ГОДИШНИК на Минно-геоложкия университет “Св. Иван Рилски”, Том 59, Св.IІІ, Механизация, електрификация и автоматизация на мините, 2016
ANNUAL of the University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski”, Vol. 59, Part ІІІ, Mechanization, electrification and automation in mines, 2016
ОЦЕНКА К.П.Д. НА ФОТОВОЛТАИЧНИ ПАНЕЛИ ПРИ ПРОДЪЛЖИТЕЛНА ЕКСПЛОАТАЦИЯ
Румен Исталиянов 1, Николай Лаков1, Венцислав Спасов1
1 Минно-геоложки университет "Св. Иван Рилски", 1700 София, E-mail rgi@mgu.bg
РЕЗЮМЕ: В статията са показани и анализирани резултати от изследване на фотоволтаични панели BP Solar в продължение на 17 години в Лабораторията по възобновяеми източници на енергия на Минно-геоложки университет "Св. Иван Рилски".
Ключови думи: гарантирана производителност, ефективност на фотоволтаични модули, слънчева радиация
EVALUATION EFFICIENCY PHOTOVOLTAIC MODULES IN CONTINUOUS SERVICE
Rumen Istalianov1, Nikolay Lakov1, Ventsislav Spasov1
1University of Mining and Geology “St.Ivan Rilski “, Sofia, Republic of Bulgaria, E-mail rgi@mgu.bg
ABSTRACT: The report presents and analyses the results of research efficiency photovoltaic modules BP Solar for 17 years in Laboratory of Renewable Energy, University of Mining and Geology “ St. Ivan Rilski“.
Keywords: cells performance warranty, РV module efficiency, photovoltaic modules, solar irradiance
Въведение
В Минно-геоложкия университет „Св. Ив. Рилски” в рамките на програма TEMPUS 09383-95 беше изградена учебна лаборатория по “Възобновяеми източници на енергия”. Лабораторията е обзаведена със следните съоръжения: вятърен генератор с мощност 1kW; 24 броя фотоволтаични батерии с единична мощност 120Wp и обща мощност 2880Wp, включени чрез зависим инвертор към електрическата мрежа; 4 броя фотоволтаични батерии с единична мощност 85Wp и обща мощност 340Wp, които заедно с вятърния генератор, зарядното устройство и акумулаторните батерии с капацитет 400Ah образуват автономна система; слънчеви панели за топла вода с обща площ 3,76m2, циркулационна помпа и топлообменник с обем 300 l.
Едно от лабораторните упражнения е свързано със снемане на V-А характеристика на фотоволтаичен модул. Получените резултати от тези изследвания в продължение на 17 години са предмет на настоящия доклад.
Изложение
Основният параметър, характеризиращ производството на електрическа енергия от фотоволтаичните модули, е коефициентът на преобразуване на слънчевата енергия в електрическа (к.п.д.), (Недев, Коев, 2012).
Фотоволтаичните модули се характеризират със сравнително нисък к.п.д. – между 13 и 20% за монокристалните фотоволтаичните модули и 12÷16% за поликристалните фотоелементи. Повечето производители описват в своите брошури освен класическите характеристики на фотоволтаичните модули, но и влошаването на характеристиките им в течение на гарантирания експлоатационен срок. Това понижаване на параметрите им най-често е в графичен вид. Обикновено се гарантира запазване на 90% производителност на 10-та година и 80% на 20-та година (Jordan, 2012).
Изследваните фотоволтаични панели са едни от първите, инсталирани в България, а вероятно и произведените с такава мощност, на фирма BP Solar. Гарантираното време за експлоатация беше зададено 15 години при запазване на 80% от мощността им. Монтирани са на покрива на МГУ, Минен факултет, под ъгъл 60° (фиг.1).
Фиг. 1. Разположение на фотоволтаичните панели
Параметрите на тези модули са показани в таблица 1.
Tаблица 1
Параметри на монокристален модул BP 585F
|
Номинална мощност, (Pmpp)
|
85 Wp
|
Напрежение при макс. мощност, (Umpp)
|
18,0 V
|
Ток при макс. мощност, (Impp)
|
4,72 A
|
Напрежение на празен ход, (Uoc)
|
22,03 V
|
Ток на късо съединение(Isc)
|
5,0 А
|
Брой клетки
|
36
|
К.П.Д на модула
|
13,0 %
|
Темп. коефициент по ток
|
(0.065±0.015)%/°C3 mA/°С
|
Темп. коефициент по напрежение
|
–(80±10)mV/°C
|
Размери (LxWxH)
|
1188/530/19mm
|
Работна температура
|
-40 +85 °C
|
Максимално допустимо напрежение (Usys)
|
600 V
|
Зависимостта между общата слънчевата радиация и к.п.д. на фотоволтаичните модули е изследвана в лабораторни условия при доставката им. На фиг. 2 е показана тази характеристика в графичен вид и относителни единици.
Фиг. 2. Зависимост между слънчева радиация и к.п.д. на фотоволтаичните модули
За измерване на слънчевата радиация е използван пиранометър на Янишевски, а за заснемане на V-A характеристика са използвани съответно волтметър и амперметър за постоянен ток, лабораторен реостат и контактен термометър. Точката от характеристиката, отговаряща на максимална мощност, се определя по опитно-изчислителен път (Granata, Boyson, 2009).
Моментният к.п.д. на фотоволтаичните модули може да се определи по следната формула:
(1)
където Рt - моментна изчислена мощност във W
( );
Gt – обща слънчева радиация, W/m2;
S – площ на PV модул, m2;
Ut – измерено напрежение, V;
It - измерен ток, А;
Измерванията са провеждани винаги на един и същ модул, между 10 и 12h, един път годишно (обикновено през месец септември).
Резултатите от измерванията на ток, напрежение, обща слънчева радиация и температура, както и изчисленията за мощност и к.п.д. са показани в таблица 2.
Tаблица 2
год,
|
G
|
T
|
U
|
I
|
P
|
η
|
|
W/m2
|
°C
|
V
|
A
|
W
|
|
1997
|
467
|
34
|
17,3
|
2,0
|
35
|
0,12
|
1998
|
502
|
27
|
17,8
|
2,1
|
37
|
0,12
|
1999
|
560
|
41
|
16,7
|
2,5
|
42
|
0,12
|
2000
|
556
|
32
|
17,4
|
2,4
|
41
|
0,12
|
2001
|
517
|
29
|
17,7
|
2,0
|
36
|
0,11
|
2002
|
455
|
30
|
17,6
|
1,8
|
32
|
0,11
|
2003
|
476
|
21
|
18,3
|
1,8
|
33
|
0,11
|
2004
|
558
|
34
|
17,3
|
2,0
|
34
|
0,10
|
2005
|
566
|
30
|
17,6
|
2,0
|
36
|
0,10
|
2006
|
480
|
31
|
17,5
|
1,6
|
27
|
0,09
|
2007
|
582
|
35
|
17,2
|
1,9
|
33
|
0,09
|
2008
|
385
|
35
|
17,2
|
1,3
|
22
|
0,09
|
2009
|
595
|
46
|
16,3
|
2,1
|
34
|
0,09
|
2010
|
277
|
29
|
17,7
|
0,9
|
16
|
0,09
|
2011
|
500
|
34
|
17,3
|
1,6
|
28
|
0,09
|
2012
|
408
|
33
|
17,3
|
1,3
|
23
|
0,09
|
2013
|
665
|
41
|
16,7
|
2,2
|
36
|
0,09
|
2014
|
322
|
22
|
18,2
|
1,0
|
18
|
0,09
|
2015
|
245
|
21
|
18,3
|
0,7
|
12
|
0,08
|
Влиянието на температурата на фотоволтаичния панел върху к.п.д е предвидимо и може да се изчисли. За получаване на действителната стойност на к.п.д. използваме следните две формули:
(2)
(3)
където I25°C и U25°C са съответно токът и напрежението, които би имал фотоволтаичният панел, ако температурата му е 25°С, А ,(V);
Tд – действителна температура на фотоволтаичния панел, °С;
КI - температурен коефициент по ток, A/°С
КU – температурен коефициент по напрежение, V/°С.
От графиката на фиг. 2 се отчита и коригира к.п.д. в зависимост от слънчевата радиация. Тези нови стойностти са показани в таблица 3.
Таблица 3
Коригирани стойностти на к.п.д. към температура 25°С и слънчева радиация 1000W/m2
год.
|
I
|
U
|
P
|
к.п.д.
|
к.п.д.
|
|
A
|
V
|
W
|
за 25°С
|
|
1997
|
2,02
|
18,00
|
36,31
|
0,123
|
0,124
|
1998
|
2,07
|
18,00
|
37,21
|
0,118
|
0,119
|
1999
|
2,49
|
18,00
|
44,77
|
0,127
|
0,129
|
2000
|
2,35
|
18,00
|
42,29
|
0,121
|
0,122
|
2001
|
2,01
|
18,00
|
36,26
|
0,111
|
0,113
|
2002
|
1,78
|
18,00
|
31,98
|
0,112
|
0,112
|
2003
|
1,81
|
18,00
|
32,59
|
0,109
|
0,110
|
2004
|
1,95
|
18,00
|
35,05
|
0,100
|
0,101
|
2005
|
2,01
|
18,00
|
36,20
|
0,102
|
0,103
|
2006
|
1,54
|
18,00
|
27,64
|
0,091
|
0,092
|
2007
|
1,91
|
18,00
|
34,40
|
0,094
|
0,095
|
2008
|
1,24
|
18,00
|
22,32
|
0,092
|
0,092
|
2009
|
2,01
|
18,00
|
36,15
|
0,096
|
0,098
|
2010
|
0,87
|
18,00
|
15,59
|
0,089
|
0,088
|
2011
|
1,58
|
18,00
|
28,40
|
0,090
|
0,091
|
2012
|
1,28
|
18,00
|
23,03
|
0,090
|
0,090
|
2013
|
2,13
|
18,00
|
38,43
|
0,092
|
0,093
|
2014
|
0,99
|
18,00
|
17,76
|
0,088
|
0,087
|
2015
|
0,69
|
18,00
|
12,34
|
0,080
|
0,078
|
На фиг. 3 е показано намаляването на к.п.д. през годините в графичен вид.
Фиг. 3 К.п.д. = f(t)
Изводи
1. При предварителното изследване на фотоволтаичния панел е открито силно влияние на температурата върху неговия к.п.д.
2. Намаляването на к.п.д. е средно с 1,7% за година или около 33% в края на експлоатационния срок, независимо от гаранциите на производителя за намаляване до 20%.
3.Тези резултати са подобни на предишните изследвания на авторите (Исталиянов, Костов, 2014) и показват, че предварителните прогнозни параметри може и да не се запазят.
4. Необходим е непрекъснат контрол върху к.п.д. с цел откриване на значителни отклонения в гарантираните параметри на фотоволтаичните панели.
Литература
Недев Н., К. Коев Изследване производителността на фотоволтаични модули, Научни трудове на РУ, 2012, том 51.
Jordan D., S. Kurtz, Photovoltaic Degradation Rates, Journal Article, June 2012.
Granata J.E., W.E. Boyson, Long-term performance and reliability assessment of 8 PV arrays at SNL, 2009, SAND Publications.
Исталиянов Р., Г. Костов, Изследване к.п.д. на фотоволтаични модули, 2014, Unitex 2014, Габрово
Статията е препоръчана за публикуване от кат. „Електрификация на минното производство”.
Сподели с приятели: |