Thermografie-Drohne für Luftaufnahmen mit der Wärmebildkamera FLIR T640bx

 
Thermografie ist in den letzten Jahrzehnten zu einem wichtigen Thema in Industrie und Bausektor geworden. Eine neue Entwicklung stellen dabei thermografische Untersuchungen aus der Luft dar. Mittels einer Drohne können Infrarotkameras insbesondere bei Inspektionen von Photovoltaik-Anlagen wertvolle Dienste leisten. Auch bei thermografischen Untersuchungen von unzugänglichen Gebäuden oder Starkstromleitungen sowie im Feuerwehr- (Brandbekämpfung) und Polizeieinsatz (Strafverfolgung) finden Wärmebildkamera-Drohnen Einsatz. Denkbar sind darüber hinaus weitere industrielle Anwendungen, aber auch die Verwendung in Forschung & Entwicklung, modernster Luft-Boden-Archäologie oder der Natur- und Tierbeobachtung.
 

Vor dem Einsatz von Drohnen konnten größere Photovoltaik-Anlagen in einer Überblicks-Ansicht nur von höher gelegenen Orten und Gebäuden aus, ab Skyworker oder mit einem Hochstativ thermografisch untersucht werden, was die Inspektionen aufwendig und sehr unflexibel gestaltete. Das störte Beni Riedi von der Schweizer emitec Messtechnik AG, und deshalb entwickelte er die Idee einer Wärmebildkamera-Drohne für die Inspektion von PV-Anlagen und größeren Gebäuden.

Mess- und Test-Lösungen von emitec

Mit den drei Bereichen emitec datacom (Messen, Protokollieren, Analysieren, Optimieren, Testen und Managen von Netzwerken und Applikationen), emitec industrial (Messtechnik für EMV, HF, Thermografie, Leistung, Signalanalyse, Datenerfassung und Labor) und mesomatic fiberoptics (fiberoptische Mess- und Spleiss-Technik, optische Komponenten, CATV) bietet emitec wirtschaftliche Total Testing Solutions aus einer Hand. Das Unternehmen vertritt über 50 weltweit namhafte Hersteller. Dazu gehören auch die Thermografie-Lösungen von Wärmebildkamera-Weltmarktführer FLIR Systems.


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Aus der Luft erkennt die Thermografie-Drohne mögliche Probleme durch Auffälligkeiten in der Temperatur – wie beim Überflug dieses Materiallagers.


Von der Idee zum Prototypen

Im Bereich der Thermografie hatte Beni Riedi also Zugriff auf die volle Palette hochwertiger Wärmebildkameras. "Uns war klar, dass wir wegen der größeren Entfernungen auf eine High-End-Kamera setzen mussten, die über hohe Infrarot-Auflösungen verfügt.", erklärt Beni Riedi. "Entsprechend zuverlässig musste auch die Fluglösung sein." Für die Drohne brauchte er daher einen kompetenten Partner – und den fand er in der Helipro GmbH, die sich auf schnelle, unkomplizierte Luftaufnahmen spezialisiert hat. "Unsere Drohne wird mit Hilfe von Elektromotoren im Schwebeflug gehalten und verfügt dank des geringen Gewichts über die Flugeigenschaften eines Kolibris." erklärt Marc Baumann von Helipro. "Damit ist es möglich, aus neuen Blickwinkeln Luftaufnahmen zu machen – aus einer Höhe von bis zu 150 Metern."

HD-Video-Downlink

Mit einem HD-Video-Downlink sendet die Drohne das Live-Infrarotbild an einen oder mehrere Monitore (z. B. auf einen Monitor für den Thermografen und parallel auf einen Tablet-PC für denjenigen, der die Drohne steuert). Die Komplettlösung von Emitec und Helipro nutzt dafür den HDMI-Anschluss der Kamera und eine eigene HD-Downlink-Lösung für ein permanentes, nicht radiometrisches Infrarot-Video vom ganzen Flug in HD-Qualität (auf Wunsch auch mit dem MSX-Bild). Darauf ist er zu Recht stolz: "Das gibt es sonst in dieser Qualität noch nicht". Auch für die Steuerung der Kamera – also für das Auslösen eines radiometrischen Infrarotbilds und einer gleichzeitigen visuellen Aufnahme – nutzt die Gesamtlösung von emitec und Helipro eine selbst-entwickelte Lösung.


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In einer 2-tägigen Schulung lernen Anwender die Drohnen-Technik und -Steuerung in Theorie und Praxis, so dass sie das Fluggerät sicher steuern können – eine wichtige Bedingung u. a. für den Versicherungsschutz der wertvollen Thermografie-Drohne.


Thermografie-Dienstleistungen aus der Luft

Erster Kunde der gemeinsam von emitec und Helipro entwickelten Thermografie-Drohne ist Rolf Rutzer von der Krüger + Co. AG Schweiz, die sich damit als technologischer Wegbereiter profiliert und ihr Dienstleistungsangebot erweitert. Ursprünglich aus einem Ingenieurbüro entstanden, ist Krüger + Co. AG heute mit über 250 Mitarbeitern ein auf Bau- Heizung/Trocknung, Wasserschäden, Leckortung, Bauphysik, Klimatisierung  u.v.m. spezialisierter Hersteller und Dienstleister. "Mit der Thermografie-Drohne können wir unseren Kunden Inspektionsdienstleistungen von großen Gebäuden und von Photovoltaik-Anlagen anbieten, die so bisher nicht möglich waren." erklärt Rolf Rutzer. „Hinsichtlich Qualitätsicherung, Unterhaltskontrollen und nach elementaren Ereignissen, leistet die Thermografie-Drohne nachhaltige Ergebnisse. So kann die Wertschöpfungskette für den Endverbraucher mit einem wichtigen Glied erweitert, sowie Ökologie und Ökonomie nachhaltig gesteigert werden.“

 

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Dank der hohen Infrarot-Auflösung der Wärmebildkamera FLIR T640bx mit permanentem Autofokus, MSX -Funktion und Vollausstattung entdeckt die Drohne Problembereiche in PV-Modulen aus der Luft


Instandhaltung darf nicht vernachlässigt werden

Jede mittlere oder größere Photovoltaik-Anlage sollte mindestens einmal pro Jahr geprüft werden. Schon bei der Installation können so eventuelle defekte Module entdeckt und Garantieleistungen rechtzeitig beantragt werden (dabei kann es sich um Herstellungsmängel, aber auch um Transportschäden handeln). Auch im laufenden Betrieb ist es wichtig, die Effizienz der Gesamtanlage sicherzustellen, und defekte Module auszutauschen. So können technische Defekte, aber auch Witterungsschäden instand gesetzt werden. Ein Überblick möglicher Probleme findet sich im kostenlos erhältlichen FLIR-Guidebook für Bauanwendungen und erneuerbare Energien: www.getflir.com/green-guidebook

Die Drohne ist überall dort sehr effizient, wo auf einer größeren Fläche viele Module überprüft werden sollen. Wenn beispielsweise bei einer Solaranlage auf dem Dach eines Bauernhofs ein Problem auftritt, wäre es zu aufwändig, die Module mit einem Messgerät einzeln zu messen. Da bei Fehlern in Photovoltaik-Modulen üblicherweise relativ hohe Temperatur-Differenzen von 10-20°K (=°C) auftreten, eignet sich die Thermografie hierfür dagegen ideal.

High-End-Thermografie-Kamera

Für die Inspektion aus einer gewissen Entfernung benötigte Beni Riedi eine sehr hochwertige Thermografie-Kamera mit einer hohen Auflösung. Emitec hat sich daher für die FLIR T640bx entschieden. Ihr hochauflösender Detektor mit 640 x 480 Pixeln liefert nicht nur klare Bilder mit hoher Detailtreue. Die Kamera verfügt daneben über einen permanenten, stufenlosen Autofokus, was für den klaren Videostream des Infrarotbildes wichtig ist, da sich die Flughöhe der Drohne ständig ändert. Zu den weiteren Funktionen gehören ein Kamera-Sucher, integriertes GPS, ein Kompass, Live-Linienprofile, Skizzieren auf dem Bild (infrarot und visuell), MPEG4, WLAN, Meterlink, Thermal Fusion, Bild-im-Bild und die Bildverbesserungsfunktion MSX, die durch die Kombination von Infrarot- visuellem Bild Wärmebilder von vorher ungekannter Detailgenauigkeit ermöglicht.

 

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Bei höheren, mehrstöckigen Gebäude können mit der Drohne auch noch im 10. Stock Thermografie-Aufnahmen der Fassade gemacht werden – übrigens mit höchster Diskretion, denn Fensterglas ist für die Wärmebildkamera undurchsichtig.

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Bauthermografie mit der Drohne in größerer Höhe und an unzugänglichen Stellen.


Komplettes Paket aus Drohne, Kamera, Objektiven, Software und Schulung

Die Thermografie-Drohne wird in einem kompletten Paket geliefert, zu dem außer dem Fluggerät selbst die Kamera FLIR T640bx gehört. Sie wird nicht nur mit dem 25°-Standard-Objektiv ausgeliefert, das bereits eine sehr gute Gesamtübersicht im Einsatz aus der Luft bietet. Für ein noch größeres Infrarot-Sichtfeld kann das beiliegende 45°-Objektiv (Weitwinkel) eingesetzt werden. Sind dann bestimmte Problembereiche identifiziert, kann die Drohne mit dem 15°-(Tele)-Objektiv auch aus größerer Höhe Detailaufnahmen der thermisch auffälligen Stellen anfertigen. Auch bei der Inspektion von Starkstromleitungen ist das Teleobjektiv sinnvoll, da dort die Problemstellen innerhalb eines sehr kleinen Bereichs liegen und ein gewisser Abstand des Fluggeräts geboten ist.

Software und Schulung gehört dazu

Zur Komplettlösung gehört neben der Auswertungssoftware ebenfalls eine 3-tägige Schulung. Während der ersten 2 Tage erläutert Marc Baumann von Helipro die Drohnen-Technik und -Steuerung in Theorie und Praxis, so dass der Anwender das Fluggerät sicher steuern kann – eine wichtige Bedingung u. a. für den Versicherungsschutz der wertvollen Thermografie-Drohne. Am dritten Tag kommt Beni Riedi von emitec dann dazu und erklärt dem Anwender (der als erfahrener Thermograf bereits zertifiziert bzw. mindestens gut geschult sein sollte) zusätzlich die Kamera- und Software-Technik.

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Inspektion der kompletten Balkon-Front eines mehrgeschossigen Wohn- bzw. Apartmenthauses


Handling und Wettereinflüsse

Natürlich unterliegt der Einsatz der Drohne auch gewissen Einschränkungen. Bei Schneefall, Regen oder starkem Wind kommt das System nicht zum Einsatz. "Wind ist übrigens auch für bauthermografische Inspektionen nachteilig", erklärt Beni Riedi, "denn Wind kühlt die Fassade ab und verfälscht so die Ergebnisse." Außerdem sollte die Kamera mit der Drohne nur in einem gewissen Bereich schwenkbar sein, um zu vermeiden, dass die Infrarotkamera direkt in die Sonne gerichtet wird (was den Detektor schädigen kann).

Damit die Drohne immer zuverlässig funktioniert, empfiehlt Helipro 1/2-jährliche Serviceintervalle. Die FLIR-Kameras sind prinzipiell wartungsfrei. Beni Riedi empfiehlt aber trotzdem, sie einmal jährlich bei emitec prüfen, neu kalibrieren und mit eventuellen Software-Updates fit machen zu lassen.

Universelle Einsatzmöglichkeiten

Bei der Konzeption der Thermografie-Drohne wurde von vorne herein Wert darauf gelegt, dass die Kamera ganzjährig und möglichst flexibel eingesetzt werden kann. Das erreicht er durch eine modulare Bauweise: Obwohl die Kamera für einen sicheren Einsatz natürlich fest auf der Drohne montiert und für Steuerung und HD-Video-Downlink mit eigens entwickelten Lösungen verkabelt werden musste, kann sie schnell demontiert und als handgehaltene Thermografie-Kamera eingesetzt werden. Auch die beiden Haupteinsatzbereiche der Drohne (Photovoltaik-Anlagen und Bauthermografie) ergänzen sich gut, denn während PV-Anlagen eher in sonnenstarken Monaten überprüft werden, treten Wärmeverluste im Bausektor besonders deutlich in der kalten Jahreszeit zutage. Die umfangreiche Investition in diese Thermografie-Drohnen wird sich, auf Grund der dichten Nachfrage, zeitnah amortisieren.

Fazit

Mit der Thermografie-Drohne stellen emitec, FLIR Systems und Helipro eine effiziente High-Tech-Untersuchungstechnik vor, deren Einsatz über spezialisierte Dienstleister sich für PV-Anlagenbetreiber wie für die Besitzer grösserer Immobilien lohnt. Damit haben die beteiligten Unternehmen ihre hohe Kompetenz eindrucksvoll unter Beweis gestellt – und den Markt um eine richtungweisende Dienstleistung bereichert.

Weiterführende Informationen zu Wärmebildkameras und zu dieser Anwendung erhalten Sie von:
Wärmebildkameras: FLIR Systems GmbH, Berner Straße 81, D-60437 Frankfurt (Deutschland),
Tel.: 069/950090-0, Fax: -40, E-Mail: info@flir.de www.flir.de
Thermografie-Schulungen und Zertifizierungen (D): www.irtraining.eu

Kostenlos erhältliches FLIR-Guidebook für Bauanwendungen und erneuerbare Energien:
www.getflir.com/green-guidebook

Vertrieb und Entwicklung der Gesamtlösung, Thermografie-Schulungen und Zertifizierungen (CH):
emitec Messtechnik AG, Herr Beni Riedi, Birkenstrasse 47, CH-6343 Rotkreuz (Schweiz)
Tel.: +41 (0) 41 748 60 10, Fax +41 (0) 41 748 60 11, info@emitec.ch
www.emitec.ch

Drohnentechnologie:
Helipro GmbH, Mettlenstrasse 6, CH-8472 Seuzach (Schweiz)
Tel.: +41 (0) 52 511 20 00, Fax +41 (0) 52 511 20 01, office@helipro.ch
www.helipro.ch
Helipro Deutschland: Chemnitz
Tel. +49 (0) 371 /33716980, www.hpluftaufnahmen.de

Thermografische Dienstleistungen, u. a. mit der Thermografie-Drohne:
Krüger + Co. AG, Winterhaldenstrasse 11, CH-9113 Degersheim (Schweiz)
Tel.: +41 (0) 71 372 82 82, Fax +41 (0) 71 372 82 52, info@krueger.ch
www.krueger.ch

Autoren:
Thomas Jung, Sales Manager Distribution Central Europe, FLIR Systems GmbH, Frankfurt
Frank Liebelt, freier Journalist, Frankfurt