Безконтактний метод вимірювання шунтового опору окремих сонячних елементів у складі панелі

Костянтин Михайлович  Божко; Костянтин Ярославович  Мушкет

doi:10.26642/ten-2023-2(92)-174-181

Автор(и)

Костянтин Михайлович Божко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна https://orcid.org/0000-0002-6347-7442
Костянтин Ярославович Мушкет Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна https://orcid.org/0009-0005-9218-5835

DOI:

https://doi.org/10.26642/ten-2023-2(92)-174-181

Ключові слова:

прогнозоване технічне обслуговування, безконтактне вимірювання, фотоелектричний сонячний елемент, сонячна панель, шунтовий опір, вольт-амперна характеристика

Анотація

Для періодичного контролю фотоелектричних сонячних панелей під час їх експлуатації важливим завданням є отримання даних про внутрішній стан пластин сонячних елементів, який може свідчити про початок процесу деградації внаслідок появи і розвитку локальних прихованих дефектів. Об’єктивним критерієм стану сонячної панелі є результати вимірювання її електричних параметрів. Одним із таких важливих параметрів є шунтовий опір. При зменшенні величини шунтового опору в пластинах сонячних елементів починає додатково виділятися тепло Джоуля. Наслідком цього процесу може бути локальне перегрівання панелі, а також зменшення коефіцієнта корисної дії. Значне падіння коефіцієнта корисної дії сонячної панелі є ознакою її деградації. Деградовані панелі виводять із експлуатації. На думку авторів, прогноз початку і подальшого розвитку процесу деградації можливий на основі даних про величину шунтового опору окремих сонячних елементів у складі панелі. Авторами запропоновано безконтактний метод вимірювання шунтового опору сонячних елементів, які вже змонтовані у панель і не мають гальванічних контактів для контролю. Як безконтактні датчики використано плоскі антени прямокутної форми зі склотекстоліту, який вкрито одностороннім шаром міді. Датчики розташовують безпосередньо над сонячними елементами. Сигнал від генератора послідовно проходить через лінійку шунтових опорів усіх сонячних елементів, а його амплітуда поступово спадає. Антенні датчики дозволяють без спотворень зняти сигнал і відобразити його на екрані цифрового осцилографа. За наявності рівномірного спаду сигналу від однієї антени до наступної маємо однакову величину шунтового опору та ідентичність сонячних елементів. На думку авторів, таким методом необхідно перевіряти сонячні панелі, які планують встановлювати у важкодоступних або складних для монтажу і демонтажу місцях: на фасадах висотних будівель, на дахах, навісах тощо. Це зменшить ризики додаткових витрат на заміну тих панелей, які піддаються деградації під час експлуатації. Обґрунтування безконтактного методу вимірювання шунтового опору і його експериментальна перевірка в лабораторних умовах на прикладі сонячної панелі з полікристалічного кремнію номінальною потужністю 270 Вт є предметом цієї роботи.

Посилання

Aksjutenko, I.S. & Aksjutenko, P.S. (2021), «Tekhnolohii ta zasoby organizacii systemy tekhnichnoho obsluhovuvannja», Tekhnichna ingenerija, No 2, pp. 72–76.

Priambodo, P.S., Poespawati & N.R., Hartanto, D. (2011), «Solar cells – silicon wafer-based technologies», Intechopen, pp. 1–28, doi: 10.5772/19935

Long, W. (2021), «On the limiting efficiency for silicon heterojunction solar cells», Solar energy materials and solar cells, Vol. 231, 111291, doi: 10.1016/j.solmat.2021.111291.

Swarnkar, N.K., Lalwani, M., Mahela, O.P. & Khan, B. (2021), «Multivariable passive method for detection of islanding events in renewable energy based power grids», IET renewable power generation, No 16, pp. 497–516, doi: 10.1049/rpg2.12355

Afghan, S.A., Almusawi, H. & Gega, H. (2017), «Simulating the electrical characteristics of a photovoltaic cell based on a single-diode equivalent circuit modell», Annual session of scientific papers IMT ORADEA, 6 p., doi: 10.1051/matecconf/201712603002

Humada, A.M., Mekhlef, S. & Hamada, H.M. (2016), «Solar cell parameters extraction based on single and double-diode models: A review», Renewable and sustainable energy reviews, Vol. 56, pp. 494–509, doi: 10.1016/jrser.2015.11.051

Somasundaran, P. & Gupta, R. (2016), «Influence of local shunting on the electrical performance in industrial silicon solar cells», Solar energy, Vol. 139, pp. 581–590, doi: 10.1016/j.solener.2016.10.020

Qais, M.H., Hasanien, H.M. & Alghuwainem, S. (2019), «Identification of electrical parameters for three-diode photovoltaic model using analytical and sunflower optimization algorithm», Applied energy, Vol. 250, pp. 109–117, doi: 10.1016/j.apenergy.2019.05.013

Chin, V.J., Salam, Z. & Ishaque K. (2015), «Cell modelling and model parameters estimation techniques for photovoltaic simulator application: A review», Applied energy, Vol. 154, pp. 500–519, doi: 10.1016/j.apenergy.2015.05.035

Luque, A. & Hegedus, S. (2003), «Handbook of Photovoltaic Science and Engineering», New York, Wiley, 1180 p.

Rawa, M. et al. (2022), «Single diode solar cells – improved model and exact current-voltage analytical solution based on Lambert’s W function», Sensors, Vol. 22(11), 4173, pp. 1–34, doi: 10.3390/s22114173

Yaqoob, S.J. et al. (2021), «Comparative study with practical validation of photovoltaic monocrystalline module for single and double diode models», Scientific reports, 14 p., doi: 10.1038/s41598-021-98593-6

Azzouzi, M., Popescu, D. & Bouchahdane, M. (2016), «Modeling of electrical characteristics of photovoltaic cell considering single-diode model», Journal of clean energy technologies, Vol. 4, No 6, pp. 414–419, doi: 10.18178/jocet.2016.4.6.323

«Pulsed I-V testing for components and semiconductor devices. Applications guide» (2014), Keithley Instruments, 75 p., [Online], available at: https://download.tek.com/document/4200%20Pulsed-IV%20ApplicaitonsGuide.pdf

Bozhko, K.M., Zashchepkina, N.M., Markin, M.O. & Markina, O.M. (2019), «Singl-pulse method for measuring the current-voltage characteristics of solar panels», Archives of Materials Science and Engeneering, Vol. 99, Issues 1–2, pp. 24–29, doi: 10.5604/01.3001.0013.5879

Bozhko, K., Zashchepkina, N. & Bozhko, I. (2021), «Linear current sweep and measuring the current-voltage characteristics of the solar panels», Actual problems of modern science, Bydgoszcz, Poland, pp. 747–756, doi: 10.31891/monograph/2021-10-1