Artykuły techniczne

Metody diagnostyki farm solarnych

W ostatnich latach liczba elektrowni słonecznych stale rośnie.
Systemy fotowoltaiczne znane są z:

Długiego życia
Niskich wpływów starzenia
Niskich kosztów utrzymania
Niskich kosztów eksploatacji
Łatwej instalacji
Solidności

Niemniej jednak, w systemach fotowoltaicznych mogą wystąpić różnego rodzaju usterki:

W większości instalacji występują straty wydajności >10% w ciągu 3 lat
Większość usterek nie jest wykrywalna wzrokowo
Straty spowodowane niedopasowaniem stringów fotowoltaicznych są od 10 do 100 razy większe niż w przypadku uszkodzenia paneli

WYKRYWANIE USZKODZEŃ

Straty wynikające z niedopasowania stringów
Hotspoty
PID (degradacja indukowana potencjałem)
Wada diody bocznikującej
Pęknięcie celki
Zabrudzenia i stłuczenie szkła
Rozwarstwienie i przebarwienia
i dużo więcej

Nawet jeśli producent paneli promuje swoje produkty jako: Non-PID, No Cell crack, brak możliwości hotspotu, oczywiście powyższe problemy występują w każdym typie panelu PV.

Straty z niedopasowania

Straty wynikające z niedopasowania występują przy połączeniu szeregowym lub równoległym paneli PV ze względu na różne właściwości elektryczne poszczególnych paneli.

Powody niedopasowania mogą obejmować: różne panele, inną wysokość, cieniowanie, hotspoty, PID i inne usterki.

Rysunek obok przedstawia wyjaśnienie strat spowodowanych połączeniem szeregowym (po lewej) i połączeniem równoległym (po prawej).

Przykład: straty wynikające z niedopasowania parku fotowoltaicznego

W farmach fotowoltaicznych zwykle stosuje się kombinację szeregowego i równoległego połączenia paneli fotowoltaicznych, aby wykorzystać pełny zakres wejściowy falowników MPP. Poprzez połączenie szeregowe panele tworzą string fotowoltaiczny.

Równoległe połączenie tych stringów modułów fotowoltaicznych będzie tworzyć macierz fotowoltaiczną.

Jeśli teraz jeden string macierzy fotowoltaicznej zmniejszy swoją moc wyjściową z powodu wadliwego modułu lub tymczasowego zacienienia, nie tylko moc tego ciągu zostanie zmniejszona. Zmniejszy się napięcie całego systemu (równoległe połączenie źródeł napięcia) i moc całego układu.

W poniższym przykładzie moc wyjściowa układu zostanie zmniejszona o 8 kW (30%) zamiast o 3 kW (10% redukcja w łańcuchu) z powodu strat spowodowanych niedopasowaniem.

Metody inspekcji

Inspekcje macierzy fotowoltaicznych dzielą się na kilka dziedzin. Przede wszystkim należy sprawdzić system pod kątem ewentualnych problemów związanych z bezpieczeństwem. Prądy upływowe i awarie izolacji mogą być niebezpieczne dla ludzi i mogą również wpływać na inne urządzenia, takie jak rurociągi.

Należy wykryć dalsze usterki ograniczające wydajność, takie jak PID, hot points, uszkodzone diody bocznikujące itp. i przeanalizować działanie całego systemu zgodnie z normą IEC62446-2.

Metody inspekcji

Oględziny

Inspekcje wizualne są ważne, aby wykryć główne problemy, takie jak uszkodzone bezpieczniki, oczywiste problemy z panelem itp. Niemniej jednak ta metoda pozwala wykryć tylko kilka problemów.

Przykładowo po burzy gradowej w elektrowni słonecznej wymieniono tylko kilka modułów. Szczegółowe badania wykazały, że gradobicie dotknęło znacznie więcej modułów.

Obrazy termowizyjne

Technika ta jest najczęściej stosowana do kontroli instalacji fotowoltaicznych. Wymagana jest wiedza specjalistyczna do wykonania i analizy pomiarów. Często wykorzystywane są drony lub samoloty, a elektrownia musi pracować w pełni (ciepło). Umożliwia wykrywanie różnego rodzaju usterek i odnajdywanie uszkodzonych podzespołów.

Wady:

Straty wynikające z niedopasowania nie są wykrywane
Nie można wykryć PID
Nie można wykryć pęknięć celek

Elektroluminescencja

Technikę tę wykonuje się głównie w laboratoriach. Moduły zostają aktywowane przez wymuszenie przepływu prądu. Pomiary wykonywane są bez obecności promieniowania słonecznego (w nocy). Umożliwia szczegółową analizę paneli fotowoltaicznych. Niemniej jednak mobilne systemy pomiarowe umożliwiające analizę całych ciągów fotowoltaicznych nie są jeszcze dostępne. Systemy wymagają dużej mocy do zadajników prądowych.

Wyznaczanie charakterystyk I-V

(z automatyczną diagnostyką systemu)

Technika ta rejestruje charakterystyki napięcia i prądu (krzywa IV) paneli fotowoltaicznych, zaczynając od napięcia obwodu otwartego (Voc) do prądu zwarcia (Isc) poprzez przyłożenie obciążenia. W zależności od kształtu krzywej można wykryć i rozróżnić różne możliwe wady. Co więcej, jest to jedyna metoda wykrywania strat wynikających z niedopasowania.

Straty niedopasowania
jedyna metoda wykrywania strat spowodowanych niedopasowaniem
Zacienienie
wykrywanie zacienienia i szacowanie utraconych rocznych przychodów
Zabrudzenie, zanieczyszczenie
za pomocą inteligentnego algorytmu
Awaria diody bocznikującej
Wykrywanie uszkodzonych diod (przerwa lub zwarcie)

Hotspot
wykrywanie gorących punktów nawet przy niskim natężeniu promieniowania
PID
Wykrywanie PID (degradacja wywołana potencjałem)
Pęknięcie komórki, rozbite szkło, ...
Wykrywanie dalszych usterek
IEC 62446
w pełni zgodny z normą IEC 62446-2

Nałożenie charakterystyk wielu stringów

Podczas gdy korzystanie z jednokanałowych systemów wyznaczania IV zajmie dużo czasu (dni) na inspekcję farm fotowoltaicznych (np. 400 ciągów dla 3 MW), wielokanałowy system wyznaczania charakterystyki IV umożliwia inspekcję elektrowni solarnych w bardzo krótkim czasie (~4 godziny na MW) i dostarcza wiele cennych informacji na temat strat wynikających z niedopasowania.

AUTOMATYCZNA DIAGNOSTYKA

Opatentowany system diagnostyczny automatycznie pokazuje stan każdego stringu.
Różne kolory przedstawiają wydajność stringu i pokazują różne usterki modułów fotowoltaicznych.

Wykrywanie usterek: niedopasowanie, PID, hotspot, uszkodzenie diody bocznikującej, zacienienie, zabrudzenie, stłuczenie szkła, rozwarstwienie, pęknięcie ogniwa itp.

Porównanie różnych metod diagnostycznych instalacji PV

Poniższa tabela przedstawia porównanie różnych metod diagnostyki instalacji fotowoltaicznych:

Oględziny
Obrazowanie termowizyjne
Elektroluminescencja
Analiza charakterystyki I-V
Wielokanałowe analiza charakterystyki I-V, w tym. inteligentny system diagnostyczny

Awaria \ Metoda	Inspekcja wizualna	Obraz termiczny	Elektroluminescencja	Krzywa I-V 1-kanał	Krzywa I-V wiele kanałów
PID	X	Δ	V	V	V
Dioda bocznikująca	Δ	V	V	V	V
Hot spots	X	V	Δ	V	V
Uszkodzenie celki	X	Δ	V	Δ	Δ
Przerwa	X	V	-	V	V
Snail Trails	V	Δ	-	V	V
Niedopasowanie	X	X	X	X	V
Wymagany czas		Duży	Duży	Duży	Niski
Wymagana wiedza		Wysoka	Wysoka	Średnia	Niska