Testování životnosti fotovoltaických systémů
Obsah kapitoly
- 5.1 ELCD TEST – elektroluminiscenční měření
- 5.2 Flash test
- 5.3 Měření V-A charakteristik
- 5.4 Akumulace solární energie
- 5.5 Regulátor nabíjení
- 5.6 Elektronické měniče
- 5.7 Užitečné měřicí přístroje
- Testové otázky
Prudký rozvoj fotovoltaiky přilákal na trh obrovské množství výrobců fotovoltaických panelů a taktéž položil otázku spojenou s kvalitou této produkce. Většina výrobců má stejné či podobné záruky a panely jsou při srovnání katalogových listů prakticky identické. Na první pohled se tedy zdá, že jediným, čím se liší, je cena pořízení.
Technická kontrola stavu fotovoltaické elektrárny je nezbytnou součástí.
Pro vyhodnocení jakosti fotovoltaických panelů existuje řada sofistikovaných metod měření, jejichž výsledkem je objektivní pohled na fotovoltaický systém.
Použité medody měření jsou - elektroluminiscence, termografie, flash testy a měření
V- A charakteristik.
Zpět na začátek5.1 ELCD TEST – elektroluminiscenční měření
ELCD test - Electroluminescence Crack Detection Test
Tento test umožňuje detekci respektive zviditelnění materiálových a výrobních vad solárního článku. S jeho pomoci lze vyhodnotit jak kvalitu výrobního procesu článků, tak i případné defekty vzniklé při pozdější manipulaci s fotovoltaickými moduly. Dokáže odhalit skryté vady, nezjistitelné jinými metodami (flash test, V/A charakteristiky, termokamera). Především mikropraskliny mají zásadní vliv na dlouhodobou stabilitu výkonových parametrů fotovoltaických panelů.
Základem tohoto testování je nahlédnutí do vnitřní struktury panelů, která zůstává pohledu oka skrytá. Pro názornost uvádíme příklady fotovoltaických článků, které se jeví jako bezvadné!
Obr. 15: Ukázka testovaných panelů pomocí ELCD testu
Je provedena:
Detekce - zlomených článků a mikroprasklin ve struktuře článků
Detekce odtržených kontaktů páskové sběrnice (busbar)
Detekce chybějícího nebo přerušeného sítotiskového sběrného proužku (finger)
Detekce nehomogenit a příměsí v krystalickém křemíku
Obr. 16: Ukázka testovaných panelů
Zpět na začátek5.2 Flash test
Základním testem výkonnosti parametrů je Flash test. Panely jsou testovány za standardních specifických podmínek, při osvětlení s intenzitou 1000 W/m2 se spektrem AM 1.5.
Obr. 17: Termokamera
Teplota jakéhokoli povrchu může být zachycena pomocí termografické kamery - termokamerou. Ta umožňuje měřit teplotu povrchu fotovoltaických panelů při jejich zatížení a odhaluje v mnoha případech přítomnost nějakého problému. Pomocí termokamery lze odhalit například defekty elektrických komponent, jako jsou by-pass diody a spojovací skříňky, stejně jako mechanické vady, jako jsou delaminace nebo buněčné poškození. Termografie také pomáhá lokalizovat problémy s pájecími body, což může nakonec způsobit problémy v dlouhodobém horizontu.
Výstupem termografické kamery jsou snímky, které určují spektrum teplot na povrchu měřeného objektu. V podstatě kamera převádí neviditelné infra záření do viditelného spektravlnových délek. Každá barva definuje určitou teplotu.
Termografie poskytuje rychlé a jednoduché informace o solárním modulu a určuje kvalitu a odhaluje výskyt možných budoucích rizik. Vzhledem k tomu, že termografické obrazy jsou obecně přijímané výrobci a velkoobchodníky jako důkaz vady, může tato služba pomoci vyřešit zajištění pohledávky velmi rychle.
Obr. 18: Ukázka termografických snímků
Zpět na začátek5.3 Měření V-A charakteristik
Provádíme analyzátorem fotovoltaických (solárních) panelů. Toto měření lze provádět přímo v areálu fotovoltaických systémů (FVS). Zde nutný jen přístup ke konektorům solárních panelů. Analyzátor provádí měření solárních (fotovoltaických) panelů - VA charakteristik solárních panelů (automatický scan do 60V/12A).
Při analýze je prováděno:
- měření max. Výkonu
- napětí naprázdno
- napětí pro max. výkon
- měření zkratového proudu
- proudu pro max. výkon
- výpočet účinnosti
- možnost manuálního režimu.
5.4 Akumulace solární energie
Pro ukládání elektrické energie v izolovaných zařízeních se dnes používají výlučně elektrochemická zařízení, a sice akumulátory, které lze opakovaně nabíjet. V protikladu k bateriím, které nelze znovu nabíjet (primární články), se také nazývají sekundární články. V akumulátorech se ukládá elektrický proud prostřednictvím vratných chemických pochodů. Existují různé konstrukce, které se liší především prvky zúčastňujícími se procesu ukládání. Nejznámější typy akumulátorů jsou:
- Olověné akumulátory
- Nikl-kadmiové akumulátory
- Nikl-metalhydridové akumulátory
- Lithium-inotové akumulátory
V izolovaných zařízeních se dnes z ekonomických důvodů používají téměř výhradně dlouho osvědčené olověné akumulátory. Olověný akumulátor má dvě deskové elektrody, kterými se říká také póly. V nabitém stavu se záporná deska skládá z čistého olova, druhá, kladná deska je z oxidu olovnatého.
Obě elektrody jsou obklopeny zředěnou kyselinou sírovou, čili elektrolytem. Během vybíjení reaguje materiál desek s kyselinou. Na obou plochách elektrod vzniká sirník olovnatý, zatímco hustota kyseliny elektrolytu klesá. Při nabíjení akumulátoru probíhá tento proces v důsledku přiložení nabíjejícího napětí obráceně, hustota kyseliny se opět přibližuje počáteční hodnotě. Protože kyselina se účastní jak nabíjení, tak i vybíjení, dá se na základě koncentrace kyseliny určovat stav nabití akumulátoru. Nejdůležitějším znakem akumulátoru je jeho kapacita. Kapacita akumulátoru udává, jaké je množství elektrického proudu, který je možno odebrat z nabitého akumulátoru do jeho úplného vybití. Udává se v Ah (ampérhodina). Užitečná kapacita akumulátoru není konstanta, nýbrž silně závisí na velikosti vybíjejícího proudu. Při vyšších proudech je k dispozici menší kapacita než při malých proudech.
Dalším významným parametrem je tzv. energetická účinnost. Ta popisuje poměr energie, kterou může akumulátor vydat, k energii přivedené do akumulátoru. Je v důsledku ztrát menší než 1 a v závislosti na typu akumulátoru činí 70% až 85%. Vysoká hodnota ukazuje na dobrou energetickou účinnost.
Zpět na začátek5.5 Regulátor nabíjení
Regulátor nabíjení tvoří spojovací článek mezi solárním generátorem, akumulátorem a spotřebičem. Jeho úkolem je řízení procesu nabíjení a vybíjení. K tomu patří v podstatě tři úkoly:
- Zjistit optimální nabíjení akumulátoru, aby se dosáhlo co nejvyšší životnosti akumulátoru. Zejména musí regulátor nabíjení při dosažení koncového nabíjecího napětí buď odpojit solární generátor od akumulátoru, nebo nabíjecí napětí po určitý časový interval omezit na hodnotu koncového nabíjecího napětí přípustného pro daný akumulátor.
- Zabránit vybíjení akumulátoru přes solární generátor. Za tmy se solární generátor v důsledku svého vnitřního odporu chová jako spotřebič a bez určitých opatření by se přes něj akumulátor vybíjel. Regulátor vybíjení tedy zabraňuje „obrácenému proudu“ z akumulátoru do solárního generátoru.
- Chránit akumulátor před hlubokým vybitím. Dojde-li ke snížení napětí akumulátoru pod hodnotu koncového vybíjecího napětí, odpojí regulátor nabíjení spotřebič od akumulátoru a zabrání tak poškození akumulátoru.
Pro dlouhou životnost akumulátoru má dobré řízení nabíjení a zejména dobrá ochrana před hloubkovým vybitím rozhodující význam. Protože obojí závisí na přesném zjišťování stavu nabití, jsou k tomu dnes moderní nabíjecí regulátory vybaveny mikroprocesory. Kromě řízení nabíjení mohou regulátory nabíjení zčásti plnit ještě funkce řízení provozu, ochranné funkce a také dokáže přizpůsobit systém pro dané napětí.
Zpět na začátek5.6 Elektronické měniče – střídač (měnič stejnosměrného napětí na střídavé)
Střídač je elektronický přístroj, který převádí stejnosměrné napětí na střídavé. Převedení stejnosměrného napětí na střídavé se provádí elektronicky výkonnými tranzistory, s jejichž pomocí se proud až 20 000x za sekundu zapíná a vypíná.
Tento převedený stejnosměrný proud je pak možno pomocí transformátoru přetransformovat na požadované vyšší výstupní napětí. Podle oblasti využití rozlišujeme dva druhy střídačů. Izolované střídače vyrábějí střídavý proud pro izolovanou síť oddělenou od veřejné rozvodné sítě a pracují bez vnějšího nastavování veličin, jako jsou frekvence nebo napětí. V izolované síti smí být v provozu vždy jen jeden střídač nebo generátor, protože by jinak v důsledku rozdílných forem elektrického proudu mohlo docházet k poškození přístrojů. Střídače paralelní se sítí jsou navrženy speciálně pro solární zařízení spojená s elektrickou rozvodnou sítí. Nastavují se na frekvenci a napětí sítě a posílají do sítě vyrobený solární elektrický proud synchronně se sítí. Síť střídavého napětí může být například domácí síť nebo veřejná síť. Dobré střídače dnes dosahují účinnosti až 95 % v širokém pracovním rozsahu. I při malém vytížení má dobrá účinnost svůj význam, protože střídač má po většinu času k dispozici jen část svého maximálního výstupního výkonu. Střídač odolný proti zkratu se při tomto zkratu automaticky vypne a zabraňuje tím poškození střídače samotného i jiných součástí solárního elektrického zařízení. Při přetížení střídač odpojí spotřebič, takže se zabrání poškození zařízení.
Zpět na začátek5.7 Užitečné měřicí přístroje
Provozní stav fotovoltaického zařízení je možno prověřovat pomocí různých měřicích strojů. Ty jsou užitečné zejména pro kontrolu izolovaných zařízení. U zařízení propojených s rozvodnou sítí je obvykle možno se kontrolních přístrojů vzdát, protože jsou již zabudovány ve střídači. Pomocí přístroje pro měření napětí je možno sledovat napětí systému. Je-li v systému akumulátor, je systémové napětí dáno stavem nabití akumulátoru, takže indikace napětí umožňuje činit určité závěry o stavu nabití. Přístroje pro měření proudu indikují proud v proudové cestě, tedy v jednom vodiči. Používají se pro měření proudu ze solárního generátoru nabíjejícího proudu akumulátoru a proudu tekoucího do spotřebiče. Pomocí bilancujícího čítače ampérhodin je možno mít kdykoliv informaci o aktuálním stavu nabití akumulátoru, pokud tuto funkci již neplní s dodatečnou přesností regulátor nabíjení. Čítač načítá a odečítá proudy tekoucí do a z akumulátoru a indikuje momentální stav nabití. Tyto přístroje jsou vybaveny i indikátorem okamžitého proudu a napětí.
Zpět na začátek