По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.311.001.57

Контроль эффективности фотоэлектрических модулей

Зализный Д. И. канд. техн. наук, доцент кафедры электроснабжения, Гомельский государственный технический университет им. П. О. Сухого, Республика Беларусь, г. Гомель, e-mail: zaldmi@yandex.ru

Из-за непрерывного роста количества и сроков службы фотоэлектростанций актуальной является задача контроля их эффективности. В статье показано, что КПД фотоэлектрического модуля зависит от тока его нагрузки, солнечного излучения, температуры и других факторов, поэтому для оценки эффективности модуля удобнее использовать значения коэффициента преобразования солнечного излучения и последовательного сопротивления этого модуля. Предложенная методика не требует измерения вольт-амперных характеристик фотоэлектрических модулей на этапе их эксплуатации и может быть использована без их отключения от электростанции. Практическое применение предложенной методики позволит своевременно выполнять замену фотоэлектрических модулей на фотоэлектростанциях.

Литература:

1. Зализный Д.И. Модель фотоэлектрического модуля для библиотеки SimPowerSystems пакета MatLab/Simulink / Д.И. Зализный // Энергетика. Изв. вузов и энерг. объединений СНГ. – 2020. – Т. 63, № 6. – С. 513–523.

2. Зализный Д.И. Модель фотоэлемента для библиотеки SimPowerSystems пакета MatLab/Simulink / Д.И. Зализный // Энергетика. Изв. вузов и энерг. объединений СНГ. – 2019. – Т. 62, № 2. – С. 135–145.

3. Elzein I., Petrenko Yu.N. An Adaptive Maximum Power Output Sustaining System for a Photovoltaic Power Plant Based on a Robust Predictive Control Approach. Energetika // Proc. CIS Higher Educ. Inst. and Power Eng. Assoc. – 2020. – No. 63 (5). – Рр. 441–449.

4. Паспорт на фотоэлектрический солнечный модуль DELTA-SM 150-12.

5. Foster R. Solar Energy: Renewable Energy and the Environment / R. Foster, M. Ghassemi, Alma Cota // Boca Raton: CRC Press: Taylor & Francis Group. – 2010. – 382 p.

6. Pandiarajan N. Mathematical Modeling of Photovoltaic Module with Simulink / N. Pandiarajan, R. Muthu // ICEES. – 2011. – Pр. 314–319.

7. Krismadinata. Photovoltaic Module Modeling Using Simulink/MatLab / Krismadinata, Nasrudin Abd. Rahim, Hew Wooi Ping // Procedia Environmental Sciences. – 2013. – No 17. – Pр. 537–546.

8. Mohammed S.S. Modeling and Simulation of Photovoltaic Module Using MATLAB/ Simulink / S.S. Mohammed // International Journal of Chemical and Environmental Engineering. – 2011. – Vol. 2, No. 5. – Pр. 350–355.

9. Patel J. Modeling and Simulation of Solar Photovoltaic Module Using MatLab/Simulink / J. Patel, G. Sharma // IJRET: International Journal of Research in Engineering and Technology. – 2013. – Vol. 2, No. 3. – Pр. 225–228.

10. Abdulkadir M. Modeling and Simulation Based Approach of Photovoltaic System in Simulink Model / M. Abdulkadir, A.S. Samosir, A.H.M. Yatim // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. – 2012. – Vol. 7, No. 5. – Pр. 616–623.

11. Habbati B. A detailed modeling of photovoltaic module using MATLAB / B. Habbati, Youcef R., F. Moulay // NRIAG Journal of Astronomy and Geophysics. – 2014. – Vol. 3, No. 1. – Pр. 53–61.

12. Pan L. Analysis of Photovoltaic Module Resistance Characteristics / L. Pan // International Journal of Engineering. – 2013. – Vol. 26, No. 11. – Pр. 1369–1376.

13. Benghanem M.S. Modeling of photovoltaic module and experimental determination of serial resistance / M.S. Benghanem, S.N. Alamri // J. of Taibah University for Science. – 2010. – Vol. 2, No. 1. – Pр. 94–105.

14. Зиссер И.С., Васильева А., Фалеев Д.С. Определение электрофизических характеристик солнечных модулей // International Journal of Chemical Engineering. – 2018. – Т. 10, № 2250. – С. 190–194.

В последние годы на территории стран СНГ значительно вырос парк фотоэлектростанций, и тенденция его увеличения продолжается. Основной вид оборудования таких электростанций – это фотоэлектрические модули (ФЭМ), количество которых может доходить до сотен тысяч для одной станции. Каждый ФЭМ, в свою очередь, имеет достаточно сложную конструкцию из нескольких десятков последовательно соединенных тонкими алюминиевыми проводниками (на поверхностном слое) фотоэлементов [1]. Эти проводники в совокупности с естественным сопротивлением полупроводниковых фотоэлементов образуют последовательное электрическое сопротивление ФЭМ [2], определяющее КПД ФЭМ, т. е. его эффективность [3].

КПД современных ФЭМ составляет 10–15% и в процессе эксплуатации постепенно снижается из-за электрофизического старения полупроводников и ухудшения качества внутренних контактов ФЭМ. Производители гарантируют снижение установленной мощности ФЭМ на 10% в первые 10 лет эксплуатации и 20% – через 20 лет эксплуатации [4]. Однако очевидно, что из-за влияния окружающей среды (изморозь, снег, ветер и т. д.) и неравномерной нагрузки потребителей деградация некоторых модулей может происходить быстрее, чем гарантируется производителями. На фотоэлектростанциях это может привести к снижению уровня генерации электроэнергии и, соответственно, к финансовым затратам. Таким образом, задача периодического контроля эффективности ФЭМ является актуальной и должна прорабатываться в научной сфере.

В мировой научной литературе каждый год появляется множество публикаций, посвященных исследованиям эффективности ФЭМ. В большинстве случаев авторы предлагают математические модели для анализа вольт-амперных характеристик ФЭМ [6–10]. Моделирование предполагает применение сложных вычислительных сред, таких как Matlab Simulink из-за нелинейности параметров фотоэлементов модулей.

Для получения значений последовательного и параллельного сопротивлений ФЭМ, влияющих на его эффективность, авторами научных публикаций рассматривается множество методик, предполагающих теоретический, экспериментальный или смешанный подходы [11–14]. При этом необходимо отметить, что значения сопротивлений, получаемые авторами публикаций, существенно разнятся. Так, значение последовательного сопротивления ФЭМ в [11] составило 0,45 Ом, в [12] – 20 Ом, в [13] – 0,64 Ом, в [14] – 8,7 Ом. Расчетные значения параллельного сопротивления различаются еще сильнее: от 90 в [13] до 1200 Ом в [12].

Для Цитирования:
Зализный Д. И., Контроль эффективности фотоэлектрических модулей. Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2021;12.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: