The worldwide increased knowledge of the environment and the risk of exhausting non-recoverable energy sources is a reason that various methods of using alternative resources have been sought. Use of drones to get aerial thermal images is one of the tools that enhance the photovoltaic modules’ inspection.

Drone will find some facts that you should know before getting your hands on this trendy gadget.

Solar energy is an inexhaustible source which, thanks to the programmes for the support of the construction of solar power plants is most often used. drone The need for problem-free operation of such a power plant is high-quality assembly, as well as regular maintenance and inspection of all panels. A fast, cheap and reliable method where it is possible to check the quality of a large area of solar panels is thermodiagnostics using the thermal imaging system attached to the drone.

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Outline of the issue

Each panel usually consists of 36 to 96 crystalline silicon cells that work on the photovoltaic effect principle. This is a very simple principle which, however, is influenced in practice by a large number of disturbing circumstances that can occur in production and use. During production and then during the installation and operation of photo voltaic power plants, defects can occur that affect the service life or restricts the performance of the panels. The most well-known material defect is the so-called swirl defect, which is caused by the injection of oxygen admixtures into the material during the production of silicon ingots.

The worldwide increased knowledge of the environment and the risk of exhausting non-recoverable energy sources is a reason that various methods of using alternative resources have been sought. Solar energy is an inexhaustible source which, thanks to the programmes for the support of the construction of solar power plants is most often used. The need for problem-free operation of such a power plant is high-quality assembly, as well as regular maintenance and inspection of all panels. A fast, cheap and reliable method where it is possible to check the quality of a large area of solar panels is thermodiagnostics using th thermal imaging system attached to the drone.

Process defects are defects caused by poor construction and incorrect use of the panels. For the user, this may concern mechanical damage fromcareless use (scratches, cracked or broken cell) or the covering of surface areas with dirt resulting in insufficient maintenance. There is often a break in the integrity of individual layers of the panel caused either by the effects of internal tensions in the cell or by dispersion of the dirt into the silicon material during the manufacturing process.

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Most of the mentioned defects result in the occurrence of hot places, known as hot spots. This is where there is an increased recombination of electrons and holes. Energy released during this process is radiated into the space as heat. These spots report excessive heating and the thermal difference compared with good cells can be higher than 50°C. This often leads to irreversible damage to the defective cell, as well as to the whole panel. Inspection of individual photo voltaic cells is usually a difficult task. Either the panels are located at a high height on the roofs of buildings, or the area is large and a visual inspection is both time and financially demanding. The omission of regular inspection once a year (detailed inspection a minimum of 1x per 4 years) can have fatal consequences in the form of fire.

Use of thermal cameras during the diagnostics of photo voltaic panels

The ideal solution to this problem is the application of thermal camera systems because the hot spots are significantly reflected on the thermal image (termogram) by contract colouring towards the surrounding. In most cases it is not possible or safe to approach the panels with a thermal camera either in the case that the panels are located on sloped roofs or cases where passing between the panels is prevented by various obstacles (plants, roughness of the terrain). For these reasons, an elegant and efficient solution is the fixation of theon the drone.

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  • Pilot and drone owner: The drones used for thermal inspections are multi-rotor heavy duty drones with 10 to 15 min autonomy that only a few people in each country/state owns a flying license for, the maintenance of the drone and the associated insurances should also be taken into account.
  • Thermal analysis expert: When solar cells are inspected from the front, a thermal imaging camera can see the heat distribution on the glass surface but can only see indirectly the heat distribution in the underlying cells. On top of that the reflectance of the glass has a severe impact on the quality of the image. A thermal analysis expert will look for the appropriate angle, distance and fly speed to optimize the time and enhance the results.
  • PV Modules expert: This is actually the most valuable activity, since thermal images only provides you malfunction evidence, but only an experienced photovoltaic expert, in other words, a “PV Doctor“, will lead to an accurate diagnosis and a cost-effective resolution case by case.
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Di seguito vengono presentati alcune applicazioni in ambito civile per gli APR:
Sicurezza territoriale, delle frontiere e lotta ai narcotrafficanti
Gli Stati Uniti nel 2011 hanno iniziato una collaborazione col Messico per arginare il fenomeno dell’immigrazione clandestina e del traffico di sostanze stupefacenti attraverso il loro confine. L’esercito statunitense ha iniziato ad impiegare i propri aeromobili a pilotaggio remoto nei cieli del Paese vicino in seguito all’uccisione dell’agente dell’immigrazione Jaime Zapata, freddato da alcuni uomini armati nel Nord del Messico il 15 febbraio 2011. Le azioni congiunte USA-Messico sono state definite dai due presidenti Barack Obama e Felipe Calderón, con la finalità di adottare una strategia aggressiva per mettere fine all’escalation di violenza dei trafficanti di droga (negli ultimi anni questa “guerra” silenziosa ha causato circa 34 000 vittime). Gli APR verranno impiegati per segnalare i movimenti e la forza numerica dei narcotrafficanti, informazioni che vengono subito comunicate agli agenti sul territorio. Volano a 18 000 metri d’altezza, praticamente invisibili da terra, e in un solo giorno possono controllare minuziosamente un’area di circa 100 000 chilometri quadrati.
 
Monitoraggio siti Archeologici, contro la depredazione e il commercio illegale di reperti
Chiaro esempio il monitoraggio dell’antichissima necropoli di Fifa (Giordania) ad opera dei Droni. La soluzione valida, considerando anche la difficoltà oggettiva di avere e reperire personale in zone militarmente attive come il Medio Oriente.
Monitoraggio con drone centrali termoelettriche e impianti industriali
Gli APR possono essere utilizzati anche per monitorare nel tempo gli impianti di produzione di energia elettrica, o più in generale impianti industriali, utilizzando sensori (termocamere, camere multispettrali ecc.).
Telerilevamento
Il telerilevamento, in inglese Remote Sensing, è la disciplina tecnico-scientifica o scienza applicata con finalità diagnostico-investigative che permette di ricavare informazioni, qualitative e quantitative, sull’ambiente e su oggetti posti a distanza da un sensore mediante misure di radiazione elettromagnetica (emessa, riflessa o trasmessa) che interagisce con le superfici fisiche di interesse. Grazie alla possibilità di volare anche a quote molto basse e di disporre di sensori di piccole dimensioni ma di buona qualità, gli APR appartenenti in particolare alla categoria mini possono essere utilizzati per applicazioni legate al telerilevamento quali la creazione di mappe di vigore di colture agricole e monitoraggio dello stato di salute della vegetazione, la creazione di mappe di copertura e uso del suolo, per l’analisi e il supporto nelle fasi immediatamente successive a calamità naturali oppure per il monitoraggio e la mappatura delle dispersioni termiche di edifici (case, capannoni, impianti industriali) privati e pubblici in un periodo, come quello attuale, in cui si parla molto di sviluppo sostenibile e perdita di terreno da destinare ad aree verdi.
Aerofotogrammetria e rilievo dell’architettura
La fotogrammetria è una tecnica di rilievo che permette di acquisire dei dati metrici di un oggetto (forma e posizione) tramite l’acquisizione e l’analisi di una coppia di fotogrammi stereometrici. Con l’avvento delle camere digitali di ridotte dimensioni (compatte o reflex), ma che possono garantire un elevato standard qualitativo relativamente all’immagine prodotta, la fotogrammetria può essere accostata agli APR e al loro utilizzo per la creazione di Modelli digitali del terreno (DTM), produzione ortofoto e, allo stesso tempo, per il rilievo architettonico di infrastrutture ed edifici per la creazione di modelli 3D.
Monitoraggio ambientale e calamità naturali
 
Gli APR possono essere utilizzati per il monitoraggio con drone degli animali selvatici e il controllo numerico periodico per quelle specie con un alto tasso di riproduzione che potrebbero essere un problema sia per la biodiversità dell’ambiente in cui vivono sia per quanto riguarda i danni economici causati alle produzioni agricole e zootecniche presenti sul territorio.
Operazioni di ricerca e soccorso
I droni possono svolgere un ruolo importante nelle operazioni di ricerca e soccorso consentendo di effettuare delle ricognizioni in tempi rapidi, in particolare a seguito del verificarsi di situazioni di emergenza.

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