Диагностика повреждений в солнечных панелях методом анализа Вольт — Амперной характеристики (I-V Characteristics Analysis).

Введение

В современных солнечных электростанциях, всё более важную роль играют системы мониторинга. Проблемы с солнечными панелями могут возникнуть как на этапе изготовления, так и при монтаже, транспортировке или эксплуатации. Между тем, повреждения солнечных панелей могут привести как к большим потерям в генерации, так и к возникновению пожаров или физическому повреждения панелей. Целью данного исследования является систематизация основных повреждений солнечных панелей, и их отслеживание с помощью анализа Вольт — амперной характеристики панелей.

Приведенный ниже анализ основывается на математическом моделировании, и в дальнейшем подтверждении с помощью экспериментальных замеров ВАХ солнечных панелей.

Больше про Вольт — амперную характеристику.

Влияние на точность измерений

При снятии показаний ВАХ солнечных панелей, есть большой перечень факторов, которые могут повлиять как на ее достоверность так и точность.

Для измерений нужно использовать откалиброванные и поверенные сертифицированными лабораториями устройства. К сожалению, на момент написания исследования, в Украине отсутствовали сертифицированные лаборатории TUV SUD, которые признаются почти всеми производителями. Поэтому мы будем использовать эквивалентный устройство (IV Curve Tracer) для снятия ВАХ солнечных панелей, которое можно дополнительно откалибровать с помощью лабораторного блока питания.

Также, для получения более достоверных результатов в полевых условиях, необходимо дополнительно измерять мощность солнечного излучения и температуру модулей. После всех измерения ВАХ солнечных панелей, результаты необходимо привести к стандартным условиям тестирование (STC).

Для уменьшения влияния неравномерности освещения и температуры, лучше всего проводить опыты в помещении, где можно правильно настроить источники света и контролировать температуру солнечной панели.

Влияние повреждений на ВАХ солнечных панелей

Интерпретация ВАХ солнечной панели зависит от данных, которыми мы владеем:

а) Сверка полученных результатов с электрическими параметрами модуля, которые обычно указываются на его бирке, или, что лучше, использование данных флэш — отчёта от производителя

б) Использовать метод сравнительной характеристики с аналогичным модулем, параметры которого измерены при тех же условиях освещенности и температуры, или использовать исторические характеристиками того же самого модуля.

Расхождение между измеренным реальными данными и теми, которые должны быть или были раньше, может свидетельствовать о следующих проблемах

  1. Ток короткого замыкания Iкз меньше чем ожидается

Может быть вызванно:

а) загрязнением / помутнением / повреждением защитного стекла

б) деламинацией

в) коррозией защитного слоя ячеек

2. Напряжение холостого хода Uхх меньше ожидаемого

Может быть следствием:

а) Короткозамкнутого диода Шоттки

б) Диод Шоттки установлен с нарушением полярности

в) Деградация солнечной панели — возрастная или вызванная PID или LID процессами

г) Коротко — замкнутые ячейки (их токопроводящие дорожки)

3. Кривая напряжения холостого хода Uхх имеет плавный угол наклона

Это свидетельствует об увеличении сопротивления в солнечной панели, которое могло вырасти в следствии

а) Коррозии дорожек

б) Повреждения дорожек

в) Коррозия в диодной коробке

г) Плохого контакта

4. Кривая тока короткого замыкания Iкз имеет плавный угол наклона


Этому наклону способствует уменьшение сопротивления, вследствие повреждения или замыкания ячеек. Также, это может свидетельствовать о разнотипность ячеек, из которых изготовлена солнечная панель, а также:

а) частичным загрязнением / помутнением / повреждением защитного стекла

б) частичной деламинацией

Реальные замеры ВАХ солнечных панелей подтверждают теоретические исследования

Недостаточная освещенность (эквивалент помутнения стекла)
ВАХ частично затененной панели
Искусственное затенение панели, к графику выше
ВАХ солнечной панели с многочисленными повреждениями (закорочен диод Шоттки, многочисленные повреждения ячеек)

Таким образом, с помощью замеров ВАХ солнечной панели, можно достаточно четко констатировать наличие проблем и ее тип.

Влияние на генерацию.

Большинство из указанных проблем, незначительно влияют на мощность модуля, и уменьшают ее на 3-5%. К более существенным повреждений относятся трещинами в ячейках, коррозия припоя, нарушение соединения между ячейками, проблемы с диодами Шоттки, потери от которых фактически не имеют границ.

Выводы

ВАХ солнечной панели достаточно быстро, и при соблюдении условий тестирования — точно, позволяет указать на наличие или отсутствие проблем в определенном образце.

В некоторых инверторах и приборах для измерения ВАХ солнечных панелей, используются программные методы для определения возможных проблем, методом анализа ВАХ целого стринга панелей. Применение компьютерного моделирования делает этот процесс более точным, но правильная трактовка ВАХ целого стринга солнечных панелей, в некоторых случаях не однозначна, и должна подтверждаться с помощью других методов диагностики.

Благодаря скорости и простоте проверки, процесс подлежит автоматизации, и в дальнейшем, возможно, использованию искусственного интеллекта для анализа ВАХ солнечных панелей, как отдельных так и в составе стринга.

Литература

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

Присоединяйтесь к нам!

Telegram https://t.me/greenpowertalkg

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

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

Добавить комментарий