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 |