Prepoznajte kvarove na solarnim modulima i solarnim sustavima » Provjerite PV sustav
Objavljeno: 20. srpanj 2023 | Vrijeme čitanja: 8 minut
Stalno povećanje cijena električne energije i programi državne podrške za obnovljive izvore energija i brzi energetski prijelaz čine fotonaponske sustave s mrežnim napajanjem za privatne osobe sve zanimljivijim. Ne samo za vlasnike električnih vozila koja se mogu besplatno napuniti sa samogeneriranom solarnom energijom.
Obrtnici, tvrtke i industrijski pogoni također koriste postojeći krov i otvorene prostore za proizvodnju električne energije sa snagom sunca i na taj način smanjuju operativne troškove.
Izmjenjivač s mrežnim napajanjem i inteligentnom elektronikom te izravnim povezivanjem na internet uvijek omogućava precizan pregled učinkovitosti sustava.
Stoga odgovorne osobe odmah prepoznaju kada prinos padne jer nešto nije u redu sa sustavom. Rado ćemo objasniti kako funkcionira fotonaponski sustav i što se može učiniti u slučaju pogreške za uklanjanje štete.
Kako bi se u slučaju smetnje mogao brzo pronaći kvar u fotovoltaici, potrebno je znati strukturu i funkcioniranje solarnog modula ili potpunog solarnog sustava.
Solarna ćelija
1) Sunčeva svjetlost | 2) Negativna elektroda | 3) silicij n-tip | 4) Granični sloj | 5) silicij ) p-tip | 6) Pozitivna elektroda | 7) Potrošač (žarulja sa žarnom niti)
Solarni modul sastoji se od manje ili veće količine fotonaponskih ćelija. Fotonaponska ćelija se, zauzvrat, sastoji od dva sloja silicija visoke čistoće, koji su posebno dodani stranim atomima poput bora i fosfora.
Stručnjaci govore o pozitivnom doziranju s boronom i negativnom doziranju s fosforom. Takozvani PN-prijelaz (granični sloj) stvara se na sučelju oba poluvodička sloja.
Opisali smo točnu strukturu i funkciju PN-prijelaza na diodu 1N4148 u našem savjetniku.
U slučaju solarne ćelije, elektroni se oslobađaju padanjem sunčeve svjetlosti (fotona) u graničnom sloju, koji osiguravaju električni napon na priključnim stezaljkama.
Solarni modul
Jedna solarna ćelija veličine 156 × 156 mm prilično je u mogućnosti isporučiti značajnu količinu struje u slučaju jake sunčeve svjetlosti.
Međutim, električni napon je relativno nizak. U slučaju silicija, napon priključnih stezaljki jedne fotonaponske ćelije je oko 0,5 - 0,7 V. Zbog toga su pojedine solarne ćelije spojene u nizu unutar modula (u seriji). To funkcionira slično kao kod baterija džepne svjetiljke, koje su također spojene u seriji za povećanje napona.
U solarnim modulima prikazanim na slici spojeno je 36 ćelija u nizu, u tzv. podnizove. Kao rezultat, ovi moduli postižu napon u praznom hodu (otvorene priključne stezaljke) od 24,9 V.
Ćelije su laminirane između dva filma nakon lemljenja i tako su optimalno zaštićene od vlage. Aluminijski okvir sa staklenim prozorom i stabilnim stražnjim filmom sa spojnom kutijom dovršavaju strukturu solarnog modula.
Preporučamo
Solarno polje
1) Solarna ćelija | 2) Solarni modul | 3) Solarni niz
Solarno polje sastoji se od nekoliko povezanih modula (2). Pojedinačni moduli spajaju se u seriju u tzv. solarne nizove (3).
Broj modula povezanih u nizu ovisi o raspoloživom prostoru, a time i o mogućem broju modula.
Važno je da ukupni napon (napon u praznom hodu) svih modula spojenih u nizu ne prelazi ulazni napon izmjenjivača.
Da bi se postigla željena snaga, nekoliko solranih nizova se paralelno spaja u solarnom polju. Broj modula po nizu treba biti identičan.
Izmjenjivač i pohranjivač energije
Budući da solarni moduli (1) pružaju istosmjerni napon zbog konstrukcije, on se mora pretvoriti u izmjenični napon pomoću izmjenivača (2). Jedino je tako moguće napajanje u javnoj strujnoj mreži ili kućna upotreba (5) putem dvosmjernog brojača (3).
Izmjenjivači često još uvijek imaju mogućnost priključivanja na spremnik energije (4) ili sustav za skladištenje energije baterije (BESS). Spremnik energije je velika baterija koja je opterećena izravnom strujom i oslobađa se izravna struja.
Ako solarni sustav ne osigurava dovoljno električne energije u lošim vremenskim danima ili u mraku, baterija služi kao izvor energije za potrošače prije nego što se struja uzme iz opskrbne mreže.
Bez obzira je li sustav kupljen ili iznajmljen. Stoga je normalno, da operativni ljudi uvijek žele paziti na funkcionalnost svog sustava.
U najjednostavnijem i najjeftinijem slučaju to se postiže čitanjem strujnog brojila. Stanja brojila mogu se primijetiti u pravilnim intervalima, a zatim usporediti.
Alternativno, izmjenjivači s ugrađenim funkcijskim zaslonima savršeno su prikladni za brzo dobivanje pregleda trenutne snage fotonaponskog sustava. Pogotovo kada su, na primjer, prikazani stupčasti dijagrami s vremenskim rokovima.
U najjednostavnijoj verziji za kupce, zapisnici podataka koriste se za spremanje različitih parametara sustava. Podaci se tada mogu udobno očitavati u bilo kojem trenutku i bilo gdje s pametnim telefonom.
Bez obzira na vrstu nadzora, vrlo brzo ćete steći smisleno iskustvo o učinkovitosti sustava u određenim vremenskim situacijama.
Kao rezultat toga, također će vrlo brzo biti uočljivo ako je snaga fotonaponskog sustava odjednom značajno niža ili se uobičajena visoka snaga više ne postiže.
Naš praktični savjet: U obzir uzmite degradaciju u procjeni učinkovitosti
Fotonaponski moduli izloženi su vremenskim prilikama i utjevajima okoliša tijekom cijele godine. Uz mehaničko opterećenje kišom, snijegom i tučama, moduli i dalje trebaju izdržati visoke temperature, mraz i neznatno UV zračenje. Sve u svemu, to znači da solarni moduli podliježu prirodnom starenju ili smanjenju učinkovitosti (degradacija). Kristalni solarni moduli polako, ali kontinuirano gube oko 10 do 15 % svoje učinkovitosti u razdoblju od 20 do 25 godina.
Kako biste kasnije mogli precizno pronaći i popraviti grešku ili kvar u slučaju mogućeg poremećaja, potrebno je imati cjelovitu dokumentaciju sustava. Te dokumente treba tražiti prilikom postavljanja ili najkasnije prilikom pokretanja od planera postrojenja ili izvršne tvrtke. Dijagrami niza i sklopa te protokoli za mjerenje ovdje su vrlo korisni, jer se trenutne vrijednosti mjernih protokola mogu usporediti u slučaju greške.
Kvar izmjenjivača
Središnji komad svakog fotonaponskog sustava s mrežnim unošenjem je izmjenjivač.
Ova prilično osjetljiva komponenta vrlo je osjetljiva na snažne fluktuacije struje i napona. Ali vanjski utjecaji također mogu imati negativan utjecaj na izmjenjivač.
Ako se poruke o pogrešci prikazuju uz pomoć LED-ova ili na zaslonu, upute za uporabu trebaju biti spremne kako bi se kôd pogreške mogao pravilno dodijeliti.
Većinu vremena svi su daljnji koraci opisani u dokumentima, koje podnositelji zahtjeva trebaju ili moraju biti izvedeni prije nego što se zatraži stručna pomoć.
Osjenčenje i žarišta
Na lijevoj ilustraciji sve solarne ćelije modula sudjeluju u stvaranju struje (v. crvenu liniju). Na desnoj ilustraciji, podnizovi su premošćeni zaobilaznim diodama s osjenčanim ćelijama (obojeno sivom).
U slučaju osjenčenja, pogođene ćelije s jedne strane ne stvaraju električnu energiju a, s druge strane, djeluju poput ometajući otpor. To značajno smanjuje prinos električne energije aktivnih ćelija modula.
Budući da osjenčane ćelije postaju vrlo vruće zbog visoke struje modula, stvara se žarište koje će ćeliju uništiti prije ili kasnije.
Kako bi to izbjegli, proizvođači uključuju i takozvane zaobilazne diode u spojne kutije solarnih modula.
U ovom slučaju, diode za struju predstavljaju značajno niži otpor od osjenčanih ćelija i nakratko zatvorite niz s pogođenim ćelijama. To učinkovito izbjegava stvaranje žarišta.
Polagani gubitak snage
Polagani gubitka snage ne može se nužno povezati s degradacijom. Često je slučaj da s vremenom veća stabla ili grmlje dovode do djelomičnog osjenčenja solarnih modula.
Ali velika i tvrdokorna prljavština koju kišnica više ne može otopiti i ukloniti također može biti uzrok. U tom će slučaju profesionalno čišćenje solarnih modula ponovno značajno povećati prinos.
Različita ili neadekvatna snaga nizova
Ako su svi nizovi u fotonaponskom sustavu konstruirani na isti način i moduli su poravnati na isti način, mogu se provesti smislena usporedna mjerenja.
Brzo se ispostavi je li jakost struje u solarnom nizu manja nego u ostatku niza.
Alternativno, trenutno izmjerene vrijednosti mogu se usporediti s informacijama o mjernim protokolima stvorenim tijekom puštanja u pogon.
Za brzo i jednostavno mjerenje struje prikladna su takozvana strujna kliješta ili ampermetri s kliještima jer za mjerenje ne trebaju biti razdvojeni strujni vodovi.
Ako je fotonaponski sustav mjerljivo izgubio snagu, potrebno je utvrditi i otkloniti uzrok greške. Postoje različiti pristupi.
Optička provjera
Ako je niz identificiran kao neispravan, prvo se trebaju vizualno pregledati solarni moduli koji pripadaju nizu. Vrlo je lako vidjeti je li npr. tuča uništila staklenu ploču ili su na staklu nastale sitne pukotine (tzv. puževi tragovi). Ovisno o starosti oštećenja lako se vide tragovi oksidacije uzrokovane prodrlom vlagom.
Ali neispravne razvodne kutije ili kabeli oštećeni ugrizima životinja također se mogu lako identificirati vizualnim pregledom. Lokalne promjene boje ili oštećenje stražnje folije također mogu biti pokazatelji pregrijanih i oštećenih ćelija.
Mjernotehnička ispitivanja
Ako su pogođeni moduli vizualno neupadljivi i nemaju vidljive oštećenja, treba se provesti mjernotehnički pregled. Pomoću ovog testa solarnog modula ima smisla izvršiti nekoliko usporednih mjerenja s identičnim modulima kako biste mogli jasno identificirati neispravne module. Najvažniji parametri su napon u praznom hodu i struja kratkog spoja kada su moduli usmjereni identično suncu.
Mjerenja na lako dostupnim solarnim modulima
U slučaju modula koji više ne postižu maksimalnu učinkovitost, zaobilazne diode mogu biti izvor pogreške.
Ako su diode preopterećene i imaju kratki spoj, podnizovi koji pripadaju diodi ne mogu pridonijeti stvaranju strujr. Ako diode imaju prekid, netočne ili spojene ćelije više nisu premoštene u modulu, što također smanjuje trenutni prinos.
Neispravne diode mogu se jednostavno mjernotehnički provjeriti pomoću multimetra. Za izbjegavanje pogrešnih mjerenja, diode treba ukloniti ili barem zalemiti s jedne strane. Detaljno smo opisali postupak mjerenja dioda u našem vodiču za multimetre.
Naš praktični savjet: Budite oprezni pri mjerenjima na solarnim sustavima
Za razliku od već spomenutog mjerenja struje ampermetrom s kliještima, daljnja mjerenja zahtijevaju veliko iskustvo u području elektronike i solarne tehnike. Osim toga, treba biti dostupno detaljno znanje o povezanim opasnostima te se trebaju uzeti u obzir potrebne sigurnosne mjere. U većim sustavima u kojima su mnogi moduli u seriji spojeni u niz, naponi od nekoliko 100 V mogu se pojaviti čak i pri slaboj sunčevoj svjetlosti.
Preporučamo
Analizator PV Fluke FLK-SMFT-1000/KIT
S višenamjenskim fotonaponskim analizatorom snage Fluke SMFT-1000/KIT provjerite rade li vaši fotonaponski sustavi optimalno i sigurno. SMFT-1000/KIT namijenjen je profesionalcima uključenim u instalaciju, puštanje u rad i održavanje fotonaponskih sustava.
Termografija s termografskom kamerom
Optički i mjernotehnički test može se, naravno, provesti bez puno napora samo ako su moduli lako dostupni npr. kod terenskog sustava. Ako su moduli montirani na krovu visoke zgrade, provjera postaje teža. U ovom slučaju, ili čak u velikim solarnim poljima s vrlo velikim brojem solarnih modula, idealna se pokazala termografija pomoću helikoptera ili drona.
Sljedeće termografske slike kao primjer pokazuju kako razne greške u solarnim sustavima mogu lako prepoznati čak i manje iskusni ljudi zahvaljujući jasno vidljivim razlikama u svjetlini.
Modul s žarištima
Modul s netočnim podnizovima
Modul potpuno neispravan
Niz potpuno neispravan
Kako bi se dobile jasne slike pri termografiji, globalno zračenje mora biti najmanje 600 W po kvadratnom metru ili idealno 800 do 1000 W po kvadratnom metru. Kut gledanja na module ili mjerni kut termogrsfske kamere također treba biti 50° do 80°.
No, iskustvo je pokazalo da stručnjaci koji provode takve letove dronova s termografskim kamerama vrlo precizno znaju kada i kako treba obaviti mjerenja. Zatim se mogu pokrenuti daljnji koraci za popravak na temelju procjena mjerenja ili slikovnog materijala.
Može li se neispravni solarni modul popraviti ili ne, ovisi o nekoliko čimbenika:
Vrsta oštećenja
Tehnički nedostaci kao što su oštećeni spojni kabeli, spaljeni konektori, neispravne razvodne kutije ili neispravne zaobilazne diode obično se mogu otkloniti lako, brzo i bez puno napora.
Naš praktični savjet: Obnovite zaobilazne diode
Važno: Ako je potrebno zamijeniti neispravne diode, svakako treba koristiti Schottky diode sa potrebnim vrijednostima struje i napona. To je zato što te diode imaju značajno niži pad napona u smjeru protoka od standardnih silicijskih dioda.
Postaje teže ako je staklena ploča na vrhu modula oštećena. Postavlja se pitanje je li stradalo samo staklo ili i solarne ćelije ispod njega. U tom slučaju, trenutni učinak oštećenog solarnog modula treba se najprije jasno odrediti mjerenjem.
Ako je oštećenje starije, vlaga i prljavština koja s vremenom prodire dovest će do oksidacije solarnih ćelija ili njihovih spojeva ispod stakla (vidi i sliku u odjeljku optičke provjere).
Dob, veličina i stanje
Ako uzrok opadanja nije jasno prepoznatljiv, treba se provjeriti koliko je star modul. Jer u nekim slučajevima proizvođači PV-a daju prilično dugo jamstvo učinkovitosti za svoje solarne module. Ako sumnjate, savjetovanje s prodavateljem može pojasniti.
S vremena na vrijeme se dogodi da je staklena ploča oštećena tijekom transporta kod novih modula. Pogođene ploče i dalje stvaraju maksimalne vrijednosti za napon i električnu energiju navedene u tehničkim listovima podataka. U ovom slučaju postoji mogućnost zapečatiti slomljenu staklenu ploču modula odgovarajućom lijevanom smolom ili lakom i na taj način spasiti modul.
Za starije i manje module koji više ne pružaju punu izvedbu, trud uložen u njihovo brtvljenje više se ne isplati. U ovom slučaju, zamjena neispravnog modula je bolje rješenje. Nažalost, često se događa da modul u potrebnoj veličini i sa potrebnom snagom više nije komercijalno dostupan. U ovom slučaju mogu pomoći tvrtke specijalizirane za popravak i repliciranje neispravnih solarnih modula. Zbog stalnog porasta broja solarnih sustava, kako ove specijalizirane tvrtke tako i stručnjake za montažu i servis solarnih sustava (solarne inženjere) lako je pronaći na internetu.
Opsežni vizualni pregledi ili precizna mjerenja struje ampermetrom s kliještima aktivnosti su koje bi se trebale redovito provoditi na solarnim sustavima. Uz malo tehničkog znanja, ovi se zadaci mogu lako izvršiti.
Međutim, ako je potrebno popraviti veće oštećenje fotonaponskog sustava, to bi trebali obaviti kvalificirani stručnjaci. Pogotovo jer se posao često mora izvoditi na velikim visinama i zahtijeva opsežno stručno znanje.
Čak i ako možete pronaći različite videozapise za zamjenu neispravnih zaobilaznih dioda ili za brtvljenje neispravnih fotonaponskih modula na relevantnom video portalu, savjetujemo vam da ne obavljate sami posao ako nemate nikakvo specijalno znanje. Bolje je unaprijed odabrati visokokvalitetne solarne module i sklopiti odgovarajuće fotonaponsko osiguranje koje pokriva sve troškove popravka i prekida u radu u slučaju, primjerice, tuče.