Новый алгоритм снижает температуру солнечного модуля во время обрезки и ограничения выработки
Аккумулятор FIAMM FG 22703
Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса разработали алгоритм отслеживания с учетом температуры, который снижает температуру солнечных модулей и воздействие ультрафиолетового излучения во время ограничения и отключения инвертора, замедляя процесс деградации без снижения выходной мощности переменного тока. В ходе испытаний в чилийской пустыне Атакама было установлено, что эта стратегия позволяет снизить температуру модулей на 7,7 °C.
Испытательный полигон
Исследовательская группа из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) разработала алгоритм отслеживания с учетом температуры для снижения температуры солнечных модулей в периоды ограничения и сокращения выработки электроэнергии.
Обрезание инвертора происходит, когда энергия постоянного тока, вырабатываемая фотоэлектрической системой, превышает максимальный входной ток инвертора. Это приводит к насыщению инвертора, и избыточная энергия постоянного тока не преобразуется в переменный ток. Под сокращением понимается намеренное снижение потенциальной выработки электроэнергии ниже уровня, который могла бы обеспечить электростанция, как правило, для поддержания стабильности энергосистемы, когда предложение превышает спрос или возникают сетевые ограничения.
«Алгоритм регулирует интенсивность излучения в плоскости матрицы только в периоды отсечки, когда дополнительное излучение не может быть выведено наружу, — рассказал автор исследования Брам Хоэкс. — Он также снижает совокупное воздействие ультрафиолетового излучения, дополнительно уменьшая факторы, приводящие к долгосрочной деградации».
«Предложенная стратегия позволяет точно настроить управление трекером в соответствии с реальными ограничениями энергосистемы, повышая надежность без ущерба для производительности переменного тока, — продолжил Хоэкс. — Эту концепцию можно применить не только к ситуации с отключением, но и к сценариям ограничения энергосистемы, которые становятся все более распространенными».
В исследовании «Отслеживание с учетом теплового воздействия для фотоэлектрических систем: снижение деградации модулей без ущерба для производительности», опубликованном в журнале IEEE Journal of Photovoltaics, ученые объяснили, что алгоритм эффективен на разных объектах, но его преимущества и оптимальное использование зависят от местного климата и условий на объекте. Такие факторы, как ветер, влажность, облачность, высота над уровнем моря, рельеф, затененность, температура и интенсивность солнечного излучения, влияют на конвективное и радиационное охлаждение, определяя оптимальный угол наклона панелей.
Сначала алгоритм моделирует выходную мощность постоянного и переменного тока и температуру модуля при различных углах наклона, определяя угол, при котором инвертор выдает полную мощность переменного тока при самой низкой температуре модуля. Обрыв сигнала прогнозируется путем сравнения смоделированной мощности постоянного тока с предельными значениями для инвертора. Если обрыв сигнала возможен, алгоритм проверяет, не превышает ли его продолжительность заданный порог.
Короткие периоды клиппирования игнорируются, так как быстрое движение трекера нецелесообразно. Для более длительных периодов алгоритм выбирает углы наклона, при которых выходная мощность переменного тока не превышает допустимый уровень. На каждом временном шаге выбирается угол наклона, при котором температура модуля минимальна, но при этом соблюдается ограничение по скорости привода. Любые положения, при которых требуется движение, выходящее за пределы возможностей привода, исключаются. Если период клиппирования слишком короткий или все возможные углы наклона превышают ограничение по скорости, трекер переходит в стандартный режим отслеживания.
Испытания проводились на солнечной платформе Plataforma Solar del Desierto de Atacama на севере Чили. На площадке были установлены четыре одноосевых трекера, каждый из которых состоял из четырех активных цепочек модулей разных типов, а также модулей-заглушек. Каждый трекер был подключен к инвертору мощностью 60 кВт с отдельными входами для отслеживания точки максимальной мощности, которые контролировали выходную мощность постоянного тока, температуру модулей и интенсивность излучения в плоскости массива. Метеостанция фиксировала условия окружающей среды, а все данные регистрировались ежеминутно.
Во время обрезки команда протестировала две стратегии наклона. При подходе, при котором используется только опережение, трекер немного отклоняется от стандартного угла, чтобы ограничить движение, а при подходе, при котором используется опережение и запаздывание, трекер отклоняется вперед утром и назад вечером, изменяя тепловое воздействие на панель.
Результаты показали, что алгоритм может снизить температуру модуля на 7,7 °C, при этом среднее снижение температуры составляет 2,7–3,1 °C в зависимости от стратегии. Подход с опережением и запаздыванием усиливает радиационное охлаждение, обеспечивая более эффективное тепловое воздействие, чем метод с опережением.
Анализ по методу Аррениуса показал, что снижение температуры может значительно замедлить скорость деградации, которая удваивается при повышении температуры на каждые 10 °C. Алгоритм также снизил суточную глобальную УФ-инсоляцию до 47 Вт·ч/м², что уменьшило деградацию, вызванную ультрафиолетовым излучением, и тепловой стресс.
«Эта работа объединяет системный контроль и обеспечение надежности материалов, демонстрируя, что продуманные эксплуатационные стратегии могут напрямую замедлить деградацию фотоэлектрических систем промышленного масштаба, вызванную тепловым воздействием, — заключил Хоэкс. — В будущих исследованиях мы объединим эти результаты и изучим деградацию модулей в глобальном масштабе, чтобы оценить наши лабораторные результаты».