Welche Inspektionsmethode bevorzugen Sie? (1/3) I-U-Kennlinien
Es gibt verschiedene Inspektionsmethoden, die an einer Solaranlage durchgeführt werden können. Je nach Dimension und Zweck können Sie die für Sie am besten geeignete Inspektionsart wählen.
Tatsächlich ist es notwendig und wichtig, den Zustand der Photovoltaikanlage sowohl während des Baus als auch während der Betriebs- und Wartungsphase zu kennen.
Wir werden daher 3 verschiedene Inspektionsmethoden für Solarparks, ihre Vorteile und Grenzen besprechen: I-U-Kennlinien, Thermografie und Elektrolumineszenz.
In diesem Blogbeitrag werden wir über die I-U-Kennlinien sprechen.
Inspektionsmethode: Was ist die I-U-Kennlinie und wie funktioniert sie?
Die I-U-Kennlinie ist die Kurve, die die Leistung als Funktion von Strom (I) und Spannung (U) darstellt, die vom Photovoltaikmodul oder -string (je nachdem, was Sie testen – von nun an werden wir immer von String sprechen) erzeugt wird. Das Messgerät zeichnet die Beziehung zwischen Strom und Spannung auf, indem es die Last variiert, vom Leerlaufspannung bis zum Kurzschlussstrom. Die folgende Grafik zeigt die typische I-U-Kennlinie und die entsprechende Leistungskurve.
Im Feld ist es notwendig, das Bestrahlungsstärke aufzuzeichnen und sicherzustellen, dass die Bestrahlungsstärke in der gleichen Neigung und Ausrichtung wie der zu prüfende String gemessen wird, sowie die Zelltemperatur. Es ist auch erforderlich, den String (Anzahl und Typ der Solarmodule) und die Länge und den Querschnitt des Kabels zwischen den PV-Modulen und dem PV-Analysator zu definieren. Je nach Prüfgerät können diese Informationen vor oder nach den Messungen erfasst werden. Ich liste hier einige Hersteller von I-U-Kennlinien-Messgeräten auf:
Was ist mit den Ergebnissen dieser Inspektionsmethode?
Wenn die I-U-Kennlinie eine Abweichung von der Standardkurve aufweist, bedeutet dies eines von zwei Dingen: Entweder hat der String ein Problem, oder der Test ist aufgrund von Fehlverbindungen, falscher Gerätekonfiguration oder niedriger Bestrahlungsstärke fehlgeschlagen. Abgesehen davon, dass Sie die Geräte entsprechend anschließen müssen (dies kann je nach Prüfgerät variieren), besagt die Norm IEC 61829:2015 Photovoltaik (PV)-Array – Vor-Ort-Messung der Strom-Spannungs-Kennlinien, dass die minimale Bestrahlungsstärke mindestens 700 W/m2 betragen sollte.
Bestimmte Probleme, wie Mikrorisse, Hotspots, Herstellungsfehler oder PID, können einzelne Module innerhalb eines Strings unterschiedlich beeinflussen. Durch die Durchführung von IV-Kurvenmessungen auf Modulebene können diese modulspezifischen Probleme erkannt werden, die bei der Betrachtung des gesamten Strings möglicherweise nicht offensichtlich sind. Andererseits kann die Durchführung von Inspektionen und IV-Kurvenmessungen auf Modulebene zeitaufwändiger sein, insbesondere bei großen Solaranlagen. Daher ist ein durchdachter und strategischer Ansatz bei der Stichprobenentnahme entscheidend, um das Bedürfnis nach Genauigkeit mit der Praktikabilität in Einklang zu bringen.
Jede Messung gibt Ihnen Informationen über den PR und den FF, wobei:
PR – Performance Factor – ist die wichtigste Information, die das Gerät über die String-Leistung liefern kann. Die Werte variieren zwischen 0 % und 100 %, und ein guter und gesunder String hat PR-Werte über 90 %.
Leistungsfaktor (PF, %) = 100 * (gemessene Pmax/vorhergesagte Pmax)
FF – Füllfaktor – Es ist das Quadrat, das durch den Quotienten der drei wichtigen Punkte der I-U-Kennlinie definiert wird. Der Isc, der Voc und der Pmáx (Imp, Vmp).
Grundsätzlich ist es die Art und Weise, wie nach dieser Inspektionsmethode die Effizienz jedes Moduls und jeder PV-Technologie klassifiziert wird. Der Bereich des FF liegt zwischen 0 und 1 und ist dimensionslos.
Es ist wichtig zu beachten, dass der tatsächliche Füllfaktor je nach Faktoren wie der Art der Solartechnologie (z. B. monokristallin, polykristallin, Dünnschicht), der Herstellungsqualität, den Betriebsbedingungen (Temperatur, Sonneneinstrahlung) und dem Alter der Solarzelle oder des Moduls variieren kann. Während der ideale Füllfaktor je nach Technologie und Anwendung variiert, ist es im Allgemeinen wünschenswert, den FF zu maximieren, um die höchstmögliche Energieumwandlungseffizienz zu erreichen.
Ein Füllfaktor von 0,5 gilt als die untere Grenze der Akzeptanz. Das bedeutet, dass nur die Hälfte der verfügbaren Sonnenenergie effektiv in Elektrizität umgewandelt wird, was erhebliche Energieverluste innerhalb des Geräts anzeigt. Solarzellen oder -module mit einem Füllfaktor unter diesem Schwellenwert gelten typischerweise als ineffizient oder können Leistungsprobleme aufweisen. Ein Füllfaktor von 0,85 repräsentiert eine hohe Effizienz. In solchen Fällen werden 85 % der verfügbaren Sonnenenergie effizient in elektrische Energie umgewandelt. Solarzellen oder -module mit einem Füllfaktor in diesem Bereich gelten als hocheffizient und sind für eine optimale Energieerzeugung wünschenswert.
Wie liest man die Kurve?
Die Kurve wird von 3 wesentlichen Faktoren beeinflusst: Solarmodultemperatur, Bestrahlungsstärke und Erhaltungszustand.
Bei höheren Temperaturwerten sind die Werte der Y-Achse (Strom) geringfügig höher. Andererseits nimmt mit steigender Temperatur die Ausgangsspannung und somit die Ausgangsleistung deutlich ab.
Umgekehrt erhöht die Zunahme der Bestrahlungsstärke den Stromausgang erheblich und hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Spannung. Folglich steigt die Leistung mit zunehmender Bestrahlungsstärke.
Diese beiden ersten Faktoren verändern nur die Position der Kurve in den Achsen, mit den Variationen von Isc und Voc. Die Kurve kann jedoch unterschiedliche Formen aufweisen, und das ist ein Indikator für das Vorhandensein von Defekten.
Es gibt verschiedene Defekte, die durch I-U-Kennlinienanalyse identifiziert werden können, wie z. B. Modul-Isc-Fehlanpassung, verjüngter Schatten oder Schmutzablagerungen, Shunt-Pfade in PV-Zellen, Auswirkungen von Verschattung oder Zellschäden, Auswirkungen des Serienwiderstands, Auswirkungen von Moduldegradation oder Verschmutzung usw.
Die folgende Grafik zeigt 3 Beispiele möglicher Defekte:
Fazit
Es ist eine gute Inspektionsmethode, um festzustellen, ob die Leistung des Strings oder Moduls den Erwartungen entspricht. Dies kann schnell anhand des PF analysiert werden (sollte zwischen 90 % und 100 % liegen).
Es ist jedoch keine schnelle Methode, und es kann einige Zeit dauern, alle Strings der Photovoltaikanlage zu bewerten. Zusätzlich könnte mit der zunehmenden Verwendung von Stringwechselrichtern, die in der Lage sind, die Stringausgabe in Echtzeit über eine APP bereitzustellen, diese Inspektionsmethode nur dazu verwendet werden, spezifische Module eines Strings zu entdecken, die zuvor durch die Stringanalysen der Wechselrichtersoftware identifiziert wurden.
Alles Gute,
Solarud Team