Inspektion und Reinigung von Solaranlagen mit NI Vision und Wallwalker

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Bild: 1 Wallwalker auf Solaranlage

Author(s):
Azaiz Ridha - RWTH Aachen

Kurzfassung

Weltweit werden immer mehr große Solaranlagen installiert, nicht zuletzt wegen der Befürchtungen zum Klimawandel. Bei den alternativen Energiequellen ist der Wirkungsgrad von hoher Bedeutung. Verschmutzungen, Zellenbruch und andere Schäden senken den Ertrag der Solaranlage. Dies bleibt oft unbemerkt vom Betreiber der Anlagen, welche meist geneigt und in großer Höhe aufgestellt werden. Die Inspektion und Reinigung der Solaranlage wird wegen dem Aufwand und aus Gründen des Arbeitsschutzes oft vernachlässigt. Hier helfen NI Vision und Wallwalker. Wallwalker ist ein leichter Roboter der sich auf den empfindlichen Solarmodulen fortbewegt, diese inspiziert und reinigt. Mit der Bildverarbeitungssoftware NI Vision und LabVIEW wird der Reinigungsvorgang kontrolliert und dem Verschmutzungsgrad angepasst. Weiterhin können Schäden festgestellt und dem Betreiber gemeldet werden. So wird die Effizienz der Solaranalge gesteigert und die Anlage amortisiert sich schneller.

Einleitung

Wallwalker ist ein Roboter der sich auf glatten Flächen mit bis zu 90° Neigung fortbewegt. Er erkennt Hindernisse und Zwischenräume und schreitet über diese. Neben der Vor- und Rückbewegung kann der Roboter auch Drehen um so jeden Punkt einer Fläche zu erreichen. Solaranlagen bestehen aus mehreren Modulen die in geringem Abstand zueinander montiert und verschaltet sind. Der Roboter läuft diese idealer Weise meanderförmig ab.

Die Solarmodule sind wiederum aus einzelnen Zellen aufgebaut. Ist eine Zelle beschattet bzw. verschmutzt, so wird die gesamte Reihe der Zellen durch Schutzdioden abgeschaltet. Der Ertrag sinkt überproportional. Wäre die Abschaltung nicht vorhanden, würde die einzelne Zelle als Verbraucher fungieren, sich erhitzen und schließlich zerstört werden. Die Belastbarkeit der Solarmodule ist begrenzt. Ein niedriges Gewicht des Roboters ist daher wichtig.

Umsetzung

Mit der Software NI Vision kann der Verschmutzungsgrad eingeschätzt und so bedarfsorientiert gereinigt werden. Des weiteren werden Delamination, Brüche und andere Schäden dem Betreiber mitgeteilt. Der Roboter bewegt sich automatisch durch einen eingebauten Embedded Web-controller fort. Dieser ist ethernetfähig und via WLAN mit einem Laptop verbunden. Auf diesem läuft NI LabVIEW und Vision. Wallwalker ist mit zwei Kameras ausgestattet. Die vordere nimmt die verschmutzte Solarzelle auf, während die hintere die gereinigte kontrolliert. Dies erscheint zunächst Anspruchsvoll, da es Solarzellen in verschiedenen Abmessungen sowie in Amorpher, Monokristalliner- und Polykristalliner Struktur gibt. Die Software muss eine verschmutzte oder beschädigte Solarzelle von einer gereinigten unterscheiden.

Neuere Solarmodule sind mit Barcodes auf der Oberfläche ausgestattet. In dem der Roboter den Barcode aufnimmt kann die Solarzelle ermittelt werden. LabVIEW kann dann aus einer Datenbank auf eine saubere Zelle zugreifen und diese als Referenz verwenden. Diese Referenzzelle wird zunächst mit der Aufnahme der vorderen (verschmutzten) und danach mit der hinteren (sauberen) Solarzelle verglichen.

Programmierumgebung

Charakteristisch ist für Solarzellen die Kontaktfläche. Sie gleicht einer Gitterstruktur und nimmt den Strom ab. LabVIEW teilt dem Controller im Roboter jeweils mit, ob besonders gründlich, nochmal gereinigt werden muss oder ob ein Schaden vorliegt. Wallwalker zählt die Module und Solarzellen die er überschreitet. So kann on board eine Kartografie erstellt werden wodurch jedem Bild einer Solarzelle eine Koordinate vergeben wird.

Zusammenfassung und Ausblick

Wallwalker ist ein mobiler Roboter der die Effektivität Solaranlagen sicherstellt. Durch ihn können nun große, steile Flächen betreten werden, bei denen eine Wartung bisher zu gefährlich gewesen ist. Das fehlerhafte weil monotone Inspizieren und Reinigen durch den Menschen entfällt. Mit NI Vision und LabVIEW kann der Solarteur die Wartung der Anlage bequem kontrollieren und administrieren. Eine Vielzahl an Diversifizierungsmöglichkeiten für Mess-, Prüf und Montagearbeiten können mit NI Vision und Wallwalker entwickelt werden.

Author Information:
Azaiz Ridha
RWTH Aachen
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