«Несоответствие» в солнечных энергетических системах: способы смягчения его последствий

Солнечная панель нормально функционирует только тогда, когда все ее соединенные между собой ячейки работать вместе без проблем. Аналогично, только когда все солнечные панели работать как положено может ли весь массив работать безупречно.

Однако в реальном мире нередко возникает «несоответствие» между элементами или панелями солнечных энергетических систем, что оказывает негативное влияние на производительность.

Эта статья прольет свет на «несоответствие», включая его причины, классификации, последствия, а также стратегии смягчения последствий. В ходе обсуждения также будет рассмотрена отраслевая практика, связанная с проблемами несоответствия.

Что такое «несоответствие»? Каковы причины?

В солнечных энергосистемах «несоответствие» означает явление, когда электрические характеристики отдельных ячеек или панелей солнечной батареи отличаются друг от друга.

Это несоответствие может напрямую привести к значительным потерям мощности и снижению общей эффективности солнечной энергосистемы.

Вот некоторые распространенные причины несоответствий:

• затенение: Близлежащие деревья, здания или другие препятствия создают частичную затененность солнечных панелей, что впоследствии приводит к несоответствию тока, генерируемого затененными и незатененными элементами.
• Загрязнение: Эффект затенения может также формироваться за счет скопления пыли, грязи, помета и другого мусора на поверхности панелей. Точно так же этот эффект вызывает электрические расхождения между ячейками или панелями.
• Варианты установки: Это еще одна внешняя причина несоответствий. Различия в ориентации, расположении и углах наклона панелей могут привести к разным уровням поглощения солнечного света и, как следствие, к различным характеристикам панелей в массиве.
• Производственные варианты: Различия в электрических характеристиках можно обнаружить не только между панелями разных производителей, но и между панелями одного и того же производителя и партии. Эти различия могут привести к потерям из-за несоответствия при соединении панелей между собой.
• Старение и деградация: Со временем солнечные элементы и панели могут разрушаться из-за химических и физических процессов (например, деградации под воздействием света, механического напряжения, перегрева и т. д.) с разной скоростью, что приводит к изменениям их электрических характеристик.
• Электрическая конфигурация: Неисправная проводка, различия в Длина строк, проблемы с разъемами или проблемы с инвертором также могут способствовать потерям из-за несоответствия.

Следует отметить, что колебания температуры в ячейках или панелях часто могут совпадать с возникновением вышеуказанных причин. Этот тип изменений оказывает влияние на электрические характеристики в зависимости от конфигурации проводки и температурных коэффициентов.

Каковы различные типы несоответствий в солнечных энергетических системах?

Хотя несоответствия можно классифицировать по их причинам, как описано выше, более практичным подходом является классификация их по электрическим характеристикам. Это обеспечит более ощутимое понимание о том, как несоответствия влияют на производительность.

Текущее несоответствие

Несоответствие тока, также известное как несоответствие силы тока, происходит, когда выходные токи ячеек или панелей в цепочке не идентичны. Это влияние особенно заметно, когда цепочка подключена последовательно, где ток всей цепочки ограничен ячейкой или панелью с наименьшим выходным током.

Несоответствие напряжения

Несоответствие напряжений возникает, когда существуют различия в выходном напряжении солнечных панелей, соединенных последовательно в цепочке.

Этот тип несоответствия обычно менее серьезен, чем несоответствие тока при последовательном соединении, поскольку общий ток определяется наименьшим выходным током, в то время как общее напряжение представляет собой сумму отдельных напряжений отдельных ячеек или панелей.

Несоответствие мощности

Несоответствие мощности напрямую коррелирует с несоответствием напряжения и/или тока.

Несоответствие мощности относится к различиям в выходной мощности отдельных ячеек или панелей, что может быть связано с изменениями их напряжений, токов или того и другого. Это несоответствие влияет на общее производство энергии и снижает эффективность всей цепочки или системы.

Каковы последствия несоответствий?

Помимо стимулирования снижение эффективности и производительности на уровне панели, массива или системы, несоответствия также могут привести к нескольким негативным последствиям:

Нагрузки на компоненты

Несоответствие характеристик напряжения и тока между элементами или панелями может привести к локальному перегреву. вызывая горячие точки которые ускоряют деградацию материала с различной скоростью. Такая неравномерная деградация может со временем усугубить проблемы несоответствия и создать порочный круг снижения эффективности.

С другой стороны, значительные несоответствия могут затруднить поиск и поддержание оптимальной точки устройствами отслеживания точки максимальной мощности (MPPT). Постоянная адаптация к колебаниям выходных сигналов из-за несоответствий может привести к дополнительным динамическим нагрузкам на эти устройства.

Кроме того, неравномерное распределение нагрузки на аксессуары, такие как кабели и разъемы, может привести к локальному нагреву и потенциальной перегрузке, что увеличивает риск неисправностей или возгорания.

Операционные проблемы

Несоответствия могут поставить под угрозу возможности алгоритмов MPPT инвертора. Это может привести к неоптимальному преобразованию энергии. Если несоответствия сохраняются, они могут в конечном итоге повлиять на надежность солнечной энергосистемы, увеличивая потребности в техническом обслуживании и возможные простои.

Финансовые последствия

Снижение эффективности и выработки энергии системой напрямую приводит к снижению получаемых доходов, снижению экономии на счетах за электроэнергию, а также к более длительному периоду окупаемости инвестиций.

Увеличение объема работ по техническому обслуживанию и замене компонентов может привести к увеличению эксплуатационных расходов, снижая окупаемость проекта.

Существуют ли типы солнечных панелей, у которых меньше проблем с несоответствием?

Неоспоримым фактом является то, что «несоответствие» является распространенной проблемой для солнечных панелей любого типа. Однако есть определенные типы панелей, у которых меньше проблем с несоответствием, чем у других.

Монокристаллические панели

Монокристаллические солнечные панели, изготовленные из материалов высокой чистоты и премиум-класса, обычно демонстрируют более равномерную производительность по сравнению со своими поликристаллическими аналогами. Такое единообразие приводит к меньшему количеству проблем с несоответствием.

Двусторонние солнечные панели

Эти панели могут улавливать солнечный свет с обеих сторон. Производя большую мощность, они уменьшают относительный эффект несоответствий и могут более эффективно компенсировать частичное затенение.

Солнечные панели с MLPE

Микроинверторы , так и в оптимизаторы мощности оба уровень модуля силовая электроника.

В отличие от струнных инверторов, первый смягчает проблемы несоответствия за счет оптимизации выходной мощности каждой панели в отдельности, уменьшая влияние различий в производительности панелей в массиве. Последнее помогает снизить негативное воздействие затенения, загрязнения и деградации панелей на всю струну или систему, вызывая меньше проблем с несоответствием.

Тонкопленочные панели

Благодаря особым свойствам материалов и состава технологии тонкопленочных панелей такие как CdTe имеют более высокую устойчивость к затенению и перепадам температуры. Эта функция может уменьшить проблемы несоответствия в некоторых приложениях.

Как минимизировать несоответствия?

Помимо выбора панельных продуктов премиум-класса, представленных выше, можно использовать несколько других стратегий для устранения несоответствий.

Обходные диоды

Несмотря на то, что многие современные панели имеют в своей конструкции байпасные диоды, многие изделия старшего поколения не имеют этих деталей.

Включение байпасных диодов в существующие цепочки может позволить току обходить затененные или неэффективные панели. Это предотвращает резкое снижение производительности всей струны из-за одной неэффективной панели.

Стратегия биннинга

Группирование солнечных панелей по электрическим характеристикам (например, одна и та же модель, производственная партия и производитель) может снизить потери, присущие несоответствию.

В частности, это включает в себя сортировку и объединение панелей на основе их показателей производительности, чтобы обеспечить единообразие в строках.

реконфигурация

Для существующих систем группировка заштрихованных панелей в отдельные строки или перестановка панелей Размещение заменителей с более высоким рейтингом в заштрихованных секциях может помочь оптимизировать общую производительность.

Интеграция с MLPE

Многие солнечные проекты полагаются на струнные инверторы, но когда проблемы несоответствия становятся серьезными, стоит подумать о модернизации для интеграции микроинверторов или оптимизаторов мощности, используя их технологию MPPT для уменьшения несоответствий.

По сравнению с использованием панелей с MLPE для новых проектов, модернизация существующих проектов требует комплексной оценки совместимости этих устройств с текущими системами. 

Обслуживание

Регулярная очистка и техническое обслуживание солнечных панелей может снизить потери из-за несоответствия из-за загрязнения и мусора. Обеспечение отсутствия препятствий и/или затенения на панелях может помочь обеспечить равномерную производительность по всему массиву.

Мониторинг и диагностика

Регулярный мониторинг и диагностика могут помочь выявить такие проблемы, как микротрещины, неисправные байпасные диоды, горячие точки и другие дефекты, которые могут вызвать несоответствие. Раннее обнаружение способствует раннему решению этих проблем и позволяет избежать серьезных проблем несоответствия. Устройства MLPE, если они установлены, могут эффективно облегчить обнаружение.

Будущие тенденции и исследования

Несоответствия представляют угрозу для производительность, долговечность и надежность систем.

Прежде всего, в отрасли внедряются усовершенствованные процессы контроля качества, более стандартизированные характеристики панелей и ужесточенные производственные допуски, чтобы гарантировать более последовательный Производительность панели.

Коммерциализация инновационных технологий с использованием материалов и конструкций премиум-класса, таких как тандемные элементы, набирает обороты. Выпускается все больше и больше панелей с функцией самоочистки для решения проблем несоответствия, вызванных затенением и загрязнением.

Отрасль также стремится улучшить MLPE, разрабатывая более совершенные алгоритмы MPPT с использованием машинного обучения и искусственного интеллекта, которые в режиме реального времени адаптируются к изменяющимся условиям.

Устройства Интернета вещей (IoT) и современные датчики все чаще используются для обеспечения более точного мониторинга в реальном времени. Концепция цифровых двойников также широко применяется для моделирования солнечных ферм, прогнозирования и выявления проблем несоответствия и оптимизации операций в режиме реального времени.