Безконтактне вимірювання електричних параметрів сонячних елементів
DOI:
https://doi.org/10.26642/ten-2024-2(94)-191-198Ключові слова:
безконтактне вимірювання, фотоелектричний сонячний елемент, сонячна панель, антенний датчикАнотація
Осцилографічний метод вимірювання електричних параметрів сонячних елементів і панелей дозволяє отримувати результат дії вимірювального сигналу в колі безпосередньо на екрані в формі осцилограм у режимі реального часу. Осцилограф разом із антенним датчиком є основним засобом безконтактного вимірювання електричних параметрів сонячних елементів. Вимірювальний змінний сигнал вводять безпосередньо через виводи сонячної панелі від функціонального генератора, що забезпечує можливість здійснювати процес вимірювання під час її експлуатації. Метою таких вимірювань може бути контроль стану сонячної панелі, а також виявлення на ранній стадії процесів утворення і розвитку дефектів та прогноз її деградації. Отримання прогнозної інформації про стан сонячної панелі дозволяє планувати весь її життєвий цикл і вчасно виводити її з експлуатації. Безконтактний метод вимірювання на основі осцилографу має два види: з антенним датчиком без перетворення сигналу та з активною антеною. В режимі малого сигналу сонячну панель можна представити у вигляді послідовного кола ланок, кожна з яких має паралельне з’єднання ємності та активного опору. Використання саме малого сигналу, амплітуда якого не перевищує напруга відкриття сонячних фотоелементів (діодів) і практично обмежена значенням ±15 В. Це дозволяє використовувати під час вимірювань малопотужний функціональний генератор у режимі імпульсної або синусоїдальної напруги без додаткового підсилення сигналу. Робочий діапазон частот при вимірюваннях знаходиться в межах від кількох сотень герц до десяти кілогерц. Антенний метод має походження від методу електростатичного вольтметра, який широко використовують під час високовольтних вимірювань. Тут безконтактний принцип захищає дослідника від небезпеки електричного пробою і ураження його тіла. В сонячній енергетиці безконтактний метод як різновид неруйнівного контролю має на меті проводити дослідження об’єкта без виведення його з експлуатації. Експериментальні дослідження безконтактного методу забезпечили визначення оптимальних параметрів вимірювального сигналу: частота 1500 Гц, амплітуда 3 В. Моделювання схеми вимірювання в середовищі Multisim показало збіг результатів із експериментальними даними з допуском ±15 %.
Посилання
Schwab, A.J. (1969), Hochspannungsmesstechnik (Messgerate und Messverfahren), Springer-Verlag, 212 р.
Greulich, J.M., Wirtz, W., Höffler, H. et al. (2022), «Contactless measurement of current-voltage characteristics for silicon solar cells», Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 248, doi: 10.1016/j.solmat.2022.111931.
Bozhko, K.M. and Mushket, K.Ia. (2023), «Bezkontaktnyi metod vymiriuvannia shuntovoho oporu okremykh soniachnykh elementiv u skladi paneli», Tekhnichna inzheneriia, No. 2 (92), рр. 174–181, doi: 10.26642/ten-2023-2(92)-174-181.
Bozhko, K.M. and Mushket, K.Ia. (2024), «Aktyvna antena u vymiriuvanniakh elektrychnykh parametriv soniachnykh elementiv», Vymiriuvalna ta obchysliuvalna tekhnika v tekhnolohichnykh protsesakh, No. 3, рр. 100–106, doi: 10.31891/2219-9365-2024-79-14.
Bozhko, K.M., Zashchepkina, N.M., Markin, M.O. and 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. and 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.
Miyajima, S., Nishioka, K. and Hishikawa, Y. (2017), «Non-contact Voltage Measurement of Solar Cell with Electrostatic Voltmeter», 2017 IEEE 44th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC), Washington, DC, USA, pp. 481–483, doi: 10.1109/PVSC.2017.8366426.
Hishikawa, J., Yamagoe, K. and Onuma, T. (2015), «Non-contact measurement of electric potential of photovoltaic cells in a module and novel characterization technologies», Japan Journal of Applied Physics, Vol. 54 (8S1), doi: 10.7567/JJAP.54.08KG05.
Raza, H.A. and Tamizh-Mani, G. (2023), «Application of non-contact electrostatic voltmeter to identify underperforming modules in grid-connected photovoltaic systems», Solar Energy, Vol. 252, No. 1, pp. 356–362, doi: 10.1016/j.solener.2023.02.014.
Shimizu, R., Ota, Y., Nagaoka, A. et al. (2023), «Non-Contact Monitoring of Operating Conditions for Solar Cells in a Photovoltaic Module Using a Surface Potential Meter for Detecting the Risk of Fire», MDPI (Applied Science), Vol. 13, doi: 10.3390/app131810391.
Список використаної літератури:
Schwab A.J. Hochspannungsmesstechnik (Messgerate und Messverfahren) / A.J. Schwab. – Springer-Verlag, 1969. – 212 р.
Contactless measurement of current-voltage characteristics for silicon solar cells / J.M. Greulich, W.Wirtz, H.Höffler and other // Solar Energy Materials and Solar Cells. – 2022. – Vol. 248. DOI: 10.1016/j.solmat.2022.111931.
Божко К.М. Безконтактний метод вимірювання шунтового опору окремих сонячних елементів у складі панелі / К.М. Божко, К.Я. Мушкет // Технічна інженерія. – 2023. – № 2 (92). – С. 174–181. DOI: 10.26642/ten-2023-2(92)-174-181.
Божко К.М. Активна антена у вимірюваннях електричних параметрів сонячних елементів / К.М. Божко, К.Я. Мушкет // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 2024. – № 3. – С. 100–106. DOI: 10.31891/2219-9365-2024-79-14.
Singl-pulse method for measuring the current-voltage characteristics of solar panels / K.M. Bozhko, N.M. Zashchepkina, M.O. Markin, O.M. Markina // Archives of Materials Science and Engeneering. – 2019. – Vol. 99, Issues 1–2. – Р. 24–29. DOI: 10.5604/01.3001.0013.5879.
Bozhko K. Linear current sweep and measuring the current-voltage characteristics of the solar panels / K.Bozhko, N.Zashchepkina, I.Bozhko // Actual problems of modern science. – Bydgoszcz, Poland, 2021. – Р. 747–756. DOI: 10.31891/monograph/2021-10-1.
Miyajima S. Non-contact Voltage Measurement of Solar Cell with Electrostatic Voltmeter / S.Miyajima, K.Nishioka, Y.Hishikawa // 2017 IEEE 44th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC). – Washington, DC, USA, 2017. – Р. 481–483. DOI: 10.1109/PVSC.2017.8366426.
Hishikawa J. Non-contact measurement of electric potential of photovoltaic cells in a module and novel characterization technologies / J.Hishikawa, K.Yamagoe, T.Onuma // Japan Journal of Applied Physics. – 2015. –Vol. 54 (8S1). DOI: 10.7567/JJAP.54.08KG05.
Raza H.A. Application of non-contact electrostatic voltmeter to identify underperforming modules in grid-connected photovoltaic systems // H.A. Raza, G.Tamizh-Mani // Solar Energy. – 2023. – Vol. 252, № 1. – Р. 356–362. DOI: 10.1016/j.solener.2023.02.014.
Non-Contact Monitoring of Operating Conditions for Solar Cells in a Photovoltaic Module Using a Surface Potential Meter for Detecting the Risk of Fire / R.Shimizu, Y.Ota, A.Nagaoka and other // MDPI (Applied Science). – 2023. – Vol. 13. DOI: 10.3390/app131810391.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Костянтин Михайлович Божко, Костянтин Ярославович Мушкет
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автор, який подає матеріали до друку, зберігає за собою всі авторські права та надає відповідному виданню право першої публікації, дозволяючи розповсюджувати даний матеріал із зазначенням авторства та джерела первинної публікації, а також погоджується на розміщення її електронної версії на сайті Національної бібліотеки ім. В.І. Вернадського.
