Detekce vad u fotovoltaických panelů
Fotovoltaický panel je základní a nejdůležitější částí fotovoltaické elektrárny (FVE). Zejména na jeho kvalitě závisí, jaká bude produkce celé FVE. Abychom dosáhli u FVE maximální možný výnos, je potřeba mít dobrý přehled o stavu FV panelů a případné vady rychle odstranit.
Identifikaci problému u FV panelu můžeme vykonat několika způsoby a nejvhodnější provedení kontroly závisí od umístění FV panelu a technického vybavení, které máme pro kontrolu k dispozici.
- Využití monitoringu je možné v případě vhodně nastaveného systému. Až 90 % výroben je monitorováno pouze na úrovni sledování produkce měniče (zde jsou i měniče bez online monitoringu, u kterých je produkce sledována pouze odpočtem na displeji jednou za měsíc) a 10 % FVE má sledování výroby na úrovni stringů. U FVE, kde je sledování produkce pouze na úrovni výroby měniče, je odhalení problému na FV panelech téměř nemožné. Jednou z možností je vzájemné porovnávání výkonů stejných měničů, ale s rostoucí velikostí porovnávaných měničů klesá pravděpodobnost odhalení chyby na FV panelech. Vzájemné porovnávání produkce měničů například vůbec neodhalí problém, jakým je PID, který sníží produkci u všech měničů. Ideálním způsobem kontroly jednotlivých FV panelů je monitorování každého FV panelu individuálně. Moduly pro individuální monitoring FV panelů je možné namontovat i k stávajícím FV panelům nebo při instalaci nových FVE je možné využít FV panely, které mají tyto moduly přímo implementovány v junction boxu. Takovýto modul umožní měření napětí, proudu a teploty u každého FV panelu. Například AEG IMM senzor
- Vizuální kontrola je nejběžnější a nejlevnější způsob kontroly. Pouhou vizuální kontrolou je možné identifikovat velkou část defektů u FV panelů, jako jsou šnečí cestičky, zežloutnutí EVA fólie, vypálené FV články, delaminaci. Během vizuální kontroly je možné odhalit i vady na FV panelech, které pomocí monitoringu, nebo jiné sofistikovanější metody nejsou odhalitelné – uvolněné nebo chybějící úchytné háky, jejichž absence může způsobit uvolnění FV panelu za silnějšího větru.
Jednou z nejčastěji nalézanou vizuálně odhalitelnou vadou jsou šnečí cestičky, což jsou v podstatě vizualizované praskliny křemíkového článku. K zviditelnění dochází díky fotochemické reakci stříbrné sběrnice vyvolané slunečním zářením a reakcí s halogenidovými prvky a vlhkostí pronikajícími ze zadní strany FV panelu. Vyhledávaní FV panelů s prasklými články pomocí hledání FV panelů se šnečími cestičkami je možné pouze u FV panelů, které mají zadní vrstvu složenou pouze s jedné vrstvy PET. FV panely, které mají na zadní straně mezivrstvu PTFE, líp odolávají pronikání vlhkosti do panelu a zde k vytvoření šnečích cestiček nedochází, takže pro jejich odhalení je potřeba využít elektroluminiscenci. U článků, kde dojde k pohybu prasklých segmentů, může nastat vlivem vzrůstajícího přechodového odporu takové zahřívání, až dojde k vypálení daného článku a následně vlivem vysoké lokální teploty i k prasknutí předního skla a přehoření zadní fólie.
Šnečí cestičky
Vypálený FV článek - Termovizní kontrola je nejrychlejší způsob pro odhalení skrytých vad u FV panelů. Termovizní kontrolu lze provádět při slunečném počasí s osvitem minimálně 500 W/m2. Kontrolu lze provádět pomocí ruční termokamery nebo pomocí kamery umístěné na dronu. Použití dronu s IR kamerou je výrazně efektivní zejména u velkých FVE nebo u střešních instalací, kde je obtížný přístup pro techniky. Termosnímky pořízené z dronu je možné složit do ucelené IR ortofotomapy a získat tak lepší přehled o rozmístění jednotlivých vad. Snímky jsou pořizovány IR kamerou s rozlišením 640 x 512 px a při přiblížení umožňují detailní pohled na FV panel.
Výslednou podobu termosnímků ovlivňuje intenzita záření, ochlazování větrem, úhel snímání, prach a jiné nečistoty na povrchu. Při IR kontrole je potřeba si všímat zejména rozložení teplot na FV panelu, tvar a rozmístění teplotních abnormalit.
IR snímek z dronu
K nejběžněji viditelným chybám v IR spektru patří hotspot, což je vlastně jedna nebo několik buněk s vyšší teplotou než zbylá část FV panelu. Příčinou hotspotu můžou být mikrotrhliny v článku způsobené mechanickým namáháním během výroby, přepravy, montáže, nebo nepřiměřenou lokální zátěží během provozu (stoupání osob po skle FV panelu). Hotspot ale může být způsoben pouze částečným zastíněním listím, trávou, nebo nečistotami na spodní hraně FV panelu.
Další běžnou závadou u FV panelu je nefunkčnost 1/3 (může být i 1/6 nebo jiná část v závislosti na způsobu zapojení v junction boxu). V případě, že je příčinou vady uvolněný kontakt v junction boxu nebo poškozená by-pass dioda, tak je možné vadu rychle a efektivně odstranit. Další možnou příčinou je přerušení pájených kontaktů mezi FV články. Jelikož se jedná o přerušení vodivé cesty v místě, které je pod sklem, tak tento typ vady není možné odstranit.
IR tráva
Nefunkčnost 1/3 - Elektroluminiscence je nejlepší metoda sloužící k odhalování výrobních vad fotovoltaických panelů. Při elektroluminiscenční kontrole se využívá opačný jev k fotovoltaickému – do FV panelů se pouští elektrický proud a FV panel jeho přechodem vyzařuje záření s vlnovou délkou kolem 1100 nm. Tato vlnová délka je mimo viditelné spektrum, a proto se zaznamenává pomocí speciálně upravené CCD kamery. Touto metodou je možné zviditelnit skryté výrobní vady FV panelů – prasklé články a vadné kontakty. Snímky získané pomocí této metody jsou v stupních šedi a místa, kterými neprochází proud, a tedy nedodávají žádnou energii, jsou na snímcích vidět černě. Elektroluminiscence je ale i finančně nákladná metoda, jelikož je potřeba ke každému diagnostikovanému FV panelu připojit externí zdroj proudu a zároveň snímání je potřeba vykonávat v noci nebo nad FV panelem vytvořit tmavou komoru.
- Výkonové měření FV panelů je nezbytným doplňkem k vyhledávacím diagnostickým metodám. Pomocí vizuální nebo termovizní kontroly se provede identifikace FV panelů s možnými defekty a následně je potřeba kvantifikovat vliv nalezených vad na výstupní výkon FV panelu. Nejběžněji používanými zařízeními pro měření výkonu FV panelů na poli jsou UI analyzátory. Velkou výhodou jejich použití je možnost provádění měření přímo na místě instalace a bez nutnosti demontáže FV panelu. Měření voltampérové charakteristiky je možné provádět pouze během slunečních dnů a osvit by měl být vyšší než 700 W/m2. Měřicí zařízení provede během měření zátěžový test a následně vykreslí průběh změřené voltampérové charakteristiky. Zároveň přístroj provádí porovnání změřených hodnot se štítkovými, předem zadanými hodnotami FV panelu a změřené hodnoty přepočítá na hodnoty STC. Hodnoty STC jsou hodnoty standardních podmínek, při kterých se uvádí štítkový výkon FV panelu (osvit 1000 W/m2 a teplota 25 °C). Takto změřené výkonové parametry je možné využít i v reklamačním řízení s výrobcem FV panelů.
I-V Nominal je ideální průběh daného FV panelu a I-V STC je průběh změřený přepočtený na ideální podmínky tedy 1000 W/m2 a 25 °C.
UI graf
IV meterNot Ok (-34,05%) Pmax VOC VMPP IMPP ISC Osvit Teplota panelu Měřené hodnoty 110,92 29,01 19,56 5,67 6,91 828,00 50,00 Přepočet na STC 145,09 31,62 21,47 6,76 8,18 1000,00 25,00 Štítkové hodnoty 220,00 35,80 29,20 7,54 8,21 1000,00 25,00 - Kontrolní měření FV panelů pomocí flash testu simuluje v laboratorních podmínkách ideální teplotní a světelné podmínky a přesnými měřicími přístroji porovnává naměřené hodnoty s hodnotami udávanými výrobcem FV panelů. Testování probíhá při osvětlení 1000 W/m2, spektru záření AM 1,5 a teplotě panelu 25 °C. Jde o nepřesnější měření, ale nevýhodou je značná časová náročnost, jelikož je nezbytné FV panely demontovat z konstrukce a přepravovat do testovací laboratoře. Existuje i možnost využít mobilní testovací laboratoř, kdy je možné flash testy vykonat přímo na FVE.
Provádění kontrol FV panelů je vhodné vykonat jednou ročně a v případě postižení elektrárny silným krupobitím nebo bouřkou s blízkým zásahem blesku je potřeba vykonat kontrolu co možná nejdřív po události. Pravidelnou kontrolou je možné podchytit mnohé vznikající problémy již v zárodku a zabránit tak zbytečným ztrátám z důvodu nižší produkce, případně fatální škodě způsobené požárem. Důležité je, aby kontrolu prováděl zkušený servisní technik, který dokáže jednotlivé vady nejen najít, ale i je správně interpretovat a zároveň navrhnout optimální odstranění vady.
