Aurinkopaneelien tarkastustoimintaa dronella

Uusiutuvaa sähköenergiaa auringonsäteilystä valosähköisen ilmiön avulla tuottavia aurinkokennoja käytetään hyvin monenlaisiin tarkoituksiin. Niitä hyödynnetään esimerkiksi pienistä puutarhavalaisimista aina isojen aurinkopuistojen satojentuhansien aurinkopaneeleiden muodostamiin järjestelmiin.

Valosähköisessä ilmiössä sähkön tuottaminen perustuu puolijohteisiin. Yleisin kennoissa käytetty materiaali on pii (Si). Kaupallisissa kennoratkaisuissa käytetään yksi- ja monikiteisiä piikennoja sekä ohutkalvotekniikoissa amorfista piitä. Asennuksen helpottamiseksi kaupallisissa paneeliratkaisuissa pienet kennot on yhdistetty esimerkiksi 170 x 110 senttimetrin kokoisiksi aurinkopaneeleiksi.

Auringon maahan kohdistuva säteily muunnetaan aurinkopaneeleilla valosähköisen ilmiön avulla sähköenergiaksi. Säteilyn voimakkuus Suomen leveysasteella on noin 1 000 wattia neliömetriltä. Paneelitekniikasta riippuen kennojen hyötysuhde on noin 15–25 prosenttia. Esimerkiksi pinta-alaltaan viiden neliön kokoinen aurinkopaneelijärjestelmä tuottaa sähköenergiaa siis parhaimmillaan yhden kilowatin (kW). Yleisimmin paneelit asennetaan maahan, rakennuksien katoille tai seiniin. Tuottoon vaikuttavat paneelien geologisen sijainnin lisäksi muun muassa ilmakehän ominaisuudet ja ympäristön aiheuttamat varjostumat. Kaupallisten aurinkopaneelien arvioitu käyttöikä on yleisesti noin 30 vuotta. (Kortetmäki, Lehto, Heikkilä, Orrberg, Ylinen, Andersén & Nikander 2023.)

Mekaanisesti aurinkopaneelit ovat varsin yksikertaisia ja vaativat vähän huoltoa. Koska paneelien hyötysuhde on kuitenkin varsin pieni, voi pienikin vika tai häiriö aiheuttaa yksittäisessä aurinkopaneelissa merkittävää tehohävikkiä.

Yksittäisen aurinkopaneelin häiriöttömällä toiminnalla on erilainen merkitys koko laitteiston toiminnalle riippuen paneelijärjestelmän koosta ja suunnitellusta käyttötarkoituksesta. Esimerkiksi pienessä muutaman paneelin järjestelmässä suhteellisen pienikin varjostuma tai likatahra paneelin pinnalla saattaa vähentää merkittävästi energian tuottoa, mikä aiheuttaa taloudellisia tappioita ja heikentää merkittävästi investoinnin taloudellista kannattavuutta. Suuressa aurinkopuistossa yksittäiseen paneelivikaan ei välttämättä heti edes puututa.

Isoissa aurinkopuistoissa noudatetaan yleensä ennalta laadittua kunnossapito-ohjelmaa, jolla pyritään varmistamaan laitteiston häiriötön toiminta. Muutaman paneelin rikkoutumista ei välttämättä edes huomata tuotannonseurannassa, joten välittömiin toimienpiteisiin ei yleensä ryhdytä.

Dronella tehtävät aurinkopaneelien tarkastukset mahdollistavat turvallisen ja kustannustehokkaan kunnossapitotoiminnan. Aurinkopaneelit on usein asennettu haastaviin kohteisiin tai hyvinkin laajalle alueelle. Perinteisin menetelmin tarkastustoiminta voi olla hidasta, tai korkealla ja jännitteisien komponenttien lähettyvillä työ voi olla hyvinkin vaarallista.

Käytettävä drone voi olla ihan tavallinen kuvauskäyttöön tarkoitettu edullinen ja pienikokoinen kameradrone. Tavallisen RGB-kameran lisäksi drone voi olla varustettu lämpökameralla. Nykyään kaupallisissa droneissa lämpökameran resoluutio on yleisesti 640 x 512 pikseliä, mikä mahdollistaa riittävän erottelukyvyn muun muassa paneelivikojen paikallistamiseksi. Kaupallisten dronejen lentoajat ovat yleisesti 20–60 minuuttia, mikä mahdollistaa hyvinkin laajojen alueiden tarkastamisen jo yhdellä lennolla.

Tarkastuslennot voidaan suorittaa täysin manuaalisesti tai ennalta ohjelmoitujen reittien avulla. Esimerkiksi isoissa aurinkopuistoissa tarkastustyötä on helppo automatisoida reittien avulla ja tarkastustoiminnasta on mahdollista tehdä hyvinkin säännöllistä ja aikataulutettua. Mahdollisia haasteita dronella tehtäville tarkastuslennoille aiheuttavat vaikeat lento-olosuhteet tai droneihin liittyvä lainsäädäntö. Esimerkiksi pienikään kameradrone ei saa koskaan joutua ohjaajan näköyhteyden ulkopuolelle ilman erillistä toimilupaa. Tämä voi olla haasteellista esimerkiksi isojen aurinkopaneelipuistojen kunnossapidon kannalta. (Liikenne- ja viestintävirasto Traficom 2024.)

Pienempien aurinkojärjestelmien kohdalla, esimerkiksi omakotitaloissa, tarkastuslennot voidaan tehdä manuaalisesti ja viat voidaan reaaliaikaisesti havainnoida dronen lennonohjaimen kameranäytöltä.

Esimerkkitapauksessa tehtiin pientalon katolle asennetulle aurinkojärjestelmälle manuaalinen testimittauslento. Järjestelmässä ei epäilty löytyvän vikoja ennen testilentoa. Testissä käytettiin kaupallista lämpökameradronea, ja lento suoritettiin manuaaliohjauksella. Dronen avulla havaittiin yhdessä paneelissa pistemäisiä lämpöeroja, joita ei mitenkään voinut havaita visuaalisesti maasta käsin (kuva 1). Oletettiin, että pisteet olivat vain lintujen aiheuttamia epäpuhtauksia. Lämpökamerakuvasta havaittu kuumin ja laajin piste ei erottunut lainkaan dronen tavallisen RGB-kameran kuvasta. Lennon jälkeisenä päivänä kiinteistön omistaja teki vielä omat tarkistukset käsikäyttöisellä lämpökameralla samoin tuloksin. Paneeli oli sisäiseltä rakenteeltaan viallinen ja rikkoutui lopulta täysin (kuva 2). (Kortetmäki ym. 2023, 167.)

Kaupallisilla dronevalmistajilla on jo olemassa valmiita ohjelmistoja tehokkaiden tarkastuslentoreittien suunnitteluun ja lämpökameradronejen tuottamien kuvien analysointiin. Näiden lisäksi on olemassa useita eri räätälöityjä analysointiohjelmistoja huolto- ja kunnossapidon eri sektoreille. (DJI Enterprise 2025.)