Usuwanie usterek w modułach fotowoltaicznych i instalacjach solarnych » Kontrola systemów fotowoltaicznych
Autor: Conrad.pl, 20.07. 2023
Stale rosnące ceny energii elektrycznej i rządowe programy dotacji dla odnawialnych źródeł energii oraz szybki zwrot energetyczny sprawiają, że systemy fotowoltaiczne z zasilaniem sieciowym stają się coraz bardziej interesujące dla osób prywatnych. Dotyczy to nie tylko właścicieli pojazdów elektrycznych, którzy mogą korzystać z samodzielnie wytworzonej energii słonecznej za darmo.
Rzemieślnicy, firmy i przedsiębiorstwa produkcyjne również wykorzystują dostępne dachy i otwarte przestrzenie do generowania energii elektrycznej z wykorzystaniem promieni słonecznych, a tym samym obniżenia kosztów operacyjnych.
Inwertery podłączone do sieci z inteligentną elektroniką i bezpośrednim połączenie z Internetem zawsze zapewniają dokładny przegląd wydajności systemu..
Dlatego osoby zarządzające natychmiast rozpoznają, że wydajność spada, ponieważ z systemem dzieje się coś nieprawidłowego. Chętnie wyjaśnimy, jak działa instalacja fotowoltaiczna i co można zrobić w przypadku usterki, aby usunąć awarię.
Aby móc szybko znaleźć usterkę w systemie fotowoltaicznym w przypadku awarii, konieczna jest znajomość struktury i funkcjonowania modułu fotowoltaicznego lub kompletnego systemu solarnego.
Ogniwo fotowoltaiczne
1) Światło słoneczne| 2) Elektroda ujemna | 3) Krzem z domieszką N | 4) Warstwa graniczna | 5) Krzem z domieszką P | 6) Elektroda dodatnia | 7) Odbiornik (żarówka)
Moduł solarne składa się z mniejszej lub większej liczby ogniw fotowoltaicznych. Fotoogniwo z kolei składa się z dwóch cienkich warstw krzemu o wysokiej czystości, do których celowo dodano obce atomy, takie jak bor i fosfor.
Eksperci mówią o dodatnim dodawaniu boru i ujemnym dodawaniu fosforu.
W miejscu styku dwóch warstw półprzewodnikowych powstaje tzw. przejście PN (warstwa graniczna).
W ogniwie fotowoltaicznym padające światło słoneczne (fotony) uwalnia elektrony w warstwie granicznej, które zapewniają napięcie elektryczne na zaciskach.
Moduł fotowoltaiczny
Pojedyncze ogniwo słoneczne o wymiarach na przykład 156 × 156 mm jest w stanie dostarczyć znaczną ilość energii elektrycznej w silnym świetle słonecznym.
Napięcie elektryczne jest jednak stosunkowo niskie. W przypadku krzemu napięcie końcowe pojedynczego ogniwa fotowoltaicznego wynosi około 0,5 - 0,7 V. Dlatego poszczególne moduły fotowoltaiczne są połączone szeregowo. Działa to podobnie do baterii latarki, które również są połączone szeregowo w celu zwiększenia napięcia.
W modułach słonecznych pokazanych na zdjęciu, 36 ogniw jest połączonych szeregowo, tworząc tak zwane substringi. W rezultacie uzyskuje się napięcie obwodu otwartego (otwarte zaciski) na poziomie 24,9 V.
Po zlutowaniu ogniwa są laminowane między dwiema foliami, dzięki czemu są optymalnie chronione przed wilgocią. Aluminiowa rama z szybą i stabilna folia tylna ze skrzynką zaciskową uzupełniają konstrukcję modułu solarnego.
Popularne moduły fotowoltaiczne
Pole słoneczne
1) Ogniwo fotowoltaiczne | 2) Moduł fotowoltaiczny | 3) Łańcuch fotowoltaiczny
Panel fotowoltaiczny składa się z kilku połączonych ze sobą modułów (2). Poszczególne ogniwa są połączone szeregowo, tworząc tzw. stringi (3)..
Liczba połączonych szeregowo paneli zależy od dostępnej przestrzeni.
Ważne jest, aby całkowite napięcie (napięcie w obwodzie otwartym) wszystkich modułów połączonych szeregowo nie przekraczało napięcia wejściowego falownika.
Aby uzyskać pożądaną moc wyjściową, kilka stringów jest połączonych równolegle w jednym polu solarnym. Liczba modułów na string musi być identyczna
Falownik i magazyn energii
Ponieważ moduły fotowoltaiczne (1) ze względu na swoją konstrukcję dostarczają napięcie stałe, musi ono zostać przekształcone w napięcie przemienne za pomocą inwertera (2). Tylko w ten sposób możliwe jest doprowadzenie go do sieci energetycznej lub wykorzystanie go wewnętrznie (5) za pośrednictwem licznika dwukierunkowego (3).
Falowniki często mają opcję podłączenia do magazynów energii (4) lub systemu akumulatorów (BESS). System magazynowania energii to duża bateria, która zasilana jest prądem stałym i następnie uwalnia prąd stały.
Jeśli system solarny dostarcza zbyt mało energii elektrycznej w czasie złej pogody lub nie wytwarza energii elektrycznej w ciemności, akumulator służy jako źródło energii dla odbiorców, zanim prąd zostanie pobrany z sieci energetycznej.
Zakup systemu fotowoltaicznego stanowi pewną inwestycję. Niezależnie od tego, czy instalacja została nabyta czy wydzierżawiona. Dlatego oczywiste jest, że użytkownicy zawsze chcą kontrolować funkcjonalność swojego systemu.
W najprostszym i najtańszym przypadku odbywa się to poprzez odczyt liczników energii elektrycznej. Wskazania w mogą być zapisywane w regularnych odstępach czasu, a następnie porównywane.
Innym rozwiązaniem są falowniki z wbudowanymi wyświetlaczami funkcyjnymi, które umożliwiają szybki przegląd bieżącej wydajności systemu fotowoltaicznego. Zwłaszcza jeśli wyświetlane są na przykład wykresy słupkowe z osiami czasu.
W wersji najbardziej korzystnej dla klienta, rejestratory danych są wykorzystywane do przechowywania różnych wartości charakterystycznych systemu. Uzyskane wyniki można następnie wygodnie pobrać w dowolnym czasie i z dowolnego miejsca za pomocą smartfona.
Niezależnie od metody monitorowania, szybko uzyskasz przekonujące wartości liczbowe dotyczące wydajności systemu w różnych warunkach pogodowych.
Pozwala to również bardzo łatwo zauważyć, jeśli wydajność systemu fotowoltaicznego nagle znacznie spadnie lub przestanie osiągać swój zwykły poziom.
Nasza praktyczna wskazówka: uwzględnij zużycie podczas oceny wydajności
Moduły fotowoltaiczne są narażone na działanie czynników pogodowych i środowiskowych przez cały rok. Oprócz naprężeń mechanicznych powodowanych przez deszcz, śnieg i grad, panele muszą również wytrzymywać wysokie temperatury, mróz i niemałą ilość promieniowania UV. W sumie oznacza to, że moduły słoneczne podlegają naturalnemu starzeniu się lub obniżeniu wydajności (degradacji). Krystaliczne moduły solarne powoli, ale stale tracą około 10-15% swojej wydajności w okresie 20-25 lat.
Aby móc precyzyjnie zlokalizować i usunąć usterkę lub wadę w przypadku jej wystąpienia w późniejszym czasie, konieczne jest posiadanie kompletnej dokumentacji systemu. Dokumenty te należy uzyskać od projektanta systemu lub firmy wykonawczej podczas instalacji lub najpóźniej podczas uruchomienia. Schematy połączeń i obwodów oraz protokoły pomiarowe są tutaj bardzo pomocne, ponieważ w przypadku wystąpienia usterki bieżące wartości można porównać z danymi pomiarowymi z protokołów uruchomienia.
Awaria falownika
Centralnym elementem każdego systemu fotowoltaicznego z zasilaniem sieciowym jest falownik.
Ten dość wrażliwy komponent reaguje bardzo czule na silne wahania prądu i napięcia. Jednak wpływy zewnętrzne mogą mieć również negatywny oddziaływanie na inwerter.
Jeśli komunikaty o błędach są wyświetlane za pomocą diod LED lub na wyświetlaczu, instrukcja obsługi powinna być pod ręką, aby można było prawidłowo przypisać kod błędu.
W większości przypadków dokumenty te opisują również wszystkie dalsze kroki, które powinny lub muszą zostać wykonane przez osoby korzystające z falownika przed wezwaniem specjalistów.
Zacienienie i gorące punkty
Na lewym rysunku wszystkie ogniwa słoneczne modułu są zaangażowane w wytwarzanie energii (patrz czerwona linia). Na prawym rysunku ogniwa zacieniowane (w kolorze szarym) są mostkowane przez diody bypass.
W przypadku zaciemnienia, uszkodzone ogniwa z jednej strony nie generują prądu, a z drugiej działają jak rezystor zakłócający. To znacznie zmniejsza wydajność prądową aktywnych ogniw modułu.
Ponieważ zacienione ogniwa stają się bardzo gorące z powodu wysokiego prądu modułu, powstaje hotspot, który prędzej czy później je niszczy.
Aby tego uniknąć, producenci dodatkowo instalują tak zwane diody bypass w skrzynkach przyłączeniowych modułów solarnych.
W tym przypadku, diody wykazują znacznie niższą rezystancję dla prądu niż zacienione ogniwa i powodują zwarcie łańcucha z uszkodzonymi ogniwami. Skutecznie zapobiega to powstawaniu hotspotów.
Postępujący spadek wydajności
Stopniowa utrata wydajności może, ale nie musi być związana z pogorszeniem sprawności. Często zdarza się, że z czasem coraz większe drzewa lub krzewy prowadzą do częściowego zacienienia modułów słonecznych.
Przyczyną mogą być również duże i uporczywe zabrudzenia, które nie są już spłukiwane i usuwane przez wodę deszczową. W takim przypadku profesjonalne czyszczenie modułów słonecznych znacznie zwiększy wydajność.
Różna lub niewystarczająca wydajność stringów
Jeśli wszystkie pasma systemu fotowoltaicznego są skonstruowane w ten sam sposób, a moduły ustawione tak samo, możliwe jest przeprowadzenie wiarygodnych pomiarów porównawczych.
Pozwoli to szybko stwierdzić, czy natężenie prądu w jednym obwodzie jest mniejsze niż w pozostałych.
Alternatywnie, aktualnie zmierzone wartości można również porównać z danymi z protokołów pomiarowych, które zostały utworzone podczas uruchamiania.
Do szybkich i prostych pomiarów prądu odpowiednie są tak zwane zaciski cęgowe lub mierniki cęgowe, ponieważ nie wymagają one przerywania ciągłości obwodu w celu wykonania pomiaru.
Jeśli system fotowoltaiczny w znaczący sposób utracił moc, należy ustalić i wyeliminować przyczynę usterki. Istnieją różne procedury w tym zakresie.
Kontrola optyczna
Jeśli obwód został zidentyfikowany jako wadliwy, moduły słoneczne należące do tego obwodu muszą najpierw zostać poddane kontroli wzrokowej. W ten sposób można łatwo sprawdzić, czy na przykład grad zniszczył panel szklany lub czy w szkle powstały drobne pęknięcia. W zależności od stopnia uszkodzenia można również łatwo wykryć ślady utleniania spowodowane wnikaniem wilgoci.
Uszkodzone skrzynki przyłączeniowe lub kable nadgryzione przez zwierzęta można łatwo wykryć podczas oględzin. Miejscowe zmiany koloru lub uszkodzenia tylnej folii mogą również wskazywać na możliwe przegrzanie i uszkodzenie ogniw.
Test pomiarowy
Jeśli uszkodzenia modułów nie są widoczne i nie wykazują zauważalnych wad, należy przeprowadzić badanie pomiarowe. W tym teście modułów fotowoltaicznych bardzo ważne jest wykonanie kilku pomiarów porównawczych z modułami o identycznej konstrukcji, aby móc jednoznacznie zidentyfikować wadliwe jednostki. Prawdopodobnie najważniejszymi parametrami są napięcie w obwodzie otwartym i prąd zwarciowy, jeśli moduły są ustawione identycznie do słońca.
W przypadku modułów, które nie osiągają już swojej maksymalnej mocy, diody bypass mogą być źródłem błędu.
Jeśli dojdzie do przeciążenia diod i zwarcia, podstrefy należące do nich nie będą mogły przyczyniać się do generowania mocy. Jeśli diody mają przerwę, wadliwe lub zacienione ogniwa w module nie będą już bypassowane, co również zmniejsza wydajność prądową..
Uszkodzone diody można bardzo łatwo sprawdzić za pomocą multimetru.
Nasza praktyczna wskazówka: Ostrożność przy pomiarach systemów fotowoltaicznych
W przeciwieństwie do wspomnianego już pomiaru prądu za pomocą miernika cęgowego, dalsze pomiary wymagają dużego doświadczenia w dziedzinie elektroniki i technologii solarnej. Należy również dysponować solidną wiedzą na temat towarzyszących im zagrożeń i uwzględnić niezbędne środki bezpieczeństwa. Wynika to z faktu, że w większych systemach, w których wiele modułów zostało połączonych szeregowo, napięcia rzędu 100 V mogą występować nawet przy słabym promieniowaniu słonecznym.
Nasza rekomendacja
Analizator PV Fluke FLK-SMFT-1000/KIT
Sprawdź, czy systemy fotowoltaiczne działają optymalnie i bezpiecznie za pomocą wielofunkcyjnego analizatora mocy fotowoltaicznej Fluke SMFT-1000/KIT. SMFT-1000/KIT jest przeznaczony dla profesjonalistów zajmujących się instalacją, uruchamianiem i konserwacją systemów fotowoltaicznych.
Obrazowanie termiczne za pomocą kamery termowizyjne
Kontrola optyczna i pomiarowa może być oczywiście przeprowadzona bez większego wysiłku tylko wtedy, gdy moduły są łatwo dostępne, na przykład w instalacji terenowej. Jeśli panele są zamontowane na dachu wysokiego domu, inspekcja staje się trudniejsza. W takim przypadkach lub w razie rozległych farm fotowoltaicznych z bardzo dużą liczbą modułów, najlepszą metodą okazuje się termografia z użyciem helikoptera lub drona..
Poniższe obrazy termowizyjne pokazują przykłady tego, jak różne oznaki usterek w systemach fotowoltaicznych mogą być łatwo rozpoznane nawet przez mniej doświadczone osoby, dzięki wyraźnie widocznym różnicom w zakresie barwy
Moduł z hotspotami
Panel z wadliwymi ciągami
Moduł uległ całkowitej awarii
String całkowicie nie działa
Aby uzyskać wiarygodne obrazy termograficzne, promieniowanie całkowite powinno wynosić co najmniej 600 W na metr kwadratowy, a najlepiej od 800 do 1000 W na metr kwadratowy. Kąt obserwacji modułów lub kąt pomiaru kamery termowizyjnej musi mieścić się w zakresie od 50° do 80°.
Doświadczenie pokazuje jednak, że eksperci wykonujący takie loty dronem z kamerami termowizyjnymi dokładnie wiedzą, kiedy i w jaki sposób należy przeprowadzić pomiary. Dalsze kroki związane z naprawą można rozpocząć na podstawie ocen wyników pomiarów lub materiału zdjęciowego.
To, czy uszkodzony moduł fotowoltaiczny można naprawić, zależy od kilku czynników:
Rodzaj uszkodzenia
Usterki techniczne, takie jak uszkodzone kable połączeniowe, przepalone wtyczki połączeniowe, wadliwe skrzynki przyłączeniowe, a nawet uszkodzone diody bypass, można zazwyczaj naprawić łatwo, szybko i bez większego wysiłku.
Nasza praktyczna wskazówka: Wymiana diod bypass
Ważne: Jeśli konieczna jest wymiana uszkodzonych elementów, zdecydowanie należy użyć diod Schottky'ego o wymaganych wartościach prądu i napięcia. Wynika to z faktu, że mają one znacznie niższy spadek napięcia w kierunku przepływu niż standardowe diody krzemowe.
Staje się to trudniejsze, jeśli uszkodzona jest szklana płyta w górnej części modułu. Wówczas pojawia się pytanie, czy została naruszona tylko szyba, czy również znajdujące się pod nią ogniwa słoneczne.
W takim przypadku należy najpierw dokładnie określić aktualną wydajność uszkodzonego modułu solarnego za pomocą pomiaru.
Dzieje się tak, ponieważ jeśli uszkodzenie jest już większe, wilgoć i brud przenikające z czasem doprowadzą do utleniania ogniw fotowoltaicznych znajdujących się pod szkłem lub ich połączeń (patrz także rysunek w sekcji kontroli optycznej).
Wiek, rozmiar i stan techniczny
W przypadku, gdy przyczyny spadku wydajności nie można jednoznacznie zidentyfikować, należy sprawdzić wiek danego modułu. Wynika to z faktu, że producenci fotowoltaiki czasami udzielają dość długiej gwarancji na wydajność swoich paneli. W razie wątpliwości, konsultacja ze sprzedawcą może dostarczyć wyjaśnień..
Czasami zdarza się, że szklana płyta nowych modułów została uszkodzona podczas transportu. Wtedy takie panele nadal generują maksymalne wartości napięcia i prądu określone w kartach technicznych. W takim przypadku możliwe jest zabezpieczenie pękniętej szklanej płyty modułu odpowiednią żywicą odlewniczą lub lakierem i w ten sposób uratowanie go.
Dla starszych i mniejszych modułów, które również nie zapewniają już pełnej wydajności, wysiłek związany z uszczelnieniem nie jest opłacalny. W takim przypadku lepszym rozwiązaniem jest wymiana uszkodzonego elementu. Niestety wielokrotnie zdarza się, że moduł w wymaganym rozmiarze i o odpowiedniej mocy nie jest już dostępny w sprzedaży. W takim przypadku z pomocą mogą przyjść firmy specjalizujące się w naprawie i odbudowie uszkodzonych ogniw fotowoltaicznych. Ze względu na stale rosnącą liczbę instalacji fotowoltaicznych, zarówno te wyspecjalizowane firmy, jak i eksperci zajmujący się montażem i serwisem instalacji fotowoltaicznych (instalatorzy instalacji fotowoltaicznych) mogą być łatwo odnalezieni w Internecie.
Kompleksowe kontrole wizualne lub precyzyjne pomiary prądu za pomocą miernika cęgowego to czynności, które należy regularnie wykonywać w instalacjach fotowoltaicznych. Przy odrobinie wiedzy technicznej zadania te są łatwe do zrealizowania.
Jeśli jednak konieczne jest naprawienie poważnych uszkodzeń systemu fotowoltaicznego, prace powinny być wykonywane przez sprawdzonych fachowców. Zwłaszcza, że czynności te często muszą być przeprowadzane na dużych wysokościach i wymagają rozległej wiedzy specjalistycznej.
Chociaż na odpowiednich stronach internetowych można znaleźć różne filmy dotyczące wymiany uszkodzonych modułów fotowoltaicznych lub uszczelniania uszkodzonych ogniw, zdecydowanie odradzamy samodzielne wykonywanie prac, jeśli nie posiadasz niezbędnej wiedzy specjalistycznej. Lepiej jest wcześniej wybrać wysokiej jakości moduły fotowoltaiczne i wykupić odpowiednie ubezpieczenie ogniw, które pokryje na przykład wszystkie koszty poniesione z tytułu napraw i utraty możliwości użytkowania w przypadku gradobicia.
Sprawdź również
eMobility technologia w służbie środowisku
Elektromobilność stanowi istotną reakcję na obecne wyzwania związane z ochroną środowiska. Proces ładowania samochodów elektrycznych stał się bardziej prosty i efektywny, co sprawia, że stanowią one atrakcyjną alternatywę dla tradycyjnych pojazdów. Akcesoria do stacji ładowania, takie jak specjalistyczne wtyczki, złącza i kable, odgrywają kluczową rolę w tym procesie. Muszą spełniać rygorystyczne standardy bezpieczeństwa i niezawodności, a kable do ładowania muszą zapewniać szybki i efektywny przesył energii do pojazdów. Razem tworzą kompleksowy system umożliwiający ekologiczną transformację transportu.
Moduły fotowoltaiczne dla domu i firmy
Systemy fotowoltaiczne stają się coraz bardziej popularne zarówno wśród właścicieli domów, jak i firm. Pomagają one obniżać koszty energii i przyczyniać się do ochrony środowiska. Bez względu na to, czy planujesz zainstalować je w swoim domu czy przedsiębiorstwie, istotne jest, aby wybrać odpowiednie panele słoneczne, zarówno monokrystaliczne, jak i polikrystaliczne, oraz akcesoria fotowoltaiczne. Jednym z istotnych elementów są złącza fotowoltaiczne, które zapewniają bezpieczne i efektywne połączenie paneli. Przy wyborze kompletnych rozwiązań do systemów solarnych możesz być pewien, że będą one niezawodne i trwałe przez wiele lat.