámara (102, 103), de manera que las dos cámaras (102, 103) enfoquen siempre a una misma imagen.

Para el funcionamiento óptimo del sistema (1) y procedimiento (2), se requiere de la instalación de al menos una estación meteorológica (106), instalada en una posición estática a lo largo del parque fotovoltaico (114).

Cada estación meteorológica (106) comprende:

al menos, un anemómetro (108) que mide la velocidad local del viento, Vw; dos sensores de irradiación o piranómetros (115, 116) que miden el nivel instantáneo de irradiación solar, donde el sensor de irradiación (115) está situado en horizontal y el otro sensor (116) está inclinado según la inclinación de los paneles fotovoltaicos (111) circundantes,y; un sistema de adquisición de datos (110), de almacenamiento de datos de la velocidad local del viento, Vw, y de los sensores de irradiación (115,116), datos que posteriormente son introducidos en el ordenador portátil (109) donde quedan registrados junto con los datos de temperatura de cada panel fotovoltaico (111) obtenidos mediante la cámara termográfica (102) y posteriormente, mediante una aplicación que implementa el presente procedimiento (2), son incluidos en un informe.

Dicha estación meteorológica (106) también recoge los datos enviados por un sensor de temperatura de módulo

(117 ) estático colocado en un panel fotovoltaico (111) con el cual se mide la temperatura media de dicho panel fotovoltaico (111) y se le denomina de ahora en adelante como Tmean. Dicho Tmean se trata de una referencia que sirve para ajustar los valores de Tmin y Tmax que se configuran en la cámara termográfica al inicío de la medición. Dicho ajuste de Tmin y Tmax se detalla más adelante en la presente memoria.

Una vez que se ha llevado a cabo la inspección dinámica del parque fotovoltaico (114) y se han cargado los datos capturados por la estación meteorológica (106) en la aplicación que implementa el presente procedimiento (2), se realiza un filtrado de dichos datos en función de dos nuevos parámetros denominados Uvelocidadviento y Uradiacionsolar, siendo Uvelocidadviento un umbral de velocidad del viento máxima y Uradiacionsolar un umbral de radiación solar minima, donde los datos capturados con una velocidad del viento superior al umbral Uvelocidadviento O con una radiación solar por debajo del umbral Uradiaciónsolar se identifican en la interfaz gráfica de generación de informes como posiblemente no válidos debido a condiciones atmosféricas no óptimas.

Para la ejecución del procedimiento (2) se comienza con el montaje de las cámaras (102, 103) sobre un soporte

(107) en el vehiculo (101) y la conexión de la cámara de vídeo (103), la cámara termográfica (102), el dispositivo de geolocalizacíón GPS (104) y el ordenador portátil (109). Una vez conectados, el vehiculo de inspección (101) comienza su recorrido (207) por el parque fotovoltaico (114), las dos cámaras (102, 103) comienzan a tomar imágenes (201, 202) de los paneles fotovoltaicos (111) y el dispositivo de geolocalización GPS (104) comienza a registrar la posición del vehiculo de inspección (101) y del panel fotovoltaico defectuoso (402), caso de detectarse un defecto (401). Todos los datos son enviados al ordenador portátil (109).

Para estimar la velocidad máxima de desplazamiento del vehiculo se necesita conocer una serie de parámetros, los cuales son introducidos por el usuario mediante una interfaz gráfica de la aplicación, a excepción del valor de la frecuencia de captura que se calcula a partir del flujo de imágenes termográficas (202) recibido. La frecuencia de captura no es regulable, siendo únicamente regulable el número de tomas que se efectúan en una distancia cualquiera fija, variando la velocidad del vehiculo (208). Gracias a esta velocidad máxima se consigue el mínimo solapamiento (209) entre imágenes (201, 202) consecutivas, sin dejar de fotografiar en ningún caso ninguna

zona en la que se encuentre un panel fotovoltaico (111). La aplicación presenta en la pantalla del ordenador

(109) la velocidad máxima de manera que el operario que conduzca conozca cual es la velocidad máxima a la que debe ir el vehículo (101), emitiendo la aplicación un aviso sonoro si se supera dicha velocidad máxima.

La figura 3 muestra el área de enfoque (205) de ambas cámaras (102. 103). Como puede apreciarse. el área de enfoque (205) de la cámara termográfica (102) y el área de enfoque (205) de la cámara de vídeo (103) cumplen el requisito de que el área de enfoque de la cámara de video (205) debe contener (ser mayor o igual) el área de la cámara termográfica (205). A medida que avanza el vehículo de inspección (101), avanza también el área captada en las imágenes (201 , 202), de manera que entre dos imágenes (201 , 202) consecutivas captadas por las cámaras (102,103), existe un solapamiento (209). El área de solapamiento (209) depende del ajuste entre la velocidad de avance (208) del vehículo de inspección (101) y la frecuencia de captura de las cámaras (102, 103). A menor velocidad de avance (208) del vehículo de inspección (101), el solapamiento (209) entre imágenes (201 , 202) es mayor, y a mayor velocidad de avance (208) del vehículo de inspección, el solapamiento (209) entre imágenes (201, 202) es menor. Si la velocidad de avance (208) del vehículo de inspección es excesiva, eventualmente las imágenes (201, 202), correspondientes a dos capturas consecutivos, dejan de solaparse y quedan zonas sin inspeccionar entre cada par de imágenes (201, 202) consecutivas. En la figura 3, se muestra en trazo discontinuo el área de enfoque (205) común a ambas cámaras (102, 103).

Según la forma de realización preferente de la presente invención, la limitación de velocidad de avance (208) del vehículo de inspección (101) se aproxima con la síguíente expresión matemátíca que tiene en cuenta aspectos geométricos relacionados con la geometría de captura y el área de enfoque (205) de las cámaras (102, 103):

. IR) . (ah) . (90-ah)

. SlnVJh Sin "2 Sin "2

Vjl/speccioll <2 ( 1-Psolapallu"ell/o )jcap/lira c{·amara-------=~----....:=

. IR ah). (f3 ah)

smVJ, --Sin +

}, 2 h2

e

apertura angular de la cámara (en el plano vertical), en radianes.

dístancia del centro óptico de la cámara al centro del panel en metros.

fi.

ángulo que forma el eje óptico de la cámara con la inclinación del panel en el plano horizontal, en rad ianes.

V ¡nSpU" i01l : velocidad de avance (208) del vehículo de inspección, en metros por segundo.

f ,.oPturu

frecuencia de captura de la cámara termográfica, en imágenes por segundo.

P solup,,,nielltu : porcentaje de solapamiento (209) deseado entre dos imágenes consecutivas, en tanto por uno.

Una vez descritos los distintos elementos físicos (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110) que conforman el sistema (1), se describe a continuación el procedimiento (2) para el tratamiento y análisis de los datos provenientes de los distintos dispositivos de captación de datos (102,103, 104, 105, 106), procedimiento

(2) que sirve para evaluar el estado de funcionamiento de los paneles fotovoltaicos (111) dentro del parque fotovoltaico (114). El procedimiento (2) se implementa en un ordenador (109) que, según la forma de realización preferente de la presente invención, el ordenador es portátil (109).

La figura 5 representa un esquema del algoritmo de agrupación del flujo de imágenes termográficas (202) y archivo de las mismas en conjuntos de imágenes. Según este algoritmo, a partir de la clasificación de las imágenes termográficas (202), que se explica detalladamente al describir la figura 6, las imágenes termográficas

(202) consecutivas correspondientes a un mismo defecto (401) se almacenan en un mismo conjunto de imágenes.

La primera fase (0.101) sirve para inicializar el procedimiento (2) y en la segunda fase (0.102) se verifica si existe alguna nueva imagen termográfica (202) disponible. Si no existe ninguna nueva imagen termográfica (202) disponible, se permanece a la espera (D. 102) de recibir una nueva imagen termográfica (202). Si existe una nueva imagen termográfica (202) disponible, en la siguiente fase (D. 103) se realiza la clasificación de esta

Al realizar la clasificación de la imagen termográfica (202), si se detectan puntos calientes, se clasifica dicha imagen termográfica (202) como Imagen de Panel Con Posible Defecto, Ippf (D. 210) o como Imagen de Panel Defectuoso, Ipf (D. 211 ), y se procede a incorporar dicha imagen termográfica (202) dentro de un conjunto de imágenes, tal y como se ha mencionado al describir la figura 5.

10 Las subfases que componen el algoritmo de clasificación (0.103) de las imágenes termográficas (202) mostrado en la figura 6, son las siguientes.

La primera subfase (D. 201) comprende establecer unos umbrales de temperatura limite de escala, Tmax y Tmin,

15 para la cámara termográfica (102), de manera que se puedan referenciar los valores mostrados en escala de grises en la imagen termográfica (202) a valores en escala de temperaturas. También se establecen otros tres umbrales de temperatura denominados: temperatura umbral de fondo, Tbckge (del inglés, background edge), temperatura umbral de defecto, Tfe (del inglés, failure edge) , y temperatura umbral de alarma, Tae (del inglés, alarm edge), que sirven para clasificar los pixeles (203) de la imagen termográfica (202), como píxeles con

20 defecto , pixeles con posible defecto, píxeles de fondo o píxeles del panel fotovoltaico (pixeles del panel que no revelan ningun defecto).

Para establecer los anteriores umbrales de temperatura, se hace uso de la temperatura media, Tmean, medida por un sensor de temperatura de módulo (117) colocado en un panel fotovoltaico (111). La temperatura limite 25 inferior de escala, Tmin, se obtiene restándole a la temperatura media, Tmean, del panel fotovoltaico (111), un determinado valor, estimado arbitrariamente por el operario encargado de realizar la inspección del parque fotovoltaico (114), considerando que la cámara termográfica (102) no registra ninguna temperatura por debajo de ese umbral, Tmin. Típicamente, el valor del umbral de temperatura Tmin, se calcula según la siguiente expresión:

30 Tmin = Tmean -10 oC

El umbral de temperatura limite superior de escala, Tmax, se obtiene sumándole a la temperatura media, Tmean, del panel fotovoltaico (111), la temperatura umbral de defecto relativa, T'fe, donde T'fe = Tfe -Tmean, más un determinado valor, estimado arbitrariamente por el operario encargado de realizar la inspección del parque

35 fotovoltaico (114), considerando que la cámara termográfica (102) no registra ninguna temperatura por encima de ese umbral, Tmax. Tipicamente, el valor del umbral de temperatura Tmax, se calcula según la siguiente expresión:

Tmax = Tmean+ T'fe + 10 oC

La temperatura umbral de defecto, Tfe, se calcula sumándole a la temperatura media, Tmean, del panel fotovoltaico (111), un determinado valor, estimado arbitrariamente por el operario encargado de realizar la inspeCCión del parque fotovoltaico (114), considerando que cualquier punto que alcance una temperatura superior a dicho umbral ha de ser considerado como un defecto (401) del panel fotovoltaico (111). Tipicamente el

45 valor de temperatura umbral de defecto se calcula segun la siguiente expresión:

Tfe = Tmean+ 20 oC

La temperatura umbral de alarma, Tae, se calcula restándole a la temperatura umbral de defecto, Tfe, un

50 determinado valor, estimado arbitrariamente por el operario encargado de realizar la inspección del parque fotovoltaico (114), considerando que cualquier punto cuya temperatura se sitúe entre Tae y Tfe merece ser estudiado con detenimiento, especialmente su evolución en futuras inspecciones. Típicamente el valor de la temperatura umbral de alarma se calcula segun la siguiente expresión:

55 Tae=Tfe-5°C

La temperatura umbral de fondo, Tbckge, se calcula sumándole a la temperatura limite inferior de escala, Tmin, un determinado valor, estimado arbitrariamente por el operario encargado de realizar la inspección del parque fotovoltaico (114), considerando que cualquier punto cuya temperatura se situe entre Tmin y Tbckge es un punto

60 que no pertenece a la superficie de un panel fotovoltaico (111), pudiendo tratarse de un punto del suelo, de la estructura de soporte de los paneles, etc. Típicamente el valor de la temperatura umbral de fondo se calcula segun la siguiente expresión:

Tbckge = Tmin + 3 oC

A los niveles de gris más claro y más oscuro de la imagen termográfica (202) se les asignan respectivamente las temperaturas limite de escala, Tmin y Tmax.

El número de niveles de gris de la imagen termográfica (202) varía según el modelo de cámara termográfica

(102) de que se disponga, pero tipicamente es 256. Por tanto, el nivel de gris O (Imin) se corresponde con la temperatura Tmin, y el nivel de gris 255 (Imax) se corresponde con Tmax. Cuanto mayor es la temperatura del panel más blanca la imagen y cuanto menor es la temperatura del panel más oscura la imagen. A partir de estas correslxmdencias, se puede calcular mediante una sencilla fórmula la temperatura de un pixel, Tpx, correspondiente a un determinado nivel de gris, Ipx:

Tmar -Tm/n Tpr -Tm/n lmar lmin lpr lmin

de donde:

Tmar -Tmin

Tpr = x Opr -Imfn) ... Tmfn

lmar 1min

El procedimiento de clasificación de las imágenes termográficas (202) trabaja con los valores de intensidad de nivel de gris de la imagen termográfica (202), y sólo convierte algunos de los valores de nivel de gris a temperaturas en la fase final del procedimiento (2), sólo cuando se clasifica un determinado punto como defectuoso.

Por lo tanto, los umbrales de temperatura establecidos anteriormente, se convierten a nivel de gris al comienzo del procedimiento (2). Esta forma de implementar el procedimiento (2) trabajando siempre en valores de intensidad de nivel de g ris, aumenta la rapidez en el tratamiento de los datos.

Por tanto, los mencionados umbrales de temperatura se transforman a niveles de gris típicamente según las siguientes expresiones matemáticas:

lmax -Imtn

lfs = . X (J"fs -Tmin) + lm/n

Tmax Tmm

lmax -lmin

la g = T . X (Ta g-Tmfn) + Imfn

Tm ar mtn

lmar -lm/n

Ib ckgg = T T· X (Tbckgg -Tmtn) + Imtn

ma.r -mtn

Imeanpix es la media aritmética de todos los valores de intensidad de gris, Ipx, de todos los píxeles de la imagen termográfica (203), y varia con cada nueva imagen termográfica (202):

donde n es el número total de pixeles de la imagen termográfica.

Posteriormente se obtienen unos umbrales de nivel de gris, relativos a la Imeanpix que son:

l/s·= lfs -lmsanpb:

l as'= lcztt-lmsanpix

En la segunda subfase (D. 202) el algoritmo de clasificación de las imágenes termográficas (202) implementa una función que se aplica a una matriz de valores, Ttg, correspondiente a todos y cada uno de los valores de nivel de gris de los píxeles (203) de la imagen termográfica.

En primer lugar, se ejecuta una función, denominada arbitrariamente Filter en esta descripción, sobre dicha matriz de valores, Ttg, cuyo objetivo es obtener otra matriz de valores, Tmean, del mismo tamaño que Ttg. Cada valor de la nueva matriz, 1mean, se relaciona con cada valor de la matriz 1tg que ocupa la misma posición relativa en esta matriz, ltg.

Cada valor de la matriz lmean es, o bien O. o bien un valor estimado a partir de los niveles de gris de los píxeles

5 (203) de una determinada vecindad del píxel (203) cuyo nivel de gris ocupa la correspondiente posición en la matriz ltg. Dicho valor se calcula como la mediana estadística de los valores de nivel de gris de los pixeles (203) de dicha vecindad, habiendo desestimado en dicho cálcu lo los píxeles (203) cuyo nivel de gris quede por debajo del umbrallbckge. los valores de la mat riz ¡mean que toman el valor O, son aquellos que pertenecen a las filas superiores e inferiores de la matriz lmean y a las columnas de la derecha y de la izquierda de la matriz fmean,

10 estando predeterminado el número de estas filas y columnas cuyos elementos toman el valor O.

Típicamente, el tamaño de la vecindad de píxeles (203) se toma como un número de píxeles (203) equivalente al tamaño que se estima que tiene un módulo del panel fotovoltaico (112) sobre la imagen termográfica (202). estimación que se hace en base a criterios geométricos y ópticos: distancia de la cámara termográfica (102) al panel fotovoltaico (111). inclinación del panel fotovoltaico (111). apertura angular del objetivo de la cámara

15 termográfica (102) , etc.

En función de dícho tamaño estimado de un módulo (112), se crea un recuadro que define, para cada valor de la matriz, ltg, un determinado entorno de valores sobre los que se calcula la mediana estadística de aquellos valores que queden por encima de Ibckge. Típicamente. el número de valores de la matriz de entrada. itg, sobre

20 los que se calcula la temperatura media de su entorno, está limitado y predetermínado, y esta operación no se realiza sobre los valores cercanos a los limites de la imagen termográfica (202). No obstante, los entornos de todos y cada uno de los valores estudiados de la matriz de entrada de la función Filter, ltg, sí barren todos los valores de dicha matriz de entrada, ltg.

25 En una forma de realización de dicha función Filter, ésta se implementa típicamente mediante la siguiente estructura de programación, referida aquí en pseudocódigo:

Filler 0tg)

30 precondición: Lx es entero impar precondición: Ly es entero impar

reserva matriz fu tamaño (Nx] [Ny] inicializa matriz fu .... O

'-'-1

d=2

,

para t +-Ix hasta Nx -Ix hacer 40 para j .... Iy hasta Ny -Iy hacer

reserva vector v¿oc tamaño Lx x Ly

para "\JI _ -Ix hasta Ix hacer 45 para 'UJ ..... -Iy hasta Ir hacer vl oc (111 + Iy) x Lx + 'Ut+ Ix] .... kg [t + lIt]l1 +1111

fin para fin para 50 ordenar creciente V/oc reserva entero n n ~O

mientras n -< L.x X L.y y VIo' [n] ~ Jli1 r kgf hacer

55 n .... n+l

fin mientras si TI-<Lx X L.y entonces reserva entero k si n par

n + l:cX l.y -lk ~

60 Z si no

n+ Lxx Ly

k 2

iox (<]{J] -vl,c (k]

fin si 5 fin para fin para

devolver [(1% fin Filter

10 donde:

•: Nx : Resolución de la imagen termográfica en el eje horizontal, en pixels.

•: Ny: Resolución de la imagen termográfica en el eje vertical, en pixels.

•: Lx: Tamaño de la ventana deslizante del filtro de mediana en el eje horizontal, en pixels (debe ser un entero impar).

15 • Ly: Tamaño de la ventana deslizante del filtro de mediana en el eje vertical, en pixels (debe ser un entero impar).

A continuación, en la tercera subfase (D.203) se calcula la diferencia entre cada valor de la matriz itg y su correspondiente valor de la matriz lmean, obteniéndose una nueva matriz, Tdiff, que expresa el nivel de gris 20 relativo de cada pixel (203) con respecto a la media de su entomo.

En la cuarta subfase (0.204) se hace un recuento de todos aquellos pixeles (203) de la imagen termográfica cuyo nivel de gris, expresado en la mat riz ltg, quede por debajo de Ibckge, y el valor resultante de la suma de dichos pixeles (203) se almacena en una variable denominada "Área de fondo", Abckg.

25 A continuación se hace un recuento de todos aquellos píxeles (203) de la imagen termográfica para los cuales la diferencia, expresada en la matriz ldiff, entre su nivel de gris y el nivel de gris medio de los píxeles (203) de su entorno quede por encima del umbrall'ae, y el valor resultante de la suma de dichos pixeles (203) se almacena en una variable denominada "Área de alarma", Aa.

30 A continuación se hace un recuento de todos aquellos píxeles (203) de la imagen termográfica para los cuales la diferencia, expresada en la matriz ldiff, entre su nivel de gris y el nivel de gris medio de los pixeles (203) de su entorno quede por encima del umbrall'fe, y el valor resultante de la suma de dichos píxeles (203) se almacena en una variable denominada "Área de defecto", Af.

35 En la quinta subfase (D. 205) se compara la variable Área de fondo, Abckg, con una variable denominada "Umbral área de fondo", Abckge, cuyo valor es definido por el operario encargado de realizar la inspección de la planta fotovoltaica, y es tipicamente un número igual al 90 % de los pixeles (203) que componen la imagen termográfica (202). Si Abcl<g es mayor que Abckge, se clasifica la totalidad de la imagen termográfica (202) como Imagen de Fondo (D.208), y se termina el procedimiento de clasificación de la imagen termográfica (202).

40 Si la imagen termográfica (202) no se ha clasificado como Imagen de Fondo (D.208), en la sexta subfase (D .206) se compara la variable Área de defecto, Af, con una variable denominada "Área de Detección minima", Amin, cuyo valor es definido por el operario encargado de realizar la inspección del parque fotovoltaico (114) y es típicamente un número igual al 25 % de los pixeles (203) que componen cada módulo (112) del panel fotovoltaico. Si Af es mayor que Amin, se clasifica la totalidad de la imagen termográfica (202) como Imagen de

45 Panel Defectuoso, Ipf (D.211), y se termina el procedimiento de clasificación de la imagen termográfica (202).

Si la imagen termográfica (202) no se ha clasificado como Imagen de Panel Defectuoso, Ipf, en la séptima subfase (0.207) se compara la variable Área de alarma, Aa, con la variable "Área de Detección minima", Amin. Si Aa es mayor que Amin, se clasifica la total idad de la imagen termográfica (202) como Imagen de Panel con Posible Defecto, Ippf (0.210), Y se termina el procedimiento de clasificación de la imagen termográfica (202).

50 Si la imagen termográfica (202) no se ha clasificado como Imagen de Panel con posible Defecto, Ippf (0.210), se clasifica la totalidad de la imagen termográfica (202) como Imagen de Panel (0.209), (panel fotovoltaico donde no se ha detectado ningún defecto).

En una forma de realización, esta función de clasificación de la imagen termográfica (202) se ha denominado arbitrariamente Classify y dicha función Classify se implementa mediante la siguiente estructura de 55 programación, referida aquí en pseudocódigo:

Classify (ftg ) ¡mean ..... Filler (1tg) idlff +-itg -im!.211

Abckg ..... ccmtaT (Mbckg ":f: O) /.fa. _ (fatll > ¡'(Zg)

10 Aa. +-contar (Ma. ,¡; O)

MI ~ (id'll > ,/.)

Al ..... contar (M! ~ O)

si AQC!kg ;:. AQckge entonces devolver IMAGEN DE FONDO

20 si no, si Af ;:. Amín entonces devolver IMAGEN DE PANEL DEFECTUOSO

si no, si Aa· > Amfn entonces devolver IMAGEN DE PANEL CON POSIBLE DEFECTO 25 si no, entonces devolver IMAGEN DE PANEL

fin si

fin Classify

30 donde:

•: ltg: matriz de valores correspondiente a todos y cada uno de los valores de nivel de gris de los pixeles de la imagen termográfica.

•: ¡mean: Cada valor de la matriz es la media de niveles de gris de los pixeles de una determinada vecindad del pixel cuyo nivel de gris ocupa la correspondiente posición en la matriz itg.

35 • ¡diff: la diferencia entre cada valor de la matriz itg y su correspondiente valor de la matriz ¡mean, que expresa el nivel de gris relativo de cada pixel (203) con respecto a la media de su entorno.

•: Mbckg: pixeles pertenecientes al fondo.

•: Mf: pixeles pertenecientes a defectos.

•: Ma: pixeles pertenecientes a alarma. 40 • Ibckge: umbral de fondo en niveles de gris.

•: I'fe: umbral de defecto en niveles de gris.

•: l'ae: umbral de alarma en niveles de gris.

•: Abckg: variable denominada "Área de fondo" resultante de la suma de dichos pixeles.

•: Af: variable denominada "Área de defecto". 45 • Aa: variable denominada "Área de alarma".

•: Abckge: variable denominada ·Umbral área de fondo".

•: Amin: variable denominada "Área de Detección minima" correspondiente al 25 % de los píxeles que componen cada módulo del panel fotovoltaico.

50 Finalmente, si se detectan puntos calientes en un panel fotovoltaico ( 111 ), la imagen termográfica (202) se clasifica bien como "Imagen de Panel Defectuoso", Ipf (D.211), o bien como "Imagen de Panel con Posible Defecto", Ippf (D.210). Si la imagen termográfica (202) no está clasificada como Imagen de panel con posible defecto, Ippf (D.210), o como Imagen de panel defectuoso, Ipf (D.211), en la siguiente fase (D.105) se verifica si existe algún conjunto de imágenes previamente abierto y sin archivar. En caso de no existir ningún conjunto de

55 imágenes previamente abierto y sin archivar, se verifica nuevamente (D. 102) si existe una nueva imagen termográfica (202) disponible. En caso de existir algún conjunto de imágenes previamente abierto y sin archivar,

en la siguiente fase se incorpora la imagen termográfica (202) que no está clasificada como Imagen de Panel Con posible defecto, Ippf (D.210), o como Imagen de Panel Defectuoso·, Ipf (0.211), a dicho conjunto de imágenes previamente abierto y sin archivar y a continuación se cierra (D. 106) Y se archiva (D. 107) dicho conjunto de imágenes. Si la imagen termográfica (202) está clasificada como Imagen de Panel Con Posible 5 Defecto, Ippf, o como Imagen de Panel Defectuoso, Ipf, se verifica (0. 108) si existe algún conjunto de imágenes previamente abierto y sin archivar. En caso de no existir ningún conjunto de imágenes previamente abierto y sin archivar, se abre (0. 109) un nuevo conjunto de imágenes y se incorpora (D. 110) la imagen termográfica (202) a dicho conjunto de imágenes, verificando a continuación (D. 102) si existe una nueva imagen termográfica (202) disponible. En caso de existir algún conjunto de imágenes previamente abierto y sin archivar, se incorpora (D.

10 110) la imagen termográfica (202) a dicho conjunto de imágenes, verificándose a continuación (0. 102) si existe una nueva imagen termográfica (202) disponible.

La presente invención no debe verse limitada a la forma de realización aquí descrita. Otras formas de realización que hagan uso de diferentes criterios de clasificación de las imágenes de los paneles fotovoltaicos pueden ser realizadas por los expertos en la materia a la vista de la presente descripción. En consecuencia, el ámbito de la

15 invención queda definido en las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Sistema (1) de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos (402) en instalaciones fotovoltaicas mediante termografia que comprende:

• una cámara de video (103),

5 • una cámara termográfica (102), que adquiere imágenes (202) de los paneles fotovoltaicos (111) para determinar los puntos calientes de temperatura de la instalación fotovoltaica ,

• un dispositivo de geolocalización GPS (104),

• un lector de código de barras (105) que registra un número de serie de 10 identificación exclusiva de los paneles detectados como defectuosos (402),

• un ordenador portátil (109) donde se procesa la información de detección de las anomalías de los paneles a partir de puntos calientes captados por la cámara termográfica (102),

donde:

15 -la cámara de vídeo (103) obtiene imágenes (201) en el espectro visible de luz, de la apariencia de un conjunto de paneles fotovoltaicos (111),

-

la cámara termográfica (102) obtiene imágenes termográficas (202) en el espectro infrarrojo de luz, del conjunto de paneles fotovoltaicos (111) captado por la cámara de video (103),

caracterizado por que la combinación de la cámara termográfica (102), la cámara de video (103), el dispositivo

20 GPS (104) y el ordenador portátil (109) están montados sobre un vehiculo de inspección (101) que realiza un recorrido (207) por todo un parque fotovoltaico (114); donde el dispositivo de geolocalización GPS (104) reconstruye el recorrido (207) realizado, posiciona en un plano de la planta las anomalías detectadas y posteriormente digitaliza y envia dicha información al ordenador portátil (109) en el que se procesan datos.

25 2.-Sistema (1) de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos (402) en instalaciones fotovoltaicas según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende al menos, una estación meteorológica (106), fija en un punto del parque, que comprende: -al menos, un anemómetro (108) que mide la velocidad local del viento, Vw, y; -un sistema de adquisición de datos (110), de almacenamiento de al menos la velocidad local

30 de viento que posteriormente es introducido en el ordenador portátil (109) donde quedan registrados junto con los datos de temperatura de cada panel fotovoltaico (111) obtenidos mediante la cámara tennográfica (102).
3.-Sistema (1) de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos (402) en instalaciones fotovoltaicas mediante 35 termografia según la reivindicación 1, caracterizado por que la cámara de vídeo (103) y la cámara termográfica

(102) toman imágenes (201 , 202) con unas determinadas áreas de enfoque (205) y están montadas sobre un soporte (107) que fija una posición relativa entre la cámara tennográfica (102) y la cámara de video (103), de manera que el área de enfoque (205) de la cámara de video (103) debe contener, al menos, al área de enfoque

(205) de la cámara termográfica (102).

40 4.-Sistema (1) de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos (402) en instalaciones fotovoltaicas mediante termografía según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la frecuencia de captura de la cámara termográfica (102) y de la cámara de video (103) se calcula a partir del flujo de imágenes termográficas (202) recibido y es la misma para ambas cámaras (102, 103).

45 5.-Sistema (1) de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos (402) en instalaciones fotovoltaicas mediante termografía según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la velocidad máxima de desplazamiento del vehiculo (208) viene dada por la ecuación siguiente :

a a

sin(fih)si n(f)sin (90-f)

Vinspeccion <2 ( 1-Psolapamienlo )! caPlllra d camara--------=-------'''-

. ( ah) . ( ah)

SI/1 fJh-"2 sin fJh+"2

55 en donde,

apertura angular de la cámara (en el plano vertical), en radianes,

distancia del centro óptico de la cámara al centro del panel en metros,

P. ángulo que forma el eje óptico de la cámara con la inclinación del panel en el plano horizontal, en radianes,

5 velocidad de avance (208) del vehiculo de inspección, en metros por segundo,

f~uPluru

frecuencia de captura de la cámara termográfica, en imágenes por segundo,

P solap<lmlenro

: porcentaje de solapamiento (209) deseado entre dos imágenes consecutivas, en tanto por uno,

10 para obtener un minimo solapamiento (209) entre imágenes consecutivas, sin dejar de fotografiar ninguna zona en la que se encuentre un panel fotovoltaico (111).
6.-Sistema (1) de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos (402) en instalaciones fotovoltaicas mediante termografia segun la reivindicación 2, caracterizado por que el sistema de adquisición de datos (110) 15 comprende, al menos, dos sensores de irradiación (115, 116) donde:

•

uno de los sensores de irradiación (115) está. colocado en posición horizontal para medir el nivel de irradiación solar sobre un plano horizontal en el lugar donde se encuentra ubicado;

•

el otro sensor de irradiación (116) inclinado se coloca adosado a los paneles

20 fotovoltaicos (111) de manera que tenga la misma inclinación y orientación que los paneles fotovoltaicos (111), para medir el nivel de irradiación solar en el lugar donde se encuentra ubicado.
7.-Sistema (1) de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos (402) en instalaciones fotovoltaicas mediante 25 termografia segun la reivindicación 1, caracterizado por que el ordenador portátil (109) está configurado para generar un informe del estado de funcionamiento del panel fotovoltaico (111) a partir de los resultados recibidos.

S.-Procedimiento (2) de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos (402) en instalaciones fotovoltaicas empleando el sistema (1), caracterizado por que comprende clasificar (D. 103) las imágenes termográficas 30 (202) segun un algoritmo que a su vez comprende:

• establecer (D. 201) unos umbrales de temperatura límite de escala para la cámara termográfica (102), Tmax y Tmin, los cuales posteriormente se traducen a escala de grises en la imagen termográfica (202), y otros tres umbrales de temperatura denominados:

o temperatura umbral de fondo, Tbckge, 35 o temperatura umbral de alarma, Tae,

o temperatura umbral de defecto, Tfe, siendo Tbckge menor que Tae, y Tae menor que Tfe; de modo que sirven para clasificar los pixeles (203) de la imagen termográfica (202), como píxeles de fondo, pixeles con posible defecto y pixeles con defecto.

• obtener una matriz lmean de valores estimados a partir de los niveles de gris de los pixeles (203) de la imagen termográfica (202) mediante la aplicación de una función de filtrado de mediana (D. 202) a una matriz de valores ltg, correspondiente dicha matriz itg a todos y cada uno de los valores de nivel de gris de los pixeles de la imagen termográfica (202), donde

45 cada valor de la matriz Tmean se relaciona con cada valor de la matriz ftg que ocupa la misma posición relativa, y donde la función de filtrado de mediana (D. 202) calcula la mediana estadistica de los valores de nivel de gris de los pixeles (203) de la vecindad, habiendo desestimado en dicho cálculo los pixeles (203) cuyo nivel de gris quede por debajo del umbral, Ibckge, tomando como tamaño de la vecindad de pixeles un numero de pixeles (203)

50 equivalente al tamaño que se estima que tiene un módulo del panel fotovoltaico (112) sobre la imagen termográfica (202);

• estimar la diferencia de temperatura (D. 203) entre cada valor de la matriz Ttg y su

correspondiente valor de la matriz ¡mean, anotando la diferencia en una nueva matriz 55 denominada ldiff;

• obtener unas variables denominadas (D. 204):

• "Area de fondo", Abckg, correspondiente al valor resultante de la suma de los

pixeles (203) de la imagen termográfica (202) cuyo nivel de gris, expresado en la 5 matriz ltg, Quede por debajo del umbral de fondo expresado en nivel de gris, Ibckge;

• "Area de alarma", Aa , correspondiente al valor resultante de la suma de los píxeles (203) de la imagen termográfica (202) para los cuales la diferencia, expresada en la matriz fdiff, entre su nivel de gris y el nivel de gris medio de los

10 píxeles (203) de su entomo quede por encima de un umbral de alarma relativo, I'ae, expresado en nivel de gris, proveniente de expresar en nivel de gris el umbral Tae y referirlo al nivel de gris, Imeanpix, que es la media aritmética de los niveles de gris, Ipx, de los píxeles de la imagen termográfica (203) y que varía con cada nueva imagen termográfica (202);

• "Area de defecto", At, correspondiente al valor resultante de la suma de los píxeles (203) de la imagen termográfica (202) para los cuales la diferencia, expresada en la matriz idiff, entre su nivel de gris y el nivel de gris medio de los píxeles (203) de su entorno quede por encima de un umbral de defecto relativo, I'fe,

20 expresado en nivel de gris, proveniente de expresar en nivel de gris el umbral Tfe y referirlo al nivel de gris, Imeanpix, que es la media aritmética de los niveles de gris, Ipx, de los píxeles de la imagen termográfica (203) y que varía con cada nueva imagen termográfica (202);

25 • Comparar (D. 205, O. 206, D. 207 ) los valores de las variables Area de fondo, Area de Alarma y Area de Defecto con unos umbrales de áreas y de esta forma clasificar las imágenes termográficas (202) en distintos grupos, como:

• Imagen de Fondo (D .208);

• Imagen de Panel (D.209); 30 • Imagen de Panel con Posíble Defecto, Ippf (D.210);

• Imagen de Panel Defectuoso, Ipf (D.211).
9.-Procedimiento (2) de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos (402) en instalaciones fotovoltaicas empleando el sistema (1) segun la reivindicación 8, caracterizado por que la comparación (D. 205, D. 206, D. 207 35 ) de las variables Area de fondo, Area de Alarma y Area de Defecto con unos umbrales de áreas comprende :

• Comparar (D. 205) la variable Area de fondo, Abckg, con una variable denominada "Umbral área de fondo·, Abckge, cuyo valor es definido por el operario encargado de realizar la inspección del parque fotovoltaico (114), y es típicamente un numero igual al 90 % de los píxeles (203) que

40 componen la imagen termográfica (202),

• si Abckg es mayor que Abckge, se clasifica la totalidad de la imagen termográfica (202) como Imagen de Fondo (0.208), y se termina el procedimiento de clasificación de la imagen termográfica (202);

• comparar (D. 206), en caso de Que la imagen termográfica (202) no se haya clasificado como Imagen de Fondo (D.208), la variable Area de defecto, Af, con una variable denominada "Area de Detección mínima", Amin, cuyo valor es definido por el operario encargado de realizar la inspección del parque fotovoltaico (114) y es típicamente un numero igual al 25 % de los pixeles

50 (203) que componen cada módulo (112) del panel fotovoltaico;

• si Af es mayor Que Amin, se clasifica la totalidad de la imagen termográfica

(202) como Imagen de Panel Defectuoso, Ipf (D.211), Y se termina el procedimiento de clasificación de la imagen termográfica (202);

• comparar (D. 207), en caso de Que la imagen termográfica (202) no se haya clasificado como Imagen de Panel Defectuoso, Ipf, (D.211), la variable Area de alarma, Aa, con la variable "Area de Detección mínima", Amin;

60 • si Aa es mayor que Amin, se clasífica la totalidad de la imagen termográfica

(202) como Imagen de Panel con Posible Defecto, lppf (D.210), y si Aa no es mayor que Amín , se clasifica la totalidad de la imagen termográfica (202) como Imagen de Panel (D.209) y se termina el procedimiento de clasificación (D. 103) de la imagen termográfica (202).
10.-Procedimiento (2) de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos (402) en instalaciones fotovoltaicas según la reivindicación 9 caracterizado por que los umbrales de temperatura establecidos previamente se transforman al inicio de dicho procedimiento (2) a niveles de gris según las siguientes expresiones matemáticas:

lmar -lmtn

lr g = T . x (Tfg -Tmin) + Imi1'l

5 Tmax mm

lmar -lmin

la s = x (Ten -Tmtn) + Imt1'l

Tmax Tmfn

lmax -lm!n lbcKgG = T T· X (Tb ckgrl -Tmin) + Imin

m ar mn~

donde efectuando la diferencia entre cada uno de los umbrales Ife, lae, y el nivel de gris, Imeanpix, correspondiente a la media aritmética de los niveles de gris, Ipx, de los pixeles de la imagen termográfica (203), 15 se obtienen los correspondientes umbrales de niveles de grises relativos, I'fe y I'ae, expresándose lo anterior mediante las siguientes relaciones matemáticas:

• temperatura umbral de defecto relativa a la temperatura media del panel fotovoltaico (111), r'fe' = Ife -lmeatlpix

20 • temperatura umbral de alarma relativa a la temperatura media del panel fotovoltaico (111 l, r'a,·= lr16 -lmsanptx

donde

E &:!.lp% t lmganpf..x =

25 n lpri. = intsnsldadd" gris ds unpí%¡¡ ¡ I rIllla. ima.g.m trJTmo!)Tá¡l.ra n = n&rr.Ii'To ·di pir&lis de la tmagm tflrmográ{tca
11.-Procedimiento (2) de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos (402) en instalaciones fotovoltaicas

30 según la reivindicación 8, caracterizado por que las imágenes termograticas (202) son agrupadas y archivadas en conjuntos de imágenes para su posterior consulta y análisis en un proceso (0.101 a D. 110) de flujo de imágenes termográficas (202) que toma en consideración si la imagen termográfica (202) está clasificada bien como Imagen de Panel con Posible Defecto, Ippf (0.210) o bien como Imagen de Panel Defectuoso, Ipf (0.211) Y que se realiza del siguiente modo:

35 • se inicializan las variables (0.101) del procedimiento (2), se verifica (0.102) si existe alguna nueva imagen termográfica (202) disponible y se clasifica (0.103) dicha imagen termográfica (202);

• cuando se verifica si es Alarma o Defecto (0. 104), obselVando si la imagen termográfica (202) está clasificada bien como Imagen de Panel con Posible Defecto (0.210) o bien como Imagen de Panel Defectuoso (0.211) , entonces se verifica (0.108) si existe algún conjunto de imágenes previamente

40 abierto, según lo cual:

-

si no existe un conjunto de imágenes previamente abierto en el que incluir la imagen termográfica (202) que se está procesando, se abre (D. 109) un nuevo conjunto de imágenes y se incluye (0. 110) como primera imagen termográfica (202) de este conjunto de imágenes la imagen termográfica (202) que se está procesando, y se verifica (D. 102) nuevamente si existe

45 una nueva imagen termográfica (202) disponible;

-

si ya existe un conjunto de imágenes previamente abierto, se incluye (D. 110) en este conjunto de imágenes la imagen termográfica (202) que se está procesando, y se verifica (D. 102) nuevamente si existe una nueva imagen termográfica (202) disponible;

50 • cuando se obtiene (D. 104) que la imagen termográfica (202) no está clasificada bien como Imagen de Panel con Posible Defecto (0.210), o bien como Imagen de Panel Defectuoso (0.211), entonces se verifica (0.105) si existe algún conjunto de imágenes previamente abierto, según lo cual:

-

si no existe un conjunto de imágenes previamente abierto en el que incluir la imagen termográfica (202) que se está procesando, se verifica (D. 102) nuevamente si existe una 55 nueva imagen termográfica (202) disponible; -si ya existe un conjunto de imágenes previamente abierto, se incluye en este conjunto de imágenes la imagen termográfica (202) que se está procesando, se cierra (0.106) Y archiva

(D. 107) dicho conjunto de imágenes y se verifica (D. 102) nuevamente si existe una nueva imagen termográfica (202) disponible.
12.-Procedimiento (2) de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos (402) en instalaciones fotovoltaicas según la reivindicación 8, caracterizado por que a cada imagen tennográfica (202) se le adjudica un color distintivo según su clasificación.

5 13.-Procedimiento (2) de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos (402) en instalaciones fotovoltaicas según la reivindicación 8, caracterizado por que comprende poner en marcha una primera alanna sonora cada vez que se detecta un panel fotovoltaico defectuoso (402).
14.-Procedimiento (2) de detección de paneles fotovoltaicos defectuosos (402) en instalaciones fotovoltaicas

10 según una cualquiera de las reivindicaciones 8 o 13, caracterizado por que comprende poner en marcha una segunda alarma sonora si la velocidad de avance del vehiculo de inspección (208) supera la velocidad máxima.