Новый метод проверки гарантийных условий для фотоэлектрических модулей

Аккумулятор Challenger A12-40

Ученые разработали способ сравнения данных, предоставляемых производителями фотоэлектрических систем на основе стандартных условий испытаний (STC), с реальными условиями в полевых условиях. Предложенный метод основан на модели с одним диодом и алгоритме Ньютона-Рафсона. Максимальная относительная погрешность составила 1,37%.

Исследователи из Американского университета в Каире в Египте разработали новую методику для проверки эффективности и гарантийных условий фотоэлектрических модулей.

«У производителей фотоэлектрических модулей есть технические характеристики, в которых указаны точки кривой I-V для конкретного продукта в стандартных условиях испытаний (STC)», — сказали учёные. «На фотоэлектрические модули обычно предоставляется гарантия на срок от 10 до 25 лет, и гарантия заключается в том, что панель будет работать с мощностью, превышающей определённый процент от максимальной мощности в условиях STC. Поскольку условия STC практически никогда не соблюдаются во время технического обслуживания панелей, необходима методология для сопоставления измеренных кривых I-V в условиях измерения с STC».

Новый подход основан на однодиодной модели, которая представляет солнечные элементы в виде электрической цепи и решает её уравнения с помощью численного алгоритма Ньютона — Рафсона, который обычно используется для аппроксимации корней вещественных функций.

Новая методология начинается с полевых измерений, в ходе которых фиксируются некоторые точки I-V: напряжение разомкнутой цепи (Voc), ток короткого замыкания (Isc), напряжение в точке максимальной мощности (Vmp), ток в точке максимальной мощности (Imp), а также две точки до и после точки максимальной мощности (MPP). Кроме того, в момент записи фиксируются интенсивность излучения и температура окружающей среды.

Затем алгоритм Ньютона-Рафсона решает задачу для однодиодной модели и определяет фототок (Ipv), ток насыщения диода (Is), последовательное сопротивление (Rs), параллельное сопротивление (Rsh) и коэффициент идеальности диода (n). На основе всех этих значений можно построить кривые I–V и P–V. Затем программа также рассчитывает температурный коэффициент, показывая, как меняются различные параметры при неизменном излучении, но при изменении температуры. Сообщается, что эта методология позволяет преобразовывать результаты в единицы измерения STC и сравнивать их с данными в техническом описании.

«Модель моделирования подтверждена данными измерений и точно отражает электрические характеристики фотоэлектрического модуля с максимальной относительной погрешностью 1,37%», — заявили учёные. «Она позволяет легко сравнивать фактическое снижение выходной мощности с гарантийными условиями. Таким образом, можно выявить любое чрезмерное снижение производительности из-за старения и ускорить процесс подачи гарантийных претензий в случае неисправности фотоэлектрического модуля».

Этот метод был продемонстрирован на монокристаллическом полуячейковом фотоэлектрическом модуле SunTech мощностью 550 Вт. В его техническом описании в разделе STC указано, что Voc составляет 49,88 В, Isc — 14,01 А, Vmp — 42,05 В, а Imp — 13,08 А. Реальные измерения проводились при температуре 44,6 °C и интенсивности излучения 714 Вт/м2. Для определения температурного коэффициента были проведены испытания при плотности мощности 823 Вт/м2 и температуре элемента 44,6 °C и 55,1 °C.

«Результаты показывают, что производительность модуля соответствует гарантийным стандартам, указанным в техническом описании, где указано, что средняя потеря мощности тестируемого фотоэлектрического модуля составила -4,88% после первых двух лет эксплуатации», — заявили исследователи.

Новая методология была представлена в статье «Методология проверки измеренных характеристик и гарантийных условий фотоэлектрических модулей», опубликованной в Solar Energy.