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Applicazione della Termografia al Fotovoltaico
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| Applicazione ed Analisi di Impianti Fotovoltaici |
Le tecnologie di supporto per la razionalizzazione nell’utilizzo energetico
Termografia: uno strumento efficace per il risparmio energetico
Il suo impiego come indagine non-distruttiva per il rilevamento dello stato fisico di strutture è estremamente utile nel campo delle energie rinnovabili, come ad esempio nella rilevazione della dispersione energetica sotto forma di calore.
La termografia è l’acquisizione di un’immagine ricavata dalla radiazione Infrarossa (IR) emessa da un corpo “caldo”. Analogamente alla fotografia che si ottiene dalla luce visibile riflessa da un oggetto, la termografia si ottiene grazie alla “luce” IR che un corpo emette sulla base del suo stato termico e cioè della temperatura distribuita punto per punto sul corpo stesso. Poiché tale radiazione non è visibile, si conviene associare ad ogni temperatura rilevata su un determinato oggetto un colore scelto da una scala di colori corrispondente alle varie temperature. La termografia offre quindi informazioni non rilevabili con una comune macchina fotografica, perché riprende lo stato termico di un oggetto (e la temperatura punto per punto), a differenza di una ripresa fotografica. E’ facile capire come la tecnologia IR abbia avuto un grosso credito fin dai primi anni di apparizione nei settori più svariati. Essa è apparsa però di non facile approccio perché richiedeva particolari competenze ed una solida esperienza relativa alla specifica applicazione, al fine di una corretta interpretazione delle immagini termografiche legate anche ai tipi di materiali con cui l’oggetto in esame era realizzato.
Oggi la tecnologia IR, grazie a termocamere di ultima generazione, ha raggiunto livelli qualitativi impensabili fino a qualche anno fa, offrendo la possibilità di risoluzioni elevatissime con approssimazioni sempre più spinte (<0.1 °C), velocità di acquisizioni di immagini che superano i 10 kHz e ampi range spettrali. Date queste specifiche tecniche i campi applicativi si sono allargati notevolmente al punto che oggi è possibile introdurre la termografia in svariati settori per analizzare stati fisici di oggetti, monitorare mutamenti termici indotti da fattori fisici e/o chimici e studiare l’evoluzione di certi fenomeni al fine di prevedere eventi o preservare determinati oggetti. I campi di applicazione vanno da quello industriale a quello medicale, dai beni culturali alle civili abitazioni, dall’agricoltura alla tutela dell’ambiente, dal settore energetico alla sorveglianza ambientale.
Il rilievo dello stato termico di un semplice oggetto o di un sistema complesso, di una struttura o di un’area più o meno estesa consente, attraverso un’analisi puntuale dei gradienti di temperatura rilevati, di valutare il suo stato (fisico, chimico, biologico, etc) e confrontarlo con quello naturale al fine di individuare alterazioni indotte da cause esterne. Tale analisi non distruttiva dà la possibilità di esaminare oggetti, di monitorare impianti, di studiare processi, di verificare modifiche, cambiamenti o alterazioni determinate da fattori di varia natura. Mostriamo di seguito il risultato dell’applicazione della termografia ad impianti fotovoltaici: è chiaro il vantaggio economico nell’individuazione tempestiva dei difetti in parti più o meno estese dei moduli installati.
- Punti caldi in un modulo fotovoltaico (celle surriscaldate o hot spot)
Difetto nelle celle del modulo
 
Ombreggiamento parziale del modulo o di celle
- Parti calde in un modulo fotovoltaico (superficie surriscaldata o hot area)
Difetto in una o più serie di celle che compongono il modulo
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Termografia
Tutti i corpi che abbiano una temperature superiore al zero assoluto (-273.15 °C) emettono radiazione elettromagnetica in dipendenza dalla propria temperatura; dalla misura della radiazione emessa da un corpo può quindi essere ricavata la sua temperatura senza alcun contatto.
La termografia (come dice il nome) sfrutta la capacità di alcuni dispositivi di rivelare l’intensità della radiazione nella zona termica dello spettro elettromagnetico, cioè una regione dell'infrarosso. In particolare, la lunghezza d’onda corrispondente alla temperatura di oggetti a temperatura ambiente corrisponde a circa 10 micron. Nell’approssimazione che un corpo reale sia un perfetto corpo nero, cioè un perfetto emettitore di radiazione, è quindi possibile dedurre la sua temperatura dalla misura della radiazione emessa.
Fondamentalmente, la termocamera rileva la radiazione elettromagnetica emessa da ogni punto dell’oggetto e la rappresenta in un'immagine in livelli di grigio, visualizzabile a monitor. La termografia infrarossa è quindi una tecnica di misura non invasiva per immagini della temperatura superficiale dei corpi.
La termovisione quale mezzo di diagnosi non distruttiva presenta un vasto campo di applicazioni come il rilevamento dell'umidità, l'identificazione di perdite di calore, l’identificazione di elementi architettonici nascosti, l'individuazione di distacchi negli intonaci, la caratterizzazione materiale dell’edificio.
Le discontinuità termiche causate dalla presenza di difetti o danneggiamenti, che si originano su una superficie muraria in seguito a riscaldamento, sono chiaramente evidenziabili nelle immagini termiche mediante l'impiego di termocamere ad alta risoluzione termica (0.05/0.01°C) e di opportune tecniche di imaging.
Campi di Applicazione
EDILIZIA E CERTIFICAZIONE ENERGETICA
Ideale per determinare dispersioni di calore all'esterno di un edificio e per l'individuazioni delle sorgenti di dispersioni quali finestre, porte, errate coibentazioni etc.
Conoscere la struttura e la tessitura muraria prima di intervenire in maniera invasiva permette di risparmiare una notevole quantità di tempo e denaro nel campo delle ristrutturazioni.
• Certificazione Energetica
• Verifica dello stato della struttura, della trama muraria, del potere coibentante.
• Verifica dello stato degli intonaci e della loro adesione alla struttura portante.
• Individuazione precisa di perdite d’acqua anche se internamente a strutture murarie.
• Individuazione infiltrazioni ancora non visibili ad occhio nudo, fornendo dati sulla provenienza e sulla propagazione dell’infiltrazione.
• Individuazione di aree cariche di umidità all’interno dell’isolamento di un tetto o di qualunque altra copertura.
MANUTENZIONE PREDITTIVA MACCHINARI INDUSTRIALI
In ambito industriale, la termografia si rivela incredibilmente comoda per la prevenzione di fastidiosi e costosissimi fermi macchina dei macchinari di produzione. Confrontando tra loro diversi punti o i valori rilevati con quelli forniti dalla casa costruttrice è possibile stabilire la presenza di errate temperature di esercizio.
Mediante l’uso di una termocamera è possibile:
• Identificare il problema prima che si verifichi un guasto consentendo di risparmiare tempo e denaro
• Fornire un' immagine completa dello stato dell’oggetto ripreso
• Eseguire operazioni d'ispezione con l'impianto sotto carico
• Individuare i delta termici all’interno dell’oggetto ripreso
• Memorizzare i dati
• Informare con precisione sulle regolazioni da effettuare
R/D CONTROLLO QUALITA’ E PROCESSO
La Termografia permette di stabilire la correttezza degli standard costruttivi o la conformità a specifiche .
L'utilizzo di opportuni programmi di elaborazione termografica, permettono di studiare apposite soluzioni per ogni Azienda; consentendo di individuare tempestivamente le anomalie incipienti, pianificare le azioni correttive ed attuare un piano di miglioramento continuo delle "performance" funzionali.
- Sviluppo e studio di prototipi
- Ricerca di base o ricerca applicata
- Analisi comportamentale di apparati, materiali o componenti soggetti a qualsiasi tipo di sollecitazione termica
ELETTRICO ed ELETTRONICA
In ambito elettronico, una ripresa termografica, permette di individuare eventuali punti caldi di un circuito elettrico stampato; punti nei quali conosciuta la normale temperatura di esercizio è possibile intervenire con l'obiettivo di prevenire rotture o fusioni.
I tipici componenti da sottoporre ad un controllo ad infrarossi sono linee elettriche aeree, sottostazioni,trasformatori, tiristori, dispositivi di apertura dei circuiti, interruttori, fusibili, disgiuntori, motori e unità di controllo motori.
Al fine di ottenere da un’ispezione termografica i risultati più soddisfacenti è di solito consigliabile analizzare i sistemi elettrici quando il carico supera il 40 % e dopo che l’impianto è stato sotto carico per almeno un’ora.
RESTAURO E DIAGNOSTICA
Nel campo dei beni culturali, la termografia permette: il rilevamento dell'umidità nelle murature, l'individuazione di distacchi su affreschi,mosaici ed intonaci, lo studio composizionale di murature antiche e moderne, nonché il rilievo delle superfici maggiormente a rischio per fattori microclimatici.
AMBIENTE
Il monitoraggio degli abusi ambientali, realizzati da persone senza scrupoli, porta le varie strutture competenti a livello provinciale e comunale, ad avvalersi di servizi tecnologici idonei ad individuare gli abusi. Questo campo di applicazione è relativamente nuovo per la termografia ad infrarossi. Tramite un sistema basato sul rilevamento delle immagini termiche, è possibile individuare zone di calore differenziati. Forti delta termici presenti in zone adiacenti posso determinare aree con presenza di inquinamento. Generalmente i monitoraggi aerei per coprire vaste zone vengono eseguiti in orari notturni e diurni.
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