POVEZAVE MED KARAKTERISTIKAMI FOTOVOLTAIČNIH CELIC IN PROIZVODNJO ELEKTRIČNE ENERGIJE FOTOVOLTAIČNEGA SISTEMA

Transkripcija

1 UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO Ana Turk POVEZAVE MED KARAKTERISTIKAMI FOTOVOLTAIČNIH CELIC IN PROIZVODNJO ELEKTRIČNE ENERGIJE FOTOVOLTAIČNEGA SISTEMA Projekt Maribor, Junij 26

2 POVEZAVE MED KARAKTERISTIKAMI FOTOVOLTAIČNIH CELIC IN PROIZVODNJO ELEKTRIČNE ENERGIJE FOTOVOLTAIČNEGA SISTEMA Projekt Študentka: Študijski program: Smer: Mentor: Ana Turk Univerzitetni študijski program Elektrotehnika Močnostna elektrotehnika red. prof. dr. Gorazd Štumberger, univ.dipl.inž. el.

3 ZAHVALA Zahvaljujem se vsem, ki so pomagali pri nastajanju mojega projekta. Najprej se zahvaljujem mentorju red. prof. dr. Gorazdu Štumbergerju. Prav tako se zahvaljujem doc. dr. Janezu Ribiču in mag. inž. el. Ernestu Beliču za pomoč in nasvete. Še posebno se zahvaljujem moji družini, ki mi je omogočila študij in me podpirala. Hvala tudi sošolcema, Gregorju in Urošu, ki sta mi pomagala pri meritvah. i

4 KAZALO. UVOD OD CELICE DO MODULA IN DO PV SISTEMA FOTOVOLTAIČNI POJAV FOTOVOLTAIČNI SISTEM FOTONAPETOSTNI MODULI Monokristalne celice Polikristalne celice I-U KARAKTERISTIKE PV MODULOV Vpliv sončnega sevanja in temperature celic na I-U karakteristiko OPIS POTEKA MERITEV, PROGRAMSKA OPREMA IN NAPRAVE ZA MERJENJE... 8 SPECIFIKACIJE MODULOV PROIZVAJALCA BISOL BISOL OPIS POTEKA MERITEV MERILNIK HT I-V Topview REZULTATI MERITEV ODSTOPANJA MONOKRISTALNIH MODULOV OD STANDARDOV Meritve aprila Meritve junija ODSTOPANJA POLIKRISTALNIH MODULOV OD STANDARDOV Meritve aprila Meritve junija OČIŠČENI MODULI ZAKLJUČEK LITERATURA...26 ii

5 KAZALO SLIK Slika 2.: Od solarne celice do PV sistema... 3 Slika 2.2: Sončna elektrarna PV sistem... 3 Slika 2.3: Hibridni solarni sistem... 4 Slika 2.4: Za vsako celico, ki je dodana zaporedno, se napetost poveča. Primer je dan za module s 36 celicami [4] Slika 2.5: Model PV celice ki vključuje vzporedno in zaporedno upornost [4]... 6 Slika 2.6: I-U karakteristika in izhodna moč za PV modul [4]... 7 Slika 2.7: I-U krivulje za različne temperature in sončna obsevanja... 7 Slika 3.: PV moduli na strehi UM FERI... 9 Slika 3.2: Naprava HT I-V 4... Slika 3.3: Direktno merjenje I-U karakteristike več PV modulov [9]... Slika 4.: I-U karakteristike in krivulje moči izmerjene na PV modulu številka Slika 4.2: I-U karakteristike in krivulje moči izmerjene na PV modulu številka Slika 4.3: I-U karakteristike izmerjene na PV modulu številka 8 izmerjene v mesecu aprilu in juniju...5 Slika 4.4: I-U karakteristike in krivulje moči izmerjene na PV modulu številka Slika 4.5: I-U karakteristike in krivulje moči izmerjene na PV modulu številka...8 Slika 4.6: I-U karakteristike izmerjene pri OPC na PV modulih številk 5, 9, 3, 3 in...8 Slika 4.7: I-U karakteristike pri STC na PV modulih številk 5, 9, 3, 3 in...9 Slika 4.8: I-U karakteristike izmerjene na PV modulu številka 3 meseca aprila in junija...2 Slika 4.9: I-U karakteristike in krivulje moči izmerjene na PV modulu številka...2 Slika 4.: PV moduli (očiščeni in neočiščeni) na strehi UM FERI...22 Slika 4.: I-U karakteristike izmerjene na PV modulu številka pred čiščenjem (meritev 226) in po čiščenju (meritev 227)...23 Slika 4.2: I-U karakteristike izmerjene na PV modulu številka 5 pred čiščenjem (meritev 23) in po čiščenju (meritev 23)...24 iii

6 KAZALO TABEL Tabela 3.: Električne lastnosti monokristalnega PV modula proizvajalca BISOL pri STC [6] 8 Tabela 3.2: Električne lastnosti polikristalnega PV modula proizvajalca BISOL pri STC [7]... 9 Tabela 4.: Rezultati meritev na monokristalnih PV modulih meseca aprila...2 Tabela 4.2: Rezultati meritev na monokristalnih PV modulih meseca junija...4 Tabela 4.3: Rezultati meritev na polikristalnih PV modulih meseca aprila...6 Tabela 4.4: Rezultati meritev na polikristalnih PV modulih meseca junija...2 Tabela 4.5: Rezultati meritev na polikristalnem PV modulu pred in po čiščenju...23 Tabela 4.6: Rezultati meritev na monokristalnem PV modulu 5 pred in po čiščenju...24 iv

7 UPORABLJENI SIMBOLI V module [v] napetost celotnega modula n število fotovoltaičnih celic V d [v] napetost skozi diodo od p-spoja do n-spoja I [A] tok skozi fotovoltaično celico R S [Ω] serijska upornost V [v] napetost celotne fotovoltaične celice V OC [v] napetost odprtih sponk U OC [v] napetost odprtih sponk I SC [A] tok kratkega stika P MPP [W] vršna moč, največja proizvedena moč fotovoltaičnega modula U MPP [v] napetost vršne moči I MPP [A] tok vršne moči ŋ C [%] učinkovitost pretvorbe celic ŋ M [%] učinkovitost pretvorbe modula v

8 UPORABLJENE KRATICE OVE PV DC AC I U, I V STC AM MPP OPC Pwr MPV PPV obnovljivi viri energije fotovoltaični enosmerna (Direct Current) izmenična (Alternating Current) tok - napetost mednarodni standardi za pogoje preizkušanja sončnih celic (Standard Test Conditions) zračna masa (Air mass) maksimalna točka moči (Maximum Power Peak) obratovalni pogoji (Operating Conditions) moč - napetost monokristalni fotovoltaični polikristalni fotovoltaični vi

9 . UVOD Ljudje so odvisni od električne energije. S časom se potrebe po energiji povečujejo zaradi novih tehnologij. Danes še vedno predstavljajo največji vir električne energije fosilna goriva, zaloge slednjih pa so omejene. Ko bo zmanjkalo fosilnih goriv bo mogoče še vedno uporabljati energijo iz obnovljivih virov. Za razliko od vodne, vetrne in ostalih OVE je sončna energija edina direktna uporabna vrsta obnovljivih virov energije. V prihodnosti lahko pričakujemo, da bomo velik del potreb po energiji pridobili iz energije sonca. Pomanjkljivost sistemov za pretvorbo sončne energije je, da ta energija ni na razpolago ponoči, kar pa lahko odpravimo z uporabo hranilnikov energije. V projektu se posvečam analizi obnašanja različnih vrst fotovoltaičnih modulov, v danem primeru monokristalnih in polikristalnih modulov proizvajalca Bisol. V prvem poglavju bom razložila fotoelektrični pojav in tudi predstavila karakteristike fotovoltaičnih modulov. Kasneje bom opisala programsko opremo, kot tudi naprave uporabljene za meritve karakteristik modulov. Najpomembnejši del bo četrto poglavje, ko bom analizirala rezultate meritev in obnašanje različnih modulov v dveh različnih časovnih obdobjih.

10 2. OD CELICE DO MODULA IN DO PV SISTEMA 2.. FOTOVOLTAIČNI POJAV Fotovoltaični (PV) pojav je fizikalni pojav ki ga je odkril Alexandre Edmond Becquerel leta 839. Becqurel je pokazal, da dve različni snovi, ki sta dovolj blizu skupaj in izpostavljeni sončnim žarkom, proizvajata električno napetost. Iz tega sledi da je PV pojav takšen fizikalni pojav, ki svetlobo direktno pretvarja v električni tok. Elektroni se v kristalu brez obsevanosti ne morejo prosto premikati. Če elektrone izpostavimo sončnemu sevanju, nam to daje potrebno energijo, da se elektroni osvobodijo in postanejo prosti elektroni. Ti lažje prestopajo mejo med dvema različnima kristaloma v obeh smereh. Tako na eni strani nastane višek pozitivno nabite na drugi strani pa negativno nabite elektrine, kar se kaže kot napetost. PV pojav traja tako dolgo, dokler sta omenjeni različni snovi osvetljeni. Zato so PV moduli enostavni in ne potrebujejo veliko vzdrževanja FOTOVOLTAIČNI SISTEM PV sistem je sistem sestavljen iz več fotovoltaičnih modulov, razsmernikov, električnih vodnikov, števca in javnega omrežja, kot je razvidno iz slike 2.2 []. Na sliki 2. je predstavljena sončna elektrarna, oziroma PV sistem, z vsemi komponentami razen javnega omrežja. Sončne celice se povezujejo v PV modul, več PV modulov pa tvori panel. Panel je celota sestavljena iz mehansko in električno povezanih modulov, kot kaže slika 2. [2]. Sistem deluje tako da PV moduli, oziroma celice proizvajajo enosmerno napetost ki jo pretvornik potem pretvori v izmenično, primerno za priklop na električno omrežje. 2

11 Slika 2.: Od solarne celice do PV sistema Slika 2.2: Sončna elektrarna PV sistem Sistem, ki uporablja shranjevanje električne energije pridobljene iz energije sonca imenujemo hibridni solarni sistem. V takšnem sistemu se višek energije shranjuje v akumulatorje in jo izkorišča kadar iz energije sonca proizvedemo premalo električne energije (slika 2.3). 3

12 Slika 2.3: Hibridni solarni sistem 2.3. FOTONAPETOSTNI MODULI Fotovoltaični (PV) ali fotonapetostni modul je sestavljen iz serijsko in/ali paralelno vezanih enakih sončnih celic. Danes je večina PV modulov iz silicija (več od 95%), ki je drugi najpogostejši kristal na Zemlji. Silicij ima dobre lastnosti, zato je pogosto uporabljen kot polprevodnik. Poznamo več različnih vrst fotovoltaičnih celic od katerih se najpogosteje uporabljajo polikristalne in monokristalne Monokristalne celice Monokristalne sončne celice so dražje in imajo večjo učinkovitost. Njihov izkoristek je med 5 in 8% Polikristalne celice Polikristalne sončne celice so cenejše in imajo manjši izkoristek za razliko od monokristalnih. Izkoristek polikristalnih celic je med 3 in 6%. Zaradi nižje cene so polikristalne celice bolj razširjene. 4

13 Ena PV celica da zelo malo napetost, okoli,6 V, zato več zaporedno povezanih PV celic povezujemo v module. Več modulov je lahko vezanih zaporedno in se s tem povečuje napetost, tok pa ostaja konstanten, ali pa se z vzporedno vezavo povečuje tok, napetost pa ostaja konstantna. Produkt napetosti in toka nam daje moč. Zaradi tega je pomembno dimenzioniranje PV sistema, kjer je treba določeno število modulov vezati vzporedno ali zaporedno, da dobimo ustrezne razmere za pretvarjanje energije enosmernega sistema v energijo izmeničnega sistema [5]. Slika 2.4: Za vsako celico, ki je dodana zaporedno, se napetost poveča. Primer je dan za module s 36 celicami [4]. Če pogledamo primer zaporedne vezave celic na sliki 2.4, vidimo da je tok enak za vse krivulje, napetost pa se povečuje z vsako dodano celico. Zato lahko zapišemo (2.): Vmod ule n( Vd IRS ) (2.) kjer se napetost modula V module dobi z množenjem napetosti (V d - IR S ) in števila celic n. Pri tem je V d definirana z (2.2), pomen posameznih oznak pa je razviden s slike

14 V V IR (2.2) d kjer je napetost V d napetost skozi diodo od p-spoja do n-spoja. Na sliki 2.5 napetost V je napetost celotne PV celice, tok I je tok skozi PV celico in upornost R S je serijska upornost. S Slika 2.5: Model PV celice ki vključuje vzporedno in zaporedno upornost [4] Več celic povežemo v modul, več modulov pa v panel. Moduli v panelu pa se lahko vežejo zaporedno ali vzporedno, glede na potrebno napetost in tok I-U KARAKTERISTIKE PV MODULOV I-U karakteristika se imenuje tudi diodna karakteristika, ker je celica narejena iz polprevodniškega materiala. I-U karakteristika podaja razmerje med tokom in napetostjo, ki jo proizvaja celica pri različnih upornostih električnega tokokroga. I-U karakteristike modulov se spreminjajo v odvisnosti od osvetljenosti, oziroma gostote moči sončnega sevanja, in temperature celic. Zaradi lažjega primerjanja in opisovanja so bili določeni standardni testni pogoji STC (Standard Test Conditions). STC so mednarodni standardi za pogoje preizkušanja PV celic in modulov. Ti standardi nam povedo, da standardno sončno sevanje znaša W/m 2, spekter sevanja pa je enak sončnem spektru pri faktorju zračne mase AM,5, temperatura celice pa je 25 C. Proizvajalci nam morajo vedno podati električne parametre modulov kot so kratkostični tok, napetost odprtih sponk in maksimalna moč pri STC. Primer I-U karakteristike z značilnimi podatki je podan na sliki

15 Slika 2.6: I-U karakteristika in izhodna moč za PV modul [4] Slika 2.6 opisuje stanja kot so kratki stik in stanje odprtih sponk, podaja pa tudi krivuljo moči [3]. Podatek za napetost odprtih sponk V OC (open-circuit) je največja napetost ob odprtem tokokrogu pri STC. Tok kratkega stika I SC (short-circuit) je največji tok ki teče pri STC ob sklenjenem tokokrogu brez električne upornosti. Pri točki MPP (Maximum Power Point) je največja proizvedena moč modula P MPP. Moč dobimo s produktom napetosti in toka, ki pod I- U karakteristiko daje največjo površino. Iz tega sledi, da lahko moč dobimo samo takrat, ko je breme priklopljeno. Drugače imamo kratek stik ali odprte sponke Vpliv sončnega sevanja in temperature celic na I-U karakteristiko Kot smo prej omenili, bomo pri različnih temperaturah in gostotah moči sončnega sevanja dobili različne I-U karakteristike, kar kaže slika 2.7 [6]. Slika 2.7: I-U krivulje za različne temperature in sončna obsevanja 7

16 Slika 2.7 kaže, kako se z zmanjševanjem obsevanosti zmanjšuje tudi tok kratkega stika I SC. S povečevanjem temperature celice se napetost odprtih sponk V OC zmanjšuje, z zmanjševanjem temperature pa se napetost odprtih sponk V OC povečuje. 3. OPIS POTEKA MERITEV, PROGRAMSKA OPREMA IN NAPRAVE ZA MERJENJE SPECIFIKACIJE MODULOV PROIZVAJALCA BISOL 3.. BISOL Moduli uporabljeni za meritev so bili izdelki proizvajalca BISOL. Gre za ustrezno certificirane slovenske izdelke. PV moduli BISOL so razširjeni po celotnem svetu in so poznani po svoji odličnosti in kakovosti. Garancija PV modulov je do let. Imajo visoko učinkovitost pri nizki osvetlitvi. Meritve sem izvajala na dveh različnih vrstah PV modulov proizvajalca BISOL, in sicer na monokristalnih in polikristalnih. Monokristalni fotonapetostni moduli so moduli iz serije BISOL Premium, natančneje BMO- 25. Tip modula 25 pomeni, da je vršna moč modula P MPP enaka 25 W. Ostali podatki so podani v tabeli 3. [6]. Tabela 3.: Električne lastnosti monokristalnega PV modula proizvajalca BISOL pri STC [6] Modul BMO-25 Vršna moč P MPP [w] 25 Kratkostični tok I SC [A] 8,8 Napetost odprtih sponk U OC [v] 37,9 Tok vršne moči I MPP [A] 8,2 Napetost vršne moči U MPP [v] 3,5 Učinkovitost pretvorbe celic ŋ C [%] 7,4 Učinkovitost pretvorbe modula ŋ M [%] 5,3 Toleranca izhodne moči /+ 5 W Polikristalni fotonapetostni moduli so tudi moduli iz serije BISOL Premium, natančneje BMU- 25 [7]. 8

17 Tabela 3.2: Električne lastnosti polikristalnega PV modula proizvajalca BISOL pri STC [7] Modul BMO-25 Vršna moč P MPP [w] 25 Kratkostični tok I SC [A] 8,75 Napetost odprtih sponk U OC [v] 38,4 Tok vršne moči I MPP [A] 8,25 Napetost vršne moči U MPP [v] 3,3 Učinkovitost pretvorbe celic ŋ C [%] 7, Učinkovitost pretvorbe modula ŋ M [%] 5,3 Toleranca izhodne moči /+ 5 W Oba modula sta enakih dimenzij,.649 mm x 99 mm x 4 mm (v x š x d) in enake mase (8,5 kg). Imata 6 zaporedno vezanih sončnih celic OPIS POTEKA MERITEV Meritve karakteristik PV modulov so bile izvedene na strehi Fakultete za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, Univerze v Mariboru (UM FERI). Slika 3.: PV moduli na strehi UM FERI Na strehi se nahaja 5 modulov. Trije moduli so na sledilnem sistemu, od tega je eden monokristalni, ostalih 2 pa je fiksno nameščeni. Trije moduli so monokristalni dvanajst pa je polikristalnih. Preden smo začeli z meritvami smo zaradi varnosti izklopili vse module. Konektorje, ki spajajo PV modul in razsmernik, smo razklenili in začeli z meritvami. Prve meritve so bile izvedene 4. aprila 26, ko je bilo vreme jasno z malo oblaki. Temperatura 9

18 okolice je bila okoli 2 C. Druge meritve smo izvedli 8. junija 26, ko je bila temperatura 26 C MERILNIK HT I-V 4 Za merjenje modulov smo uporabili napravo HT I-V 4. To je multifunkcionalni merilnik za določanje I-U karakteristik PV modulov in panelov. Naprava je prikazana na sliki 3.2 [8]. Slika 3.2: Naprava HT I-V 4 S pomočjo te naprave hitreje poiščemo možne probleme in okvare PV modulov in polji. HT I- V 4, razen I-U karakteristike meri tudi temperaturo PV modulov in obsevanost. Izhodni tok in napetost PV modula sta bila izmerjena s pomočjo 4 sponk. Sončno obsevanost smo merili z referenčno celico, tipa HT34N, katero smo priklopili na HT I-V 4. Referenčna celica je morala biti pod enakim kotom kot moduli. Referenčna mala celica je imela dva izhoda, enega za polikristalne module in drugega za monokristalne module. Obsevanost je morala biti v času meritev med 7 in W/m 2. Na napravo smo priklopili tudi senzor za temperaturo, ki smo jo merili na PV modulu. Temperatura se je morala ustaliti preden smo začeli meritev vsakega modula.

19 Slika 3.3: Direktno merjenje I-U karakteristike več PV modulov [9] V napravi je že shranjena baza podatkov PV modula. Podatki, ki jih dobimo iz meritev na PV modulih so potem obdelani z ekstrapolacijo na I-U karakteristiko pri STC, da se potem lahko primerjajo z nominalnimi podatki, ki so dani s strani proizvajalca. Po primerjanju podatkov meritev, ki so že obdelani pri STC in nominalnih podatkih, dobimo rezultat OK, Not ok, Non ok ali NO result of the test. Moduli so označeni tako, da je najmanjša številka modula pri levem spodnjem kotu, potem pa številke modulov rastejo proti desni, največja številka modula pa je v desnem zgornjem kotu Topview Dobljene rezultate smo po meritvah prenesli v program Topview. V programu Topview lahko ogledamo podatke, ki smo jih dobili iz meritev, zapisane v tabelarični obliki ali narisane v obliki grafov. Program nam nariše I-U karakteristike in krivulje moči. Simboli uporabljeni v programu so STC, OPC (Operating Conditions; obratovalni pogoji v času meritev), I-V ( graf tok-napetost) in Pwr (graf moč-napetost).

20 4. REZULTATI MERITEV Na osnovi meritev ki smo jih izvedli aprila in junija bomo analizirali I-U karakteristike in izhodne moči PV modulov sistema s slike 3.. Pogledali bomo posebej odstopanja vseh PV modulov in potem primerjali monokristalne in polikristalne module glede izkoristka in moči. Primerjali bomo tudi koliko se je spremenila izhodna moč modulov pri meritvah izvedenih ob manjši in večji gostoti moči sončnega sevanja. Pokazali bomo za koliko se spremeni izkoristek, oziroma izhodna moč, če je modul očiščen. 4.. ODSTOPANJA MONOKRISTALNIH MODULOV OD STANDARDOV 4... Meritve aprila Monokristani PV (MPV) moduli so bili moduli številka 5, 8 in 4. Prva meritev je bila opravljena na 4. MPV modulu ob :3. 4. MPV odstopa za 4,7% od nominalnih vrednosti, ki jih podaja proizvajalec. Moč, ki bi jo lahko dobili je 25 W. V obratovalnih pogojih smo dobili 83,2 W, pri STC pa bi moralo biti 24,83 W. Kasneje so bile izvedene še meritve na 8. MPV modulu ob :48 in 5. MPV modulu ob 3:46. V tabeli 4. lahko vidimo razširjene rezultate meritev za vse tri MPV module. Tabela 4.: Rezultati meritev na monokristalnih PV modulih meseca aprila Pmax Voc Vmpp Impp Isc Irradiance Module Temp. FF 4. MPV Not Ok (-4,7%) Measures@OPC 83,2 33,99 26,8 7 7,62 9, 44,48 7,72 STC 24,83 35,78 27,85 7,7 8, ,55 Nominal 25 37,9 3,5 8,2 8, ,99 8. MPV Not Ok (-7,35%) Measures@OPC 8,98 33,42 25,6 7,7 7,63 94, 49,3 7,99 STC 26,62 35,5 27,74 7,45 8, 25 72,63 Nominal 25 37,9 3,5 8,2 8, ,99 5. MPV Not Ok (-2,95%) Measures@OPC 28,3 34,5 27,4 7,7 8,8 7,7 4,88 73,78 STC 27,62 35,85 28,63 7,6 8, ,28 Nominal 25 37,9 3,5 8,2 8, ,99 Iz tabele 4. odčitamo da je bila obsevanost večja na 5. MPV modulu in zato ima največjo izhodno moč. Kot vidimo se s povečevanjem gostote moči sončnega sevanja, tok kratkega 2

21 Current [A] Power [W] stika poveča, kar posledično poveča tudi proizvedeno moč. 8. MPV modul je imel v času meritev najmanjšo izhodno moč od vseh treh MPV modulov. Najmanjša izhodna moč je bila posledica večje temperature modula za razliko od ostalih dveh. Temperatura modula 8 se je povečala in posledično se zmanjša napetost odprtih sponk, s tem pa tudi izhodna moč. Meritve 8. modula smo shranili v meritev številka 26 in 5. v meritev številka 22. Na slikah 4. in 4.2 vidimo razlike v moči in I-U karakteristiki 5. in 8. modula Voltage [V] 22I-V@OPC 22I-V@STC 22I-V Nominal 22Pwr@OPC 22Pwr@STC 22Pwr Nominal Slika 4.: I-U karakteristike in krivulje moči izmerjene na PV modulu številka 5 Na zgornji sliki 4. in vseh nadaljnjih, so izrisi, ki jih naredi instrument, zato oznake niso v slovenščini. Na sliki 4. imamo prikaz I-U karakteristike in krivulje moči izmerjenih za modul 5. Za monokristalne module je največja napetost odprtih sponk enaka 37,9 V. Modul 5 je imel v obratovalnih pogojih 34,5 V. Še pomembnejše pa je bilo to, da je bila napetost v točki MPP največja in je znašala 27,4 V, pripadajoči tok v točki MPP pa je bil 7,7 A. V tem primeru je produkt toka in napetosti pod I-U karakteristiko največji, kar pomeni največjo moč. 3

22 Current [A] Power [W] Voltage [V] Slika 4.2: I-U karakteristike in krivulje moči izmerjene na PV modulu številka 8 Na sliki 4.2 imamo najslabši modul 8. Napetost v točki MPP 8. modula je bila nižja kot napetost v točki MPP 5. modula in je znašala 25,6 V. Tok v točki MPP 8. modula je bil 7,7 A. To pomeni, da je bila izhodna moč manjša kot pa pri modulih 5 in 4. Znašala je 8,98 W v obratovalnih pogojih. 26I-V@OPC 26I-V@STC 26I-V Nominal 26Pwr@OPC 26Pwr@STC 26Pwr Nominal Meritve junija Druge meritve, ki so bile izvedene , so dale podobne rezultate kot meritve opravljene meseca aprila. Če pogledamo tabelo 4.2 vidimo, da so odstopanja izhodne moči od nazivnih podatkov še vedno velika. Tabela 4.2: Rezultati meritev na monokristalnih PV modulih meseca junija Pmax Voc Vmpp Impp Isc Irradiance Module Temp.FF 5. MPV Not Ok (-2,26%) Measures@OPC 77,8 33,8 25,54 6,93 7,43 87,7 52,27 7,86 STC 29,34 35,64 27,84 7,88 8, ,38 Nominal 25 37,9 3,5 8,2 8, ,99 8. MPV Not Ok (-3,65%) Measures@OPC 72,94 33, 25,8 6,87 7,39 865,4 52,2 7,7 STC 25,87 35,5 27,46 7,86 8, ,5 Nominal 25 37,9 3,5 8,2 8, ,99 Modul 8 proizvaja najmanj električne energije za razliko od modula 5, ki je malo boljši. Modul 5 je imel za,69% manjše odstopanje izhodne moči meseca junija kot aprila, kar je tudi bilo za pričakovati. 4

23 Current [A] Power [W] Voltage [V] 26I-V@OPC 26I-V@STC 26I-V Nominal 244I-V@OPC 244I-V@STC 244I-V Nominal Slika 4.3: I-U karakteristike izmerjene na PV modulu številka 8 izmerjene v mesecu aprilu in juniju Na sliki 4.3 imamo s številko 244 označeno meritev 8. PV modula v mesecu juniju, in s številko 26 meseca aprila. Tudi modul 8 je imel večjo proizvedeno moč meseca junija kot aprila. Odstopanje proizvedene moči od nazivne moči se je v mesecu juniju zmanjšalo za okoli 5% ODSTOPANJA POLIKRISTALNIH MODULOV OD STANDARDOV Polikristalnih PV modulov smo imeli 2. Dva PV modula sta se nahajala na sledilnem sistemu, in sicer modula številka 3. in Meritve aprila Meritev je bila izvajana od :29 do 4:. Zaradi velikega števila polikristalnih PV (PPV) modulov bomo podali samo nekaj grafov za najboljše in najslabše PPV module. Naslednja tabela 4.3 podaja odstopanja moči pri STC od nominalnih vrednosti za vse PPV module. 5

24 Tabela 4.3: Rezultati meritev na polikristalnih PV modulih meseca aprila Pmax Voc Vmpp Impp Isc Irradiance Module Temp. FF 5. PPV Non Ok* (-3,37%) 22,67 34,65 27,25 8, 8,76 98,5 44,34 72,7 STC 24,58 36,74 29,58 8,7 8, ,58 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4 9. PPV Not Ok (-7,2%) 27,83 33,95 26,39 7,87 8,43 982,8 5,8 72,63 STC 232,46 36,75 29,44 7,9 8, ,96 27 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4 3. PPV Non Ok* (-,45%) 23,94 34,39 27,4 8,58 9,37 24,8 48,5 72,2 STC 246,38 36,9 29,36 8, ,6 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4. PPV Not Ok (-6,43%) Measures@OPC 87,84 33,2 25,47 7,38 8,7 99,3 5,56 7,29 STC 28,9 36,3 28,5 7, ,52 29 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4 2. PPV Not Ok (-6,79%) Measures@OPC 79,59 32,9 24,68 7,28 8,5 959,9 53,3 67,78 STC 28,2 35,93 27,43 7,58 8,8 25 7,8 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4. PPV Not Ok (-8,53%) Measures@OPC 83,82 32,62 25,47 7,22 8,4 983,8 53,9 7,2 STC 23,68 34,9 28,3 7,27 8, ,76 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,99 7. PPV Not Ok (-4,33%) Measures@OPC 8,89 33,77 26,82 6,74 7,29 832,4 5,87 73,5 STC 239,8 36,87 29,96 7,98 8, ,33 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4 6. PPV Non Ok* (-3,82%) Measures@OPC 64,82 34,54 27,96 5,89 6,24 735,6 43,3 76,48 STC 24,45 37,8 3,33 7,93 8, ,4 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4 3. PPV Non Ok* (-3,2%) Measures@OPC 87, 34,54 27,6 6,77 7,27 83,3 44,9 74,52 STC 242,46 37,4 3, 8,6 8, ,97 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4 2. PPV Not Ok (-5,53%) Measures@OPC 53,36 34,24 27,68 5,54 5,92 75,7 46,25 75,72 STC 236,7 37,25 3,45 7,76 8, ,55 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4. PPV Not Ok (-6,23%) Measures@OPC 97,77 34,24 27,4 7,32 7,82 95,3 47,7 73,9 STC 234,42 36,8 29,7 7,89 8, ,6 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4 4. PPV Not Ok (-4,88%) Measures@OPC 72,4 34,47 27,39 6,28 6,7 782,4 45,7 74,52 STC 237,8 37,2 29,95 7,94 8, ,64 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4 Iz tabele 4.3 vidimo, da je najboljši PPV modul številka 3, ki se nahaja na sledilnem sistemu. Številka 28 označuje meritev za 3. modul. Odstopanje proizvedene moči od nominalnih podatkov je,45%. V času merjenja je bila obsevanost večja od W/m 2 in je izhodna moč dosegla skoraj maksimalno moč 25 W. Po 3. modulu sledi 3. PPV modul z odstopanjem moči podane pri STC od nominalnih podatkov za 3,2%, za njim pa moduli številka 5, 6, 7, 4, 2,, 9,, 2 in. Modul številka je najslabše delujoči modul v času merjenja. Odstopanje moči pri STC od nominalnih pogojev. PPV modula je 8,53%, pripadajoče meritve pa so označene s številko 2. Trije moduli imajo odstopanje moči pri STC od nazivnih podatkov nad 5%, in sicer moduli številka, 2 in. Do velikega odstopanja pride zato, ker je temperatura teh modulov največja. Temperatura modula 6

25 Current [A] Power [W] številka znaša 53,9 C. Na slikah 4.4 in 4.5 lahko vidimo, kako sta se obnašala najboljši in najslabši PPV modul Voltage [V] 28I-V@OPC 28I-V@STC 28I-V Nominal 28Pwr@OPC 28Pwr@STC 28Pwr Nominal Slika 4.4: I-U karakteristike in krivulje moči izmerjene na PV modulu številka 3 Iz slike 4.4 vidimo, da modul 3 deluje zelo dobro. Napetost in tok v točki MPP sta bila 27,4 V in 8,58 A. V OPC stanju je modul 3 proizvedel 23,94 W moči, kar je več od ostalih PPV modulov. V tabeli 4.3 je razvidno, da ima modul številka 2 skoraj enako vrednost napetosti odprtih sponk pri OPC kot pri modulu številka 3. Pričakovali bi približno enako izhodno moč, ampak zaradi različne gostote moči sončnega sevanja dobimo različne izhodne moči. Gostota moči sončnega sevanja modula številka 2 je znašala 75,7 W/m 2 in je tok kratkega stika pri OPC bil 5,92 A. Tok kratkega stika pri OPC modula številka 3 je znašal 9,37 A pri gostoti moči sončnega sevanja 24,8 W/m 2. Zaradi mnogo večje gostote moči sončnega sevanja se tok kratkega stika I SC poveča, kar poveča tudi izhodno moč. 7

26 Current [A] Current [A] Power [W] Power [W] Voltage [V] 2I-V@OPC 2I-V@STC 2I-V Nominal 2Pwr@OPC 2Pwr@STC 2Pwr Nominal Slika 4.5: I-U karakteristike in krivulje moči izmerjene na PV modulu številka Na sliki 4.5 imamo najmanjšo maksimalno moč. Tok in napetost v MPP sta manjša kot pri ostalih modulih in znašata 25,47 V in 7,22 A. V času merjenja je modul številka imel največjo temperaturo modula in sicer 53,9 C. Zaradi visoke temperature je napetost odprtih sponk znašala 32,62 V. Gre za manjšo napetost, če primerjamo ostale module in se je zaradi nje zmanjšala izhodna moč modula Voltage [V] 25I-V@OPC 27I-V@OPC 28I-V@OPC 2I-V@OPC 29I-V@OPC Slika 4.6: I-U karakteristike izmerjene pri OPC na PV modulih številk 5, 9, 3, 3 in Številka 25 je meritev za 5. modul ki je na sledilnem sistemu, številka 27 za 9. modul, številka 29 za 3. modul, meritvi številka 28 in 2 pa sta bili že omenjeni. Slika 4.6 je podana za primere različnih maksimalnih moči. Vidimo da ima. modul (rdeča barva) nižjo napetost v točki MPP in večji tok v točki MPP kot modul 3 (temno zelena barva). 8

27 Current [A] Power [W] Obe karakteristiki data v danih obratovalnih pogojih skoraj enaki izhodni moči modulov številka 3 in, vendar zaradi STC ne proizvajajo enake izhodne moči. 9 8,9,8 7 6,7,6 5 4,5,4 3 2,3,2, Voltage [V] 25I-V@STC 27I-V@STC 28I-V@STC 2I-V@STC 29I-V@STC Slika 4.7: I-U karakteristike pri STC na PV modulih številk 5, 9, 3, 3 in Kot je razvidno na sliki 4.7, pri STC modul 3 proizvaja več izhodne moči kot pa modul (rdeča barva). Razlog je, da je temperatura modula številka 3 manjša kot modula številka in je zato napetost odprtih sponk modula številka 3 večja. S tem pa je večja tudi izhodna moč. Zaradi večje gostote moči sončnega sevanja modula številka je tok kratkega stika pri tem modulu večji kot pa pri modulu številka 3. Posledično bi tudi morala biti izhodna moč večja, ampak zaradi višje temperature modula številka, to ni možno. Zaradi STC imamo omejitve kot je recimo temperatura. Nominalna temperatura in temperatura pri STC je 25 C. Ker je bila temperatura modula najvišja (53,9 C) je bil ta modul najslabši. 9

28 Meritve junija Tabela 4.4: Rezultati meritev na polikristalnih PV modulih meseca junija Pmax Voc Vmpp Impp Isc Irradiance Module TempFF. PPV Not Ok (-4,59%) 84,3 33,98 26,75 6,88 7,35 856,8 53,26 73,69 STC 238,53 37,3 3,8 7,9 8, ,77 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4 4. PPV Not Ok (-5,43%) 84,9 33,77 26,6 6,95 7,46 867,7 53,29 73,37 STC 236,43 37,8 3 7,88 8, ,25 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4 7. PPV Not Ok (-5,48%) Measures@OPC 85,5 33,74 26,54 6,98 7,49 87,5 54,3 73,28 STC 236,3 37, 3, 7,87 8, ,4 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4. PPV Not Ok (-77,4%) Measures@OPC 49,52 33,2 7,78 6,37 7,22 86,7 54,4 2,76 STC 56,47 36,35 2,72 2,6 7,8 25 9,9 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4 3. PPV Non Ok* (-,7%) Measures@OPC 92,48 34,4 27,8 7,8 7,75 857,8 5,86 72,96 STC 247,7 37,8 29,9 8,26 8, ,92 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4 6. PPV Non Ok* (-2,53%) Measures@OPC 9,3 33,98 26,54 7,2 7,7 86,2 5,64 73,4 STC 243,68 37,8 29,54 8,25 8, ,73 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4 9. PPV Ok* (-,36%) Measures@OPC 9,6 33,74 26,75 7,5 7,79 847,7 5,55 72,78 STC 249, 36,9 29,53 8,44 9, ,7 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4 2. PPV Not Ok (-6,29%) Measures@OPC 62,5 32,65 24,68 6,58 7,29 855,9 52, 68,29 STC 29,28 35,83 27,63 7,58 8, , Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4. PPV Not Ok (-43,53%) Measures@OPC,76 32,52 6,26 6,8 7,38 89,9 5,6 46,7 STC 4,6 35,48 8,75 7,53 8, 25 49,6 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4 2. PPV Non Ok* (-3,45%) Measures@OPC 9,8 33,68 26,68 7,3 7,79 867,3 5,6 72,5 STC 24,39 36,85 29,35 8,23 8, ,8 Nominal 25 38,4 3,3 8,25 8, ,4 Za modulom 9, ki da največjo izhodno moč, po izhodni moči sledijo moduli : 3, 6, 2,, 4, 7. Modulov številka in ne moremo primerjati z ostalimi, ker sta bila osenčeni. Kljub temu pa sta dala še vseeno malo izhodne moči. Tudi modul 2 je junija delal slabše kot ostali PPV moduli meseca junija. Moduli številka 2, 3, 6 in 9 imajo manjše temperature modulov, zato proizvajajo več kot ostali PPV moduli. V spremembi gostote moči sončnega sevanja ni bilo zaznane velike razlike med moduli, zaradi česa tudi ni velike spremembe v toku. Razvidno je, da v mesecu juniju na PV module najbolj vpliva temperatura. 2

29 Current [A] Current [A] Power [W] Power [W] Voltage [V] 29I-V@OPC 29I-V@STC 29I-V Nominal 237I-V@OPC 237I-V@STC 237I-V Nominal Slika 4.8: I-U karakteristike izmerjene na PV modulu številka 3 meseca aprila in junija S številko 29 je označena meritev ki je bila izvedena aprila, s številko 237 pa meritev opravljena junija. Glede na sliko 4.8 se je odstopanje izhodne moči od nazivnih podatkov meseca junija zmanjšalo za skoraj 2%. Kadar se sledilni sistem premika skladno s trajektorijo sonca, na modula in pade senca. Takrat so odstopanja izhodne moči od nominalnih podatkov zelo velika, in sicer do 77%. Na sliki 4.9 se vidi, kaj se dogaja, če je /6 modula v senci. Za primer bomo vzeli modul. Zaradi senčenja se spreminja tudi krivulja moči (slika 4.9) Voltage [V] 236I-V@OPC 236I-V@STC 236I-V Nominal 236Pwr@OPC 236Pwr@STC 236Pwr Nominal Slika 4.9: I-U karakteristike in krivulje moči izmerjene na PV modulu številka 2

30 V času meritve je modul dajal le okoli 5 W izhodne moči, modul pa okoli W. Modul je bil osenčen na vogalu, kar je opazno tudi v rezultatih. Iz tabel 4., 4.2, 4.3 in 4.4 je razvidno, da ima vsak modul različno temperaturo. Ko imamo večjo temperaturo se nam V OC zmanjšuje. Obratno velja za zniževanje temperature. Napetost V OC se zmanjša za približno,35% pri porastu temperature za eno stopinjo celzija. Iz slik 4.8 in 4.9 je mogoče razbrati, da se z višanjem temperature PV modulov točka MPP premika navzgor in levo OČIŠČENI MODULI Kot zanimivost poglejmo še, kako se je spremenila krivulja moči po čiščenju modula. Posebej smo očistili dva PV modula, enega monokristalnega in enega polikristalnega. Opazovali smo PPV modul številka in MPV modul številka 5. Očiščena sta lepo vidna na sliki 4.. Slika 4.: PV moduli (očiščeni in neočiščeni) na strehi UM FERI 22

31 Current [A] Power [W] Meritev smo izvedli ob 4:5. Številka meritve neočiščenega PPV modula je 226, očiščenega modula pa 227. Pripadajoči rezultati so podani v tabeli 4.5 in na sliki 4.. Tabela 4.5: Rezultati meritev na polikristalnem PV modulu pred in po čiščenju Pmax Voc Vmpp Impp Isc IrradianceModule Temp. FF. MODUL PRED ČIŠČENJEM Not Ok (-4,93%) Measures@OPC 74,59 34,24 27,32 6,39 6,8 797, 46,48 74,95 STC 237,69 37,2 3, 7,92 8,42, 25, 76,25 Nominal 25, 38,4 3,3 8,25 8,75, 25, 74,4. MODUL PO ČIŠČENJU Ok* (-,2%) Measures@OPC 62,28 34,24 27,46 5,9 6,35 73,6 45,34 74,6 STC 249,95 37,5 3, 8,3 8,9, 25, 75,49 Nominal 25, 38,4 3,3 8,25 8,75, 25, 74, Voltage [V] 226I-V@STC 226I-V Nominal 227I-V@STC 227I-V Nominal Slika 4.: I-U karakteristike izmerjene na PV modulu številka pred čiščenjem (meritev 226) in po čiščenju (meritev 227) S čiščenjem smo dosegli, da se odstopanje izhodne moči med podatki proizvajalca in rezultati meritev zniža s skoraj 5% na,2%. Izhodna moč preden čiščenja modula je bila 237,69 W, po čiščenju modula pa 249,95 W. Meritve neočiščenega MPV modula 5 je označena s številko 23 in neočiščenega modula s številko 23. Pripadajoči rezultati so podani v tabeli 4.6 in na sliki

32 Current [A] Power [W] Tabela 4.6: Rezultati meritev na monokristalnem PV modulu 5 pred in po čiščenju Pmax Voc Vmpp Impp Isc Irradiance Module Temp. FF 5. MODUL PRED ČIŠČENJEM Not Ok (-4,44%) Measures@OPC 72,79 34,9 26,97 6,4 6, ,9 74,4 STC 23,9 35,75 28,44 7,52 8, ,65 Nominal 25 37,9 3,5 8,2 8, ,99 5. MODUL PO ČIŠČENJU Not Ok (-,84%) Measures@OPC 9,48 34,24 26,47 7,2 7,58 93,3 43,85 73,4 STC 222,9 35,96 28,6 7,92 8, ,48 Nominal 25 37,9 3,5 8,2 8, , Voltage [V] 23I-V@STC 23I-V Nominal 23I-V@STC 23I-V Nominal Slika 4.2: I-U karakteristike izmerjene na PV modulu številka 5 pred čiščenjem (meritev 23) in po čiščenju (meritev 23) Tudi 5. MPV modul je deloval bolje potem, ko smo ga očistili. Odstopanje izhodne moči glede na podatke proizvajalca je padlo s 4,44% na,84%. Na začetku je omenjeni modul na izhodu dal 23,9 W, po čiščenju pa 222,9 W. Glede na podane rezultate se s čiščenjem modula izhodna moč lahko dvigne za do 5%. 24

33 5. ZAKLJUČEK PV celice vežemo v module. S povečevanjem števila celic ki jih vežemo zaporedno povečujemo napetost. Če celice vežemo vzporedno povečujemo tok. Obravnavali smo 2 različni vrsti PV modulov, monokristalne in polikristalne. Po podatkih danih od proizvajalca imajo monokristalni PV moduli večji izkoristek. Z meritvami smo ugotovili da ni tako. Monokristalni moduli so delali slabše od polikristalnih. Pri obeh vrstah modulov smo primerjali I-U karakteristike, ki nam podajajo podatke o napetosti, toku in največji možni moči, ki jo lahko proizvaja PV modul. Pokazali smo, da se I-U karakteristika spreminja v odvisnosti od gostote moči sončnega sevanja in temperature modula. S povečevanjem gostote moči sončnega sevanja se zvišuje tok kratkega stika, s tem pa se povečuje tudi moč modula. Z zviševanjem temperature se znižuje napetost odprtih sponk in s tem tudi moč modula. PV moduli zato boljše delujejo v hladnih dnevih. Osenčenost zelo malega delca modula lahko zniža izhodno moč za več kot polovico. Glede na opravljene meritve izhodnih moči je bil najboljši monokristalni modul številka 5, najslabši pa modul številka 8. Iz podanih I-U karakteristik je razvidno, da imata od polikristalnih modulov največjo izhodno moč modula številka 3 in 3, najmanjšo pa moduli, in 2. Čiščenje modula je zelo pomembno. Izhodna moč se lahko poveča za 5% in doseže skoraj vršno moč. Z leti se nazivna moč modulov zmanjšuje, zato je zelo pomembno pravilno vzdrževanje modulov. 25

34 6. LITERATURA [] Photovoltaic%2Systems [ ] [2] [ ] [3] Goswami Y. Principles of Solar Engineering. ZDA: CRC Press Taylor & Francis Group, 25 [4] Masters G. Renewable and Efficient Electric Power Systems. New Jersey: Stanford University, 24 [5] [ ] [6] [ ] [7] [ ] [8] [ ] [9] [ ] 26