Діагностика пошкоджень у сонячних панелях методом аналізу Вольт – Амперної характеристики (I-V Characteristics Analysis).

Вступ

В сучасних сонячних електростанціях, все важливішу роль відіграють системи моніторингу. Проблеми із сонячними панелями можуть виникнути як на етапі виготовлення, так і під час монтажу, транспортування та експлуатації. Між тим, пошкодження сонячних панелей можуть призвести як до великих втрат в генерації, так і до виникнення пожеж чи фізичного ушкодження панелей.  Метою даного дослідження є систематизація основних пошкоджень сонячних панелей, та їх відстеженням за допомогою аналізу Вольт – Амперної характеристики панелей.

Наведений нижче аналіз грунтується на математичному моделюванні, та в подальшому підтвердженний за допомогою експерементальних замірів ВАХ сонячних панелей.

Більше про Вольт – Амперну характеристику.

Вплив на точність вимірювань

При знятті показів ВАХ сонячних панелей, є великий перелік чинників, які можуть вплинути як на її достовірність так і точність.

Для вимірювань потрібно використовувати відкалібровані та повірені сертифікованими лабораторіями пристрої. На жаль, на момент написання дослідження, в Україні були відсутні сертифіковані лабораторії  TUV SUD, які визнаються майже всіма виробниками. Тому ми будемо використовувати еквівалентний пристрій (IV Curve Tracer) для зняття ВАХ сонячних панелей, який можна додатково відкалібрувати за допомогою лабораторного блоку живлення.

Також, задля отримання більш достовірних результатів у польових умовах, необхідно додатково вимірювати потужність сонячного випромінювання та температуру модулів. Після всіх вимірювання ВАХ сонячних панелей, результати необхідно привести до Стандартних Умов Тестування (STC).

Для зменшення впливу нерівномірності освітлення та  температури, найкраще проводити досліди в приміщенні, де можна правильно налаштувати джерела світла та контролювати температуру сонячної панелі.

Вплив ушкоджень на ВАХ сонячних панелей

Інтерпретація ВАХ сонячної панелі залежить від даних, якими ми володіємо: 

а) Звірка отриманих результатів із електричними параметрами модуля, які зазвичай позначаються на його бірці, або, що краще, використання даних флеш репорту від виробника

б) Використовувати метод порівняльної характеристики із аналогічним модулем, параметри якого виміряні за тих самих умов освітленості та температури, або використати історичні  характеристиками того самого модуля.

Розбіжність між виміряними реальними даними та тими, які мають бути або були раніше, може свідчити про наступні проблеми

  1. Струм короткого замикання Iкз менше ніж очікується
Струм короткого замикання менше

Може бути вкиликано:

а) забрудненням / помутнінням / пошкодженням захисного шкла

б) деламінацією

в) корозією захисного шару комірок

  1. Напруга холостого ходу Uхх менша ніж очікується
Напруга холостого ходу менша

Може бути вкиликано:

а) Короткозамкнений  діод Шотткі

б) Діод Шоткі встановлено з порушенням полярності

в) Деградація сонячної панелі – вікова, або викликана PID або LID процесами

г) Коротко замкнуті комірки (їх струмопровідні доріжки)

  1. Крива напруги холостого ходу Uхх має плавніший кут нахилу.
Крива напруги холостого ходу має плавніший кут

Це свідчить про збільшення опору в сонячній панелі, яке може бути наслідками

а) Корозії доріжок

б) Пошкоджені доріжки

в) Корозія у діодній коробці

г) Поганого контакту

  1. Крива струму короткого замикання Iкз має плавний кут нахилу.
Крива струму короткого замикання має плавний кут

Цей нахил викликається зменшенням опору, в наслідок пошкодження чи замикання комірок. Також, це може свідчити про різнотипність комірок, із яких виготовлена сонячна панель, а також:

а) частковим забрудненням / помутнінням / пошкодженням захисного шкла

б) частковою деламінацією

Реальні заміри ВАХ сонячних панелей підтверджують теоретичні дослідження

Недостатня освітленість (еквівалент зменшення світлопроникної властивості скла)
ВАХ частково затіненої панелі
Штучне затінення панелі, до графіку вище
ВАХ панелі з численними ушкодженнями (закорочений діод Шоттки, численні пошкодження комірок)

Таким чином, за допомогою замірів ВАХ сонячної панелі, можна досить чітко констатувати про наявність проблем та її тип.

Ступінь впливу на генерацію.

Більшість із наведених проблем незначно впливають на потужність модуля, і зменшують її на 3-5%. До більш суттєвих ушкоджень відносяться комірки із тріщинами, корозія припою, порушені з’єднання між комірками, проблеми з діодами Шотткі, втрати від яких фактично не мають меж.

Висновки

ВАХ сонячної панелі досить швидко, та при дотриманні умов тестування – точно, дозволяє вказати на наявність чи відсутність проблем у певному зразку.

В деяких інверторах і приладах для вимірювання ВАХ сонячних панелей, є програмні методи для визначення можливих проблем, методом аналізу ВАХ цілого стрінгу панелей. Застосування комп’ютерного моделювання робить цей процес точнішим, але правильне трактування ВАХ цілого стрінгу сонячних панелей в деяких випадках не є однозначними, та має підтверджуватись за допомогою інших методів діагностики.

Завдяки швидкості та простоті перевірки, процес підлягає автоматизації, та в подальшому, можливо, використання штучного інтелекту для аналізу ВАХ сонячних панелей, як окремо так і у складі стрінгу.

Перелік літератури

References [Herman12] M. Herman, M. Jankovec, M. Topic, Optimal I-V Curve Scan Time of Solar Cells and Modules in Light of Irradiance Level, International Journal of Photoenergy, Volume 2012, Article ID 151452, doi:10.1155/2012/151452

[IEC60904-3] International Electrotechnical Commission (IEC) 60904-3 Ed. 2: Photovoltaic devices – Part 3: Measurement principles for terrestrial photovoltaic (PV) solar devices with reference spectral irradiance data, 2008 

[IEC60891] International Electrotechnical Commission (IEC) 60891 Ed.2.0 Photovoltaic devices – Procedures for temperature and irradiance corrections to measured I-V characteristics, 2009 

[IEC 60904-9] International Electrotechnical Commission (IEC) 60904-9 ed2.0: Solar simulator performance requirements, 2007-10-16 

[ISO 17025] International Organization for Standardization 17025: General requirements for the competence of testing and calibration laboratories, 2005 

[Mau05] S. Mau, Influence of Solar Cell Capacitance on the Measurement of I-V curves of PV Modules, Proc. 20th EUPVSEC (WIP, Barcelona, Spain, 2005), pp. 2175-2177 [Silverman14] T. Silverman, U. Jahn, “Characterization of Performance of Thin-film Modules”, Technical Report IEA-PVPS T13-02: 2014, in preparation. 

[Virtuani08] A. Virtuani, H. Müllejans, F. Ponti, E. Dunlop, Comparison of indoor and outdoor performance measurements of recent commercially available technologies, Proc. 23rd EUPVSEC (WIP, Valencia, Spain, 2008), pp. 2713-2718

IEA PVPS Task 13 External final report IEA-PVPS March 2014 ISBN 978-3-906042-16-9

Приєднуйтесь до нас!

Telegram https://t.me/greenpowertalkg

Instagram https://www.instagram.com/greenpowertalk/

FB https://www.facebook.com/groups/greenpowerua

Залишити відповідь