MÉTODO PARA LA INSPECCION AUTOMATIZADA DE CAPTADORES SOLARES FOTOVOLTAICOS INSTALADOS EN PLANTAS.

Método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas,

en el que mediante medios de procesamiento de imágenes se analizan conjuntos de captadores (1). Tras un primer tratamiento, se segmentan las imágenes capturadas para obtener de forma diferenciada los paneles (2) que forman dichos captadores (1). Posteriormente se realiza un análisis de las imágenes de los paneles (2), mediante medios de procesamiento de imágenes, que pueden incluir transformaciones geométricas análisis de su textura. A continuación, los paneles (2) pueden descomponerse en un cuerpo principal (3) formado por una matriz de células fotovoltaicas (4) dispuestas sobre el backsheet (5), y periferia del panel (6), que podrán ser analizadas por medios de procesamiento de imágenes, en busca de defectos, identificando el tipo, número y severidad de cada uno de dichos defectos detectados en base a las irregularidades observadas.

MÉTODO PARA LA INSPECCION AUTOMATIZADA DE CAPTADORES SOLARES

FOTOVOLTAICOS INSTALADOS EN PLANTAS

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención pertenece al campo técnico de los captadores solares fotovoltaicos para la producción de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía solar, concretamente al diagnóstico de plantas solares fotovoltaicas constituidas por captadores planos sobre estructuras fijas o con seguimiento, y más concretamente a la inspección automatizada de los paneles en la propia planta, preferentemente en el espectro visible, aunque también se puede realizar la inspección en el espectro infrarrojo, o mediante una combinación de ambos. Como resultado de dicha inspección, deben quedar de manifiesto todos los posibles defectos que existan en los captadores solares analizados, siempre que dichos defectos se manifiesten bien en el espectro visible, o bien en el infrarrojo si se trabaja en una inspección en ese rango del espectro.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad, existen diferentes métodos para el diagnóstico de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas. Entre otros, cabe destacar los siguientes: Análisis en laboratorio de una muestra representativa de paneles de la planta. Este método puede aplicarse sobre una pequeña muestra de módulos pero es inviable en costes si se desea aplicar a todos los módulos de una planta. Aunque algunas de las técnicas empleadas en este tipo de diagnóstico contemplan estrategias de tratamiento digital de imágenes, las condiciones de medida y los resultados que se obtienen son totalmente distintos a los de la presente invención, desde el punto de vista de la adquisición de la imagen, su resolución, tamaño, y del propio análisis. Medida de las características eléctricas de una muestra representativa de módulos mediante un trazador V-I. Con este proceso no se garantiza un mantenimiento preventivo de los paneles, ya que no se identifican defectos en los módulos que, aunque no ocasionen una pérdida de potencia en el momento actual, sí puedan ocasionarla en el futuro.

Inspección en el rango infrarrojo con cámaras termográficas. Este método consiste en la detección de zonas calientes a partir de gradientes de temperaturas. Inspección directa de los paneles por parte de un operario. Este procedimiento facilita no sólo el mantenimiento correctivo sino también el mantenimiento preventivo de las plantas. Por contra, es un proceso que requiere en su totalidad de la intervención humana, es subjetivo, y requiere una gran cantidad de tiempo para la inspección detallada de toda una planta. La presente invención consiste en la automatización y mejora de dicho proceso de manera que se puedan realizar diagnósticos de plantas completas mediante la adquisición y tratamiento de imágenes de alta resolución. No se conocen soluciones en el estado de la técnica enfocadas en esta línea. Era por tanto deseable un método para la inspección de plantas fotovoltaicas de forma automatizada y mejorada, evitando así los inconvenientes existentes en los anteriores procedimientos del estado de la técnica.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención resuelve los problemas existentes en el estado de la técnica mediante un método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas, basado en la obtención de imágenes de dichos captadores y en el tratamiento y análisis de éstas mediante medios de procesamiento digital de imágenes. Este método presenta un conjunto de etapas, las cuales se describen a continuación. En primer lugar se fijan las condiciones y parámetros para la toma de imágenes, y se configuran los medios para la obtención de las imágenes de los captadores solares fotovoltaicos que se van a inspeccionar. Estas condiciones pueden ser: rango del espectro, condiciones de iluminación, orientación, resolución, óptica, filtros ópticos, posición y orientación relativa entre captador y cámara, número de cámaras utilizadas, número de imágenes tomadas por captador y panel, y cualquier combinación de éstas. En función de lo que resulte más provechoso para cada paso concreto del procesamiento de las imágenes, éstas podrán ser tratadas directamente en color o ser convertidas transitoriamente a escala de grises. Además, de forma particular, el rango del espectro fijado puede abarcar parte del infrarrojo, de tal forma que se obtengan imágenes termográficas del captador.

A continuación se obtienen imágenes de los captadores solares fotovoltaicos a inspeccionar mediante al menos una cámara, aunque se pueden utilizar varias, de forma que cada imagen comprenda al menos parte de un captador. La imagen obtenida puede ser una imagen panorámica del captador completo, obtenida a través de una cámara acoplada a un dispositivo de captura panorámica. Alternativamente, si la cámara no está acoplada a dicho dispositivo de captura panorámica, y no proporciona imágenes del captador completo, sino únicamente imágenes parciales de éste, se pueden tratar directamente dichas imágenes parciales,

o bien obtener una imagen panorámica que abarque el captador completo, mediante la composición de un mosaico cuyas piezas sean dichas imágenes parciales. Posteriormente se realiza un análisis de las imágenes de los captadores obtenidas mediante medios de procesamiento de imágenes por computador. En este análisis, se localiza en la imagen el captador a inspeccionar, separándolo de otros elementos ajenos como fondo, cielo, e incluso otros captadores que estuvieran en la imagen. Después se realiza una segmentación de la imagen del captador que recoge de forma diferenciada cada uno de los paneles que lo conforman, y con ayuda de los medios de procesamiento de imágenes, se hace un análisis individualizado de cada panel. Concretamente, el proceso de localización y segmentación del captador consta de las siguientes subetapas: Primeramente, se procede con una binarización de la imagen con un único umbral obtenido a partir de una región interior del primer plano de dicha imagen, y que consiste en una matriz de paneles encuadrados en la imagen de partida. Dicha región es representativa de los tonos claros y oscuros del interior del captador. Alternativamente, la binarización se podría realizar de forma adaptativa, en la que el umbral no es único, sino que depende de cada región de la imagen. A continuación se eliminan pequeñas discontinuidades del interior de los paneles debido, entre otros, a los busbars y fingers de las células, y se realiza un etiquetado de la imagen, en el que se separa verdaderamente como región individual cada región de la imagen no conectada a cualquier otra. Esto permite diferenciar cada panel de los demás y poder tratarlo así de forma individual como parte de la matriz de paneles inicialmente definida. Posteriormente se rellenan los huecos correspondientes al backsheet de cada uno de los paneles, lo que proporciona un compactado del interior de dichos paneles, y se procede con un nuevo etiquetado y filtrado que elimina todas las regiones que no corresponden con el aspecto esperado de los paneles según criterios de área, rectangularidad y otros.

De acuerdo con una realización preferente de la invención, tras la segmentación de la imagen del captador en paneles diferenciados, puede realizarse una segmentación final sobre los paneles, que comprende a su vez una binarización adicional en cada uno de los paneles diferenciados obtenidos tras la primera segmentación, con un umbral obtenido a partir de una región interior del panel representativa de los tonos claros y oscuros del interior del panel concreto. Igualmente a como sucedía con la primera binarización, de forma alternativa esta binarización adicional se podría realizar de forma adaptativa, en la que el umbral no sería único, sino que dependería, a su vez, de cada pequeña región interior del panel. Tras esta binarización adicional se eliminan las discontinuidades del interior del panel, y se rellenan los huecos existentes en éste, para finalmente realizar un nuevo filtrado según criterios de área, rectangularidad y otros. Una vez que se ha realizado la segmentación para la obtención de los paneles, se realiza un análisis de las imágenes de los paneles mediante los medios de procesamiento de imágenes. Como paso previo a este análisis se realiza una corrección de rotación, escalado y perspectiva de cada imagen de panel mediante transformaciones geométricas para llevar éstas a la misma disposición de unas imágenes patrón con las que se van a comparar para detectar los posibles defectos. Con defectos se hace referencia a cualquier irregularidad o anomalía en los paneles, apreciables visualmente, o en el infrarrojo, tales como...

1. Método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas, que comprende las etapas de -fijación de las condiciones de captura y parámetros, y de los medios para la obtención de las imágenes de los captadores solares fotovoltaicos (1) a inspeccionar, dichas condiciones seleccionadas entre rango del espectro, condiciones de iluminación, orientación, resolución, óptica, filtros ópticos, posición y orientación relativa entre captador y cámara, número de cámaras utilizadas, número de imágenes tomadas por captador y panel, y cualquier combinación de éstas, -obtención de las imágenes de los captadores solares fotovoltaicos (1) a inspeccionar mediante al menos una cámara, en la que cada imagen comprende al menos parte de un captador (1) , -análisis automatizado de las imágenes obtenidas de los captadores (1) , mediante medios de procesamiento de imágenes, que comprende a su vez las subetapas de

-localización en la imagen del captador (1) a inspeccionar, -y segmentación de la imagen del captador (1) obteniendo de forma diferenciada cada uno de los paneles (2) que conforman dicho captador (1) , y

-análisis de las imágenes de los paneles (2) mediante los medios de procesamiento de imágenes, -y análisis del cuerpo principal (3) mediante los medios de procesamiento de imágenes, que a su vez comprende las subetapas de

-descomposición del cuerpo principal (3) en cada una de las células fotovoltaicas (4) , y -análisis individualizado de cada una de las células fotovoltaicas (4) a través del análisis visual de irregularidades, y -análisis del color de la célula (4) y del backsheet (5) , para la detección de quemaduras y otros defectos.

2. Método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas, según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de análisis de las imágenes de los paneles (2) mediante los medios de procesamiento de imágenes a su vez comprende las subetapas de

- corrección de rotación, escalado y perspectiva de cada imagen de panel (2) mediante transformaciones geométricas para llevar éstas a la misma disposición de unas imágenes patrón con las que se van a comparar,

3. Método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una etapa adicional de análisis visual de los interconectores periféricos (7) y análisis del color del backsheet (5) periférico, para la detección de quemaduras y otros defectos.

4. Método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la subetapa de análisis individualizado de cada una de las células fotovoltaicas (4) se realiza un análisis de la textura de la célula (4) y de sus componentes.

5. Método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa de análisis de las imágenes obtenidas de los captadores (1) , mediante medios de procesamiento de imágenes, comprende una subetapa adicional de composición de una imagen panorámica del captador (1) en el caso en que diferentes partes de un captador (1) hayan sido tomadas en imágenes diferentes, en la que a partir de dichas imágenes diferentes se recompone una imagen del captador (1) completo.

6. Método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la etapa de fijación de las condiciones de captura y parámetros para la obtención de las imágenes de los captadores (1) se fijan las

condiciones seleccionadas entre rango del espectro, condiciones de iluminación, orientación, resolución, óptica, filtros ópticos, posición y orientación relativa entre captador (1) y cámara, numero de cámaras utilizadas, número de imágenes tomadas por captador (1) y panel (2) , y combinación de éstas.

7. Método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas, según la reivindicación anterior, caracterizado porque el rango del espectro electromagnético fijado cubre al menos parte del infrarrojo, obteniéndose con ello imágenes termográficas.

8. Método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tratamiento de las imágenes está seleccionado entre tratamiento de las imágenes en color, tratamiento de las imágenes convertidas transitoriamente a escala de grises, y combinación de ambas.

9. Método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la localización en la imagen del captador (1) a inspeccionar y la segmentación de la imagen de éste comprenden a su vez -una primera binarización de la imagen con un único umbral obtenido a partir de una región interior de la matriz de paneles (2) representativa de los tonos claros y oscuros del interior del captador (1) , -eliminación de pequeñas discontinuidades del interior de los paneles causadas por los busbars (12) de las células (4) , -etiquetado de imagen, en el que se separa verdaderamente como región individual cada región de la imagen no conectada a cualquier otra región, lo que permite diferenciar cada panel (2) de los demás y tratarlo de forma individual, -relleno de los huecos correspondientes al backsheet (5) de cada uno de los paneles (2) , lo que proporciona un compactado del interior de dichos paneles (2) , -nuevo etiquetado y filtrado que elimina todas las regiones que no corresponden con el aspecto esperado de los paneles (2) según criterios de área, rectangularidad y otros.

10. Método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas, según la reivindicación anterior, caracterizado porque tras la subetapa de segmentación de la imagen del captador (1) en paneles (2) diferenciados, comprende una segmentación final sobre cada uno de los paneles (2) , que comprende a su vez -una binarización adicional en cada uno de los paneles (2) diferenciados obtenidos tras la segmentación, con un umbral obtenido a partir de una región ampliada de la región etiquetada durante el proceso de segmentación anterior, asumiendo que dicha región ampliada contendrá completamente al panel (2) y será representativa de los tonos claros y oscuros de dicho panel (2) ,

11. Método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas, según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 10, caracterizado porque la subetapa de corrección de rotación, escalado y perspectiva de cada imagen de panel (2) comprende a su vez -segmentación del contorno del panel (2) en cuatro segmentos (8) , que forman un trapezoide (9) que se corresponde con el cuerpo principal del panel (2) , -transformación de homografía de los vértices del trapezoide (9) y de todos los puntos de éste que comprende rotación, traslación y escalado y que convierte dicho trapezoide (9) en un rectángulo (10) alineado con los ejes de la imagen haciéndolo comparable con las imágenes patrón.

12. Método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la subetapa de descomposición del cuerpo principal (3) en cada una de las células fotovoltaicas (4) la localización exacta en el panel (2) de dichas células (4) se realiza mediante emparejamiento por plantilla, en la que un algoritmo genera un modelo que localiza en la imagen objetos semejantes a una imagen plantilla de la célula (4) .

13. Método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque antes del análisis individualizado de cada una de las células fotovoltaicas (4) se realiza un suavizado de la imagen de dicha célula (4) , mediante promediado en el entorno de vecindad de cada píxel que la forman, para que el aspecto de la célula sea lo más homogéneo posible.

14. Método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque -el análisis individualizado de cada una de las células fotovoltaicas (4) comprende a su vez un modelo de variación, en el que se utiliza

- análisis de textura del panel (2) a gran escala, y

- descomposición del panel (2) en

- cuerpo principal (3) de geometría regular en forma de matriz de

células fotovoltaicas (4) idénticas dispuestas sobre el backsheet (5) ,

- y periferia del panel (6) .

- eliminación de discontinuidades del interior del panel (2) ,

- relleno de los huecos existentes en el panel (2) ,

- nuevo filtrado según criterios de área, rectangularidad y otros.

-una imagen de media de imágenes prototipo consideradas correctas, y -una imagen de tolerancia de la desviación permitida respecto a la imagen de media,

-y porque las células (4) se comparan con las imágenes del modelo de variación, marcándose en estas células (4) las diferencias de intensidad con respecto a dichas imágenes.

15. Método para la inspección automatizada de captadores solares fotovoltaicos instalados en plantas, según la reivindicación anterior, caracterizado porque -adicionalmente se realiza una umbralización dinámica en la que se compara cada uno de los píxeles de la imagen de la célula (4) con la media o mediana de un entorno de vecindad del mismo, y si la diferencia en intensidad es mayor que un valor prefijado se considera irregular, -y porque se excluyen de dicha umbralización dinámica los busbars (12) y los espacios entre células (4) , pertenecientes al backsheet (5) .

Fig.º1

1

2

Fig.º2

Fig.º3

Fig.º4

2 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18

19 20 21 22 23 24 25 26 27

p1 8 p2 p1* Fig.º5 10 p2* p1* 8 p2*

p4 Fig.º6A 8 8 9 p3 p4* Fig.º6B 8 p3* p4* 8 Fig.º6C p3* 8

Fig.º7

Fig.º8