UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

Gregor Ogrizek

ANALIZA PROIZVODNJE ELEKTRIČNE

ENERGIJE FOTONAPETOSTNEGA SISTEMA

S SLEDENJEM SONCU

Diplomsko delo

Maribor, junij 2016

ANALIZA PROIZVODNJE ELEKTRIČNE ENERGIJE

FOTONAPETOSTNEGA SISTEMA S SLEDENJEM SONCU

Diplomsko delo

Študent: Gregor Ogrizek

Študijski program: Univerzitetni študijski program Elektrotehnika

Smer: Močnostna elektrotehnika

Mentor: red. prof. dr. Gorazd Štumberger

Maribor, junij 2016

i

ii

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr.

Gorazdu Štumbergerju za pomoč in

koristne napotke pri opravljanju

diplomskega dela.Prav tako se iskreno

zahvaljujem tudi g. Ernestu Beliču za

pomoč pri izvedbi meritev ter seveda

svoji družini, ki me je podpirala skozi

celotno obdobje mojega študija.

iii

ANALIZA PROIZVODNJE ELEKTRIČNE ENERGIJE FOTONAPETOSTNEGA

SISTEMA S SLEDENJEM SONCU

Ključne besede: fotovoltaika, sledilni sistem, proizvodnja električne energije

UDK: 621.311.243(043.2)

POVZETEK

V diplomskem delu je predstavljena primerjava proizvodnje električne energije

fotonapetostnih modulov na sledilnem sistemu FEiNA SF09 in na napremikajočem se

sistemu. Izvedena je primerjava obnašanja monokristalnih in polikristalnih modulov z

mikropretvorniki. Pri tem rezultati meritev pokažejo, da se v danem primeru polikristalni

moduli obnašajo bolje od monokristalnih.

iv

THE ANALYSIS OF ELECTRICITY GENERATION IN A PHOTOVOLTAIC

SYSTEM WITH SUN TRACKING

Key words: photovoltaics, solar tracking system, production of electricity

UDK: 621.311.243(043.2)

ABSTRACT

The diploma thesis compares the electricity generation of the photovoltaic modules on the

solar tracking system FEiNA SF09 and the fixed mounted modules. The behaviour of

monocrystalline and polycrystalline modules with micro converters is analysed. The

results of measurements clearly show that in the given case the polycrystalline modules

perform better.

v

KAZALO VSEBINE

1. UVOD .............................................................................................................................. 1

2. ZGODOVINA FOTONAPETOSTNIH CELIC .............................................................. 2

3. OPIS DVOOSNEGA SISTEMA SLEDENJU SONCU FEiNA SF09 ........................... 3

3.1 Programiranje krmilnega sistema sledilnika ............................................................... 4

4. SONČNI MODULI .......................................................................................................... 9

4.1 Polikristalne celice ....................................................................................................... 9

4.2 Monokristalne celice.................................................................................................. 10

5. UVOD V MERITVE ..................................................................................................... 12

5.1 Vplivi na karakteristike fotonapetostnih celic ........................................................... 13

5.1 Nabor fotonapetostnih modulov za izvedbo meritev ................................................. 16

5.2 Opis merilnika HT I-V 400 ....................................................................................... 19

6. REZULTATI MERITEV KARAKTERISTIK FOTONAPETOSTNIH MODULOV Z

MERILNIKOM I-V 400 ................................................................................................ 23

6.1 Monokristalni modul številka 8 (fiksna namestitev) ................................................. 27

6.2 Polikristalni modul številka 9 (fiksna namestitev). ................................................... 29

6.3 Monokristalni modul številka 14 (na sledilnem sistemu) .......................................... 31

6.4 Polikristalni modul številka 15 (na sledilnem sistemu) ............................................. 33

7. PRIMERJAVA PROIZVODNJE ELEKTRIČNE ENERGIJE

FOTONAPETOSTNEGA SISTEMA ........................................................................... 35

7.1 Primerjava proizvodnje monokristalnega in polikristalnega modula na sledilnem

sistemu ............................................................................................................................. 36

7.2 Primerjava proizvodnje fiksno pritrjenega monokristalnega in polikristalnega

modula ............................................................................................................................. 37

7.3 Primerjava proizvodnje monokristalnega modula na sledilnem sistemu in

monokristalnega modula s fiksno namestitvijo ............................................................... 38

7.4 Primerjava proizvodnje polikristalnega modula na sledilnem sistemu in

polikristalnega modula s fiksno namestitvijo .................................................................. 39

8. SKLEP ........................................................................................................................... 40

9. LITERATURA .............................................................................................................. 41

vi

KAZALO SLIK

Slika 3.1 Prikaz pomikanja sledilnega sistema FEiNA SF09 ................................................ 3

Slika 3.2 Prikaz krmilnika sledilnega sistema ....................................................................... 4

Slika 3.3 Vnašanje parametrov v naš krmilni sistem............................................................. 5

Slika 4.1 Polikristalna fotonapetostna celica ......................................................................... 9

Slika 4.2 Monokristalna fotonapetostna celica .................................................................... 10

Slika 5.1 Vpliv temperature na karakteristiko fotonapetostnega modula ............................ 14

Slika 5.2 Vpliv sončnega sevanja na karakteristiko solarne celice ..................................... 14

Slika 5.3 Glavne točke karakteristik fotonapetostnih celic ................................................. 15

Slika 5.4 Fotonapetostni sistem in označeni moduli s katerimi smo izvajali meritve ......... 17

Slika 5.5 Izvajanje meritev z merilnikom HT I-V 400 ........................................................ 20

Slika 5.6 Temperaturni senzor PT300N .............................................................................. 20

Slika 5.7 Referenčna celica HT304 ..................................................................................... 21

Slika 5.8 Sprednja stran inštumenta HT I-V 400................................................................. 21

Slika 5.9 Zgornja stran inštrumenta HT I-V 400 ................................................................. 22

Slika 6.1 Primerjava I-V karakteristik monokristalnih modulov (BISOL BMO-250): en je

fiksno nameščen, drugi pa je nameščen na sledilnem sistemu ............................................ 23

Slika 6.2 Primerjava P-V karakteristik monokristalnih modulov (BISOL BMO-250): en je

fiksno nameščen, drugi pa je nameščen na sledilnem sistemu ............................................ 24

Slika 6.3 Primerjava I-V karakteristik polikristalnih fotonapetostnih modulov (BISOL

BMU-250 Premium): en je nameščen na sledilnem sistemu drugi pa je fiksno nameščen . 25

Slika 6.4 Primerjava P-V karakteristik polikristalnih fotonapetostnih modulov (BISOL

BMU-250 Premium): en je nameščen na sledilnem sistemu drugi pa je fiksno nameščen . 26

Slika 6.5 Primerjava I-V karakteristik fiksno nameščenega monokristalnega

fotonapetostnega modula (BISOL BMO-250) pri OPC in STC ......................................... 27

Slika 6.6 Primerjava P-V karakteristik fiksno nameščenega monokristalnega

fotonapetostnega modula (BISOL BMO-250) pri OPC in STC ......................................... 28

Slika 6.7 Primerjava I-V karakteristik fiksno nameščenega polikristalnega

fotonapetostnega modula (BISOL BMU-250 Premium) pri OPC in STC .......................... 29

Slika 6.8 Primerjava P-V karakteristik fiksno nameščenega polikristalnega

fotonapetostnega modula (BISOL BMU-250 Premium) pri OPC in STC .......................... 30

Slika 6.9 Primerjava I-V karakteristik monokristalnega fotonapetostnega modula (BISOL

vii

BMO-250), nameščenega na sledilnem sistemu pri OPC in STC ....................................... 31

Slika 6.10 Primerjava P-V karakteristik monokristalnega fotonapetostnega modula (BISOL

BMO-250), nameščenega na sledilnem sistemu pri OPC in STC ....................................... 32

Slika 6.11 Primerjava I-V karakteristik polikristalnega fotonapetostnega modula (BISOL

BMU-250 Premium), nameščenega na sledilnem sistemu pri OPC in STC ....................... 33

Slika 6.12 Primerjava P-V karakteristik polikristalnega fotonapetostnega modula (BISOL

BMU-250 Premium), nameščenega na sledilnem sistemu pri OPC in STC ....................... 34

Slika 7.1 Primerjava dnevne proizvodnje vseh štirih merjenih modulov ............................ 35

Slika 7.2 Dnevna primerjava proizvodnje električne energije modula 14 (monokristalni

modul BISOL BMO-250 na sledilnem sitemu) in modula 15 (polikristalni modul BISOL

BMU-250 PREMIUM na sledilnem sistemu) ..................................................................... 36

Slika 7.3 Dnevna primerjava proizvodnje električne energije modula 8 (fiksno pritrjen

monokristalni modul BISOL BMO-250) in modula 9 (fiksno pritrjen polikristalni modul

BISOL BMU-250 PREMIUM) ........................................................................................... 37

Slika 7.4 Dnevna primerjava proizvodnje električne energije modula 8 (fiksno nameščen

monokristalni modul BISOL BMO-250) in modula 14 (monokristalni modul BISOL

BMO-250 na sledilnem sistemu) ......................................................................................... 38

Slika 7.5 Dnevna primerjava proizvodnje električne energije modula 9 (fiksno nameščen

polikristalni modul BISOL BMU-250 PREMIUM) in modula 15 (fiksno nameščen

polikristalni modul BISOL BMU-250 PREMIUM) ............................................................ 39

viii

KAZALO TABEL

Tabela 5.1 Električne lastnosti monokristalnih modulov BISOL BMO-250 pri standardnih

pogijih (STC) in pri normalnih pogojih (NOCT). ............................................................... 17

Tabela 5.2 Temperaturne lastnosti modulov BISOL BMO-250 ......................................... 18

Tabela 5.3 Mehanske lastnosti modulov BISOL BMO-250 ............................................... 18

Tabela 5.4 Električne lastnosti polikristalnih modulov BISOL BMU-250 Premium pri

standardnih pogijih (STC) in pri normalnih pogojih (NOCT). ........................................... 18

Tabela 5.5 Temperaturne lastnosti modulov BISOL BMU-250 Premium .......................... 19

Tabela 5.6 Mehanske lastnosti modulov BISOL BMU-250 Premium ................................ 19

Tabela 6.1 Primerjava rezultatov meritev monokristalnih modulov (BISOL BMO-250):

eden je fiksno nameščen, drugi pa je nameščen na sledilnem sistemu ................................ 24

Tabela 6.2 Primerjava rezultatov meritev polikristalnih fotonapetostnih modulov (BISOL

BMU-250 Premium): en je nameščen na sledilnem sistemu drugi pa je fiksno nameščen . 26

Tabela 6.3 Rezultati meritev fiksno nameščenega monokristalnega sončnega modula

(BISOL BMO-250) ............................................................................................................. 28

Tabela 6.4 Rezultati meritev fiksno nameščenega polikristalnega fotonapetostnega modula

(BISOL BMU-250 Premium) .............................................................................................. 30

Tabela 6.5 Rezultati meritev monokristalnega fotonapetostnega modula (BISOL BMO-

250), ki je nameščen na sledilnem sistemu. ........................................................................ 32

Tabela 6.6 Rezultati meritev polikristalnega fotonapetostnega modula (BISOL BMU-250

Premium), ki je nameščen na sledilnem sistemu ................................................................. 34

ix

UPORABLJENI SIMBOLI

I [A].............................................tok

U [V]............................................napetost

P [W]............................................moč

PMPP [W].......................................vršna moč

IMPP [A].........................................tok pri vršni moči

UMPP [V]........................................napetost pri vršni moči

ISC [A]...........................................kratkostični tok

UOC [V].........................................napetost odprtih sponk

PMAX [W].......................................maksimalna moč

[%]............................................učinkovitost sončne celice ali modula

α [%/ºC]........................................temperaturni koeficient toka kratkega stika

β [%/ºC]........................................temperaturni koeficient napetosti odprtih sponk

γ [%/ºC]........................................temperaturni koeficient moči

Irr [W/m2].....................................sončno sevanje

A [m2]...........................................površina sončne celice ali modula

FF..................................................faktor polnjenja

C [%]...........................................učinkovitost pretvorbe celic

M [%]..........................................učinkovitost pretvorbe modula

STC..............................................standardi testni pogoji

OPC..............................................dejanski testni pogoji

1

1. UVOD

V naslednjih letih oziroma desetletjih je pričakovati, da se bo poraba električne energije še

bistveno okrepila. Temu botruje dejstvo, da se populacija našega planeta izjemno veča in s

tem se večajo tudi potrebe po električni energije. To po nam posledično postavi vprašanja,

kot so na primer: Ali lahko zagotovimo povečano proizvodnjo električne energije brez

degradacije okolja? Ali imamo dovolj virov za zadostitev povečanih potreb? Ali lahko

zgradimo dovolj infrastrukture, ki bo omogočala proizvodnjo?

Fotovoltaika, oziroma fotonapetostna tehnika, ki fotonsko energijo pretvori v električno,

lahko bistveno prispeva k zadovoljitvi teh potreb po energiji. V preteklosti sta bili

slabosti fotovoltaike predvsem visoka cena in nerazvita tehnologija. Vendar pa je -danes po

več desetletjih raziskav tehnologija močno napredovala ter nas pripeljala do točke,

kjer fotovoltaika že vstopa na velike trge električne energije.

V diplomskem delu sem se posvetil analizi proizvodnje električne

energije fotonapetostnega (fotovoltaičnega) sistema, ki se nahaja na strehi tehniških

fakultet v Mariboru. Ta sistem je sestavljen iz sledilnega sistema FEiNA SF09 in iz

nepremičnega sistema, na katerega so nameščeni fotonapetostni moduli z mikropretvorniki.

Namen moje diplomske naloge je bila preučitev in primerjava izhodnih

karakteristik monokristalnih in polikristalnih fotonapetostnih modulov na katerih sem

izvajal meritve. Primerjavo sem izvedel za module nameščene na sledilnem sistemu kot

tudi za fiksno postavljene module.

Najprej sem v poglavju 2 na kratko zapisal pomembne dogodke, ki so skozi zgodovino

pripomogli k razvoju fotovoltaike. V poglavju 3 sem opisal sledilni sistem FEiNA SF09 in

programiranje njegovega krmilnika. Nato sem se v poglavju 4

posvetil monokristalnim in polikristalnim fotonapetostnim modulom ter njihovim

prednostim in slabostim. Poglavje 5 podaja osnovne pojme in matematične opise s

področja fotonapetostnih sistemov in opise obravnavanih fotonapetostnih modulov. Podan

je opis uporabljenega merilnika HT I-V 400 in njegovih komponent. Poglavji 6 in 7

podajata rezultate meritev in njihovo analizo, v poglavju 8 pa so podane sklepne

ugotovitve moje diplomske naloge.

2

2. ZGODOVINA FOTONAPETOSTNIH CELIC

Fotonapetostni pojav je že leta 1839 odkril francoski fizik Alexandre – Edmond Becquerel,

vendar so bili fotonapetostni sistemi (fotovoltaika) praktično neuporabni do druge polovice

20. stoletja. Prve konvencionalne fotonapetostne celice so bile proizvedene v poznih 1950-

ih. Po letu 1960 so bili v glavnem uporabljene za zagotavljanje električne energije umetnih

zemeljskih satelitov v orbiti. Leta 1970 so izboljšave v zmogljivosti in kakovosti

fotonapetostnih modulov odprle pot širjenju fotovoltaike v mnoge panoge.

Odprle so se številne možnosti za napajanje zemeljskih aplikacij na daljavo, vključno s

polnjenjem baterij za navigacijske sisteme telekomunikacijskih oprem, namenjenih

prenosu signalov ter tudi za druge nizkoenergetske naprave.

Leta 1980 je fotovoltaika postala priljubljen vir energije za potrošniške elektronske

naprave, vključno s kalkulatorji, urami, lučmi ter drugimi majhnimi baterijsko polnjenimi

aplikacijami.

Po energetski krize leta 1970 se je znatno povečal tudi interes za razvoj fotonapetostnih

sistemov za napajanje stanovanj in za komercialne potrebe.

Fotonapetostni sistemi so se začeli intenzivno uporabljati za napajanje zdravstvenih klinik

na podeželju ter za hlajenje in črpanje vode. Izjemno so se razširili tudi na področju oskrbe

z energijo samozadostnih gospodinjstev, ki so še danes velik trg za fotonapetostne sisteme.

Danes proizvodnja industrije fotonapetostnih modulov raste približno 25 odstotkov letno.

Nacionalni programi v ZDA, na Japonskem in v Evropi močno pospešujejo namestitev

fotonapetostnih elektrarn na stavbe ter njihovo vključevanje v obstoječo energetsko

infrastrukturo – električna omrežja.

3

3. OPIS DVOOSNEGA SISTEMA SLEDENJU SONCU

FEiNA SF09

Že ime samo nam pove, da se sledilni sistem FeiNA SF09 premika v dveh oseh in sicer po

azimutu ter po višini sonca. Sledenje trajektoriji sonca omogočata dva enosmerna motorja,

ki spreminjata azimut ploskve ter naklon (slika 3.1). To nam omogoča največji možni

izkoristek pri pretvorbi razpoložljive sončne energije, saj z dvoosnim sledenjem soncu ves

čas poskušamo zagotoviti vpad sončnih žarkov pod pravim kotom na fotonapetostne

module.

Na obravnavani sledilni sistem lahko pritrdimo največ 9m2 solarnih modulov (v

dimenzijah 3x3m), vendar smo mi uporabili le 3 module (dva polikristalna ter enega

monokristalnega).

Proizvajalec sledilnega sistema Feina SF09 trdi, da naj bi se proizvodnja električne

energije v primerjavi s fiksno postavljenimi sistemi povečala za 33 % letno. Pri tem bi naj

bilo povečanje poleti 50 % in pozimi 20 %. Te trditve bomo v naslednjih poglavjih vsaj

delno preverili.

.

Slika 3.1 Prikaz pomikanja sledilnega sistema FEiNA SF09

4

3.1 Programiranje krmilnega sistema sledilnika

Krmilnik sledilnega sistem FEiNA SF09 (slika 3.2) deluje tako, da ko enkrat vnesemo

parametre v krmilnik, ta začne slediti soncu po v naprej programirani trajektoriji.Vsakih X

minut (med 1 in 90, odvisno od našega vnosa) krmilnik izračuna pozicijo ter po potrebi

premakne sledilni sistem. Ko sonce zaide (naklon Sonca preko horizonta je takrat

negativen), se sledilnik obrne proti vzhodu in se postavi blizu obzorja (približno 80º glede

na vertikalo). Ko sonce vzhaja, se sledilni sistem vrne v skoraj navpični položaj. Od tega

trenutka dalje, opravlja normalno dnevno gibanje. [13]

Slika 3.2 Prikaz krmilnika sledilnega sistema

Najprej povežemo kabel številka 1 s 4 mm2 žico na spončnico znotraj škatle z elektronskim

sistemom krmilnika. Označena je z + in -, kjer sta pozitiven in negativen pol. Pri tem

moramo biti previdni, da ju ne obrnemo.

Če je razdalja med napajanjem (običajno baterijo) do sledilnega sistema krajša od 8

metrov, mora biti presek kabla 1 mm2. Če je med 8 in 22 metrov, namestimo kabel preseka

5

2,5 mm2 in če je dolžina od 22 do 40 metrov, potem se namesti kabel preseka 4 mm2.

Iz škatle z elektroniko prihajata dva kompleta kablov s priključki. Najkrajši kabel gre na

urni sistem, daljši kabel pa gre na motor nagiba.

Sedaj pritisnemo glavno stikalo in po dveh sekundah se na zaslonu prikaže naslednje:

14/05/03 10:21

LON: E001º52`25` '

LAT: N41º42`50``

Z drugimi besedami: dan, mesec, leto, ura in minuta.

Rdeči gumb (slika 3.2) uporabimo za nastavitev dneva. Vsakič, ko ga pritisnemo, se

številka poveča za eno enoto. Ko doseže 31 se ponastavi na 0. Ko je dan nastavljen,

nadaljujemo s črnim gumbom na naslednjo vrednost, ki jo je treba nastaviti: mesec.Pri tem

zopet povečujemo vrednost z rdečim gumbom in ko dosežemo željeni mesec, se s črnim

gumbom premaknemo v naslednji del, kjer spreminjamo leto. Ta postopek ponavljamo

tako dolgo, dokler niso vsi datumski in časovni podatki pravilni.

Pri tem moramo biti zgolj previdni na to, da nastavimo uro na univerzalen čas (UTC), ki za

našo zaostaja za 2 uri v poletnih mesecih ter 1 uro v drugih letnih časih. .

Po enakem postopku nastavimo zemljepisno dolžino in širino (slika 3.3). Dolžina: vzhod

(E) in zahod (W) ter za širine: severno (N) in južno (S).

Slika 3.3 Vnašanje parametrov v naš krmilni sistem

6

V vsakem trenutku se lahko premaknemo neposredno na naslednji zaslon zgolj z modrim

gumbom, če so podatki pravilni. Po izvedenih nastavitvah se prikaže sledeče:

1 01

Tilt axis

Black: vertical

Red: horizon.

Prva številka (1), ki se pojavi v zgornjem levem kotu, pomeni zgolj številko zaslona.Dva

enki ali ničli, ki pa se pojavita v zgornjem desnem kotu zaslona pa nas obveščata o stanju

obeh nasprotnih stikal. Prva številka označuje, če je aktiviran števec osi nagiba (inclination

counter), (1: povezana, 0: odklopljen). Druga številka pa označuje stanje urnega števca

(hourly counter).

Iz teh dveh številk izvemo, če katero stikalo ne deluje.

Z rdečim in črnim gumbom nastavimo položaj osi nagiba modulov dokler ne dosežemo

naklona, ki ustreza trenutnemu položaju sonca in zagotavlja pravokotni vpad sončnih

žarkov na modul. Pri tem mora biti sonce vidno.

Ponovno pritisnemo modri gumb in prikaže se naslednje:

2 01

Hourly axis

Black: east

Red: west

Številka, ki se nahaja v zgornjem levem kotu (2) nam zopet pove zgolj številko zaslona.

Drugi dve številki na zgornji desni strani zaslona pa nam prav tako kakor v prejšnjem

primeru povesta stanji stikal.

Z rdečim in črnim gumbom nastavljamo položaj urne osi (azimuta) dokler platforma ni

obrnjena proti soncu.

7

Nato vnesemo še vrednosti za solarni sistem senzorjev. S tem zagotovimo, da bo naš

solarni sistem obrnjen proti točki, iz katere prihaja največ sončne svetlobe. Tej nastavitvi

bo krmilni sistem omogočil prednost pred astronomskim programom.

Prikaže se nam naslednji zaslon:

HOR: 129

VER: 123

LLU: 085

Ko je platforma dobro osredotočena na Sonce, morata vrednosti HOR (horizontalne osi) in

VER (vertikalne osi) biti blizu 128. Vrednost LLU pomeni svetlobo. To je vrednost, ki po

našem mnenju velja za sončno vreme. Po privzetih nastavitvah ta vrednost znaša 76. Če je

dejanska vrednost svetlobe pod nastavljeno vrednostjo, solarni senzor ne deluje in sledilni

sistem obratuje v skladu z astronomskim program gibanja Sonca. S pritiskom na modri

gumb preidemo na normalno funkcijo zaslona, ki je ves čas aktivirana:

14/05/03 16:21

HOR: + 270º 0120

VER: + 022º 0001

00 00 120 243 01

Na tem zaslonu so prikazani: datum, ura in minuta. S pritiskom na črni gumb povečamo

minute ter s pritiskom na rdeči gumb jih zmanjšujemo.

Naslednja vrstica je urni položaj (azimut). 90º je, ko je sledilni sistem obrnjen proti

vzhodu, 180º je, ko je obrnjen proti jugu in 270º, ko je obrnjen proti zahodu.

V isti vrsti je prikazano število impulzov, ki jih odda merilnik položaja v tej osi od začetka

dneva. Po privzetih nastavitvah sledilnega sistema FEiNA SF09 je potrebno 267 pulzov, da

se opravi 180º premik.

Tretja vrsta je enaka drugi, vendar spremlja gibanje v navpični osi (VER). Vrednost za

navpično os (naklon) je 0 °, če je sledilni sistem postavljen povsem navpično in 90 ° če je

postavljen popolnoma vodoravno.

Številke prikazana v četrti vrsti so kontrolne številke. Zadnja številka prikazuje preostale

8

minute za izračun položaja sledilnega sistema in začne delovati, če je le možno.

S pritiskom na modri gumb se lahko vrnemo na prejšnja dva zaslona z nastavitvami

parametrov sistema za sledenje Soncu.

Podatke o geografski širini, ki smo jih potrebovali za programiranje sledilnega sistema smo

pridobili s pomočjo spletne strani Google Maps. Naš dejanski vnos geografske širine v

krmilnik je razviden tudi iz slike 3.3. Podatkov za solarni sistem senzorjev ni bilo potrebno

spreminjati zato smo jih pustili na privzetih nastavitvah.

9

4. SONČNI MODULI

Sončni moduli oz. fotonapetostni moduli, imenovani tudi fotovoltaični moduli, so osnovni

gradniki sončnih elektrarn. Sestavljeni so iz večjega števila sončnih celic. V komercialni

rabi največkrat zasledimo polikristalne, monokristalne ter amorfne fotonapetostne module.

V moji diplomski nalogi se bom predvsem posvetil monokristalnim in polikristalnim saj

sem z njimi tudi izvajal meritve.

4.1 Polikristalne celice

Prve fotonapetostne celice, ki so temeljile na polikristalnem siliciju, ki je prav tako znan

kot polisilicij (p-SI) in multi-kristalni silicij (mc-Si), so bile v komercialni rabi dosegljive

leta 1981. Za razliko od monokristalnih fotonapetostnih celic, polikristalni ne zahtevajo

Czochralskega procesa izdelave. Silicij se stali in se zlije v kvadratni kalup, ki se nato hladi

ter nareže na popolnoma kvadratne rezine (slika 4.1). [11]

Slika 4.1 Polikristalna fotonapetostna celica

Prednosti:

Postopek za izdelavo polikristalnega silicija je enostavnejši in bistveno cenejši.

Količina odpadkov silicija se v primerjavi z monokristalnimi celicami zmanjša.

Polikristalne fotonapetostne celice imajo po navadi nekoliko nižjo toplotno

toleranco od monokristalnih. To pomeni, da pri visokih temperaturah delujejo

nekoliko slabša kot monokristalne. Toplota lahko vpliva na delovanje

fotonapetostnih celic in jim tudi skrajša življenjsko dobo. Vendar pa je ta učinek

zelo majhen in večini uporabnikov ni potrebno skrbeti glede tega.

10

Slabosti:

Učinkovitost polikristalnih fotonapetostnih celic je običajno 13-16%. Zaradi nižje

čistosti silicija so polikristalne fotonapetostne celice manj učinkovite kot

monokristalne.

Manjša prostorska učinkovitost. Na splošno je treba pokriti večjo površino, da

dosežemo enako električno moč kot jo dobimo iz monokristalnih fotonapetostnih

celic. Vendar pa to ne pomeni, da vsaka monokristalna fotonapetostna celica

delujejo bolje kot tista, ki temelji na polikristalnem siliciju.

4.2 Monokristalne celice

Monokristalne fotonapetostne celice (slika 4.2) so narejene iz silicijevih kalupov, ki so

valjaste oblike. Za optimalno delovanje in nižanje stroškov proizvodnje posamezne

monokristalne celice se štiri stranice kalupov izrežejo in se dobijo silicijeve rezine. To tudi

da monokristalnim celicam značilno podobo. [11]

Slika 4.2 Monokristalna fotonapetostna celica

Prednosti:

Monokristalne fotonapetostne celice imajo najvišjo stopnjo izkoristka, saj so

narejene iz najvišje kakovosti silicija. Stopnje učinkovitosti modulov iz

monokristalnih fotonapetostnih celic so po navadi 15-20%, rekord učinkovitosti

pa trenutno drži kitajsko podjetje Trinasolar, saj so decembra 2015 z modulom

dimenzij 156x156 mm2 dosegli kar 22,13 % izkoristek [10].

11

Monokristalne silicijeve fotonapetostne celice so tudi prostorsko učinkovite.

Zaradi svojega visokega izkoristka potrebujejo najmanjši volumen v primerjavi z

vsemi drugimi vrstami. Monokristalne fotonapetostne celice proizvedejo do

štirikratno količino električne energije, ki jo proizvedejo tankoplastne sončne

fotonapetostne celice.

Monokristalne fotonapetostne celice imajo najdaljšo življenjsko dobo. Večina

proizvajalcev sončnih modulov zagotavlja 25-letno garancijo.

Po navadi se v slabših svetlobnih pogojih odrežejo bolje kot podobne polikristalne

fotonapetostne celice.

Slabosti:

Monokristalne fotonapetostne celice so najdražja vrsta komercialno uporabljenih

celic. S finančnega vidika so fotonapetostne celice, ki so izdelane iz

polikristalnega silicija, lahko boljša izbira za nekatere uporabnike.

Če so fotonapetostne celice delno pokrita z umazanijo ali snegom, se lahko

celotno vezje uniči. Pri tem je pametno razmisliti o uporabi mikro pretvornikov

namesto centralnih pretvornikov.

Za proizvodnjo monokristalnega silicija se uporablja proizvodni proces

Czochralski. Kot rezultat tega nastanejo veliki valjni kalupi in zaradi rezanja štirih

stranice le-teh konča znaten del proizvedenega silicija kot odpadek. [11]

Monokristalne fotonapetostne celice so bolj učinkoviti v toplem vremenu.

Izkoristek pada z dvigom temperature, vendar manj kot pri polikristalnih celicah.

12

5. UVOD V MERITVE

Učinkovitost (izkoristek) fotonapetostne celice (5.1) je definirana kot vršna moč Pmax (5.2),

ki jo celica proizvede (W), deljeno z gostoto moči obsevanja (W / m²) pri standardnih

testnih pogojih STC: 1000 W / m² in 25 ° C. .Tako je izkoristek fotonapetostne celice

odvisen od mnogih dejavnikov, kot sta na primer raven obsevanja in temperature. Pri tem

pa ne smemo pozabiti na polnilni faktor FF, ki je definiran s (5.3). Z njim vrednotimo

kakovost fotonapetostnih celic..

100 = MAX

rr

P

I A

(5.1)

Kjer je:

2 2

2

učinkovitost sončne celice ali modula %

sončno sevanje (v standardnih pogojih 1000W/m ) /

površina celice ali modula

Irr W m

A m

MAX MPP MPPP I U FF

(5.2)

Kjer je:

tok v točki največje moči A

napetost v točki največje moči V

faktor polnjenja

MPP

MPP

I

U

FF

MAX

SC OC

PFF

I U

(5.3)

Kjer je:

-kratkostični tok A

-napetost odprtih sponk V

SC

OC

I

U

13

Procesi proizvodnje običajno vodijo do razlik v električnih parametrih celo pri istih vrstah

celic. Poleg tega, če upoštevamo še izgube na povezavah celic ugotovimo, da je težko najti

dva identična fotonapetostna modula.

Po drugi strani pa so parametri, ki jih proizvajalci fotonapetostnih modulov navajajo,

merjeni pri STC. Ti pogoji pa se redko pojavljajo v praksi. Zato je ocena električnih

lastnosti modula ali polja težko izvedljiva in zahteva izvajanje meritev pri dejanskih

pogojih obratovanja, kjer vseh vplivnih parametrov ni mogoče zanesljivo napovedati in

ovrednotiti.

5.1 Vplivi na karakteristike fotonapetostnih celic

Teoretično ima vsak fotonapetostni modul več I-V karakteristik, ki so odvisne od

kombinacije zunanjih činiteljev. Glavni činitelji, ki vplivajo na karakteristike

fotonapetostnih modulov so temperatura celic (slika 5.1), moč sončnega sevanja (slika 5.2)

in faktor zračne mase [9].

Iz slike 5.1 vidimo, da modul izgublja napetost pri višanju temperature in posledično

zaradi Ohmovega zakona (5.4) tudi moč.

P U I (5.4)

Kjer je:

moč W

napetost V

tok A

P

U

I

14

Slika 5.1 Vpliv temperature na karakteristiko fotonapetostnega modula

Slika 5.2 Vpliv sončnega sevanja na karakteristiko solarne celice

15

Glede na navedeno, nam le merjenje I-V in P-V karakteristik omogoča ustrezno določitev

električnih parametrov fotonapetostnih modulov. Omenjene karakteristike so pomembne za

načrtovanje, namestitev in vzdrževanje sončnih elektrarn, uporabiti pa jih je mogoče tudi

za spremljanje kakovosti in procesa staranja modulov.

Glavne točke I-V in P-V karakteristik so tok kratkega stika (Isc) ali najvišji tok pri ničelni

napetosti in napetost odprtih sponk (Uoc) ali maksimalna napetost na ničelnem toku (slika

5.3).

Slika 5.3 Glavne točke karakteristik fotonapetostnih celic

Za vsako delovno točko I-V karakteristike, produkt toka in napetosti predstavlja

pripadajočo izhodno moč. Največjo moč Pmax vsakega fotonapetostnega generatorja

dosežemo tam, kjer je produkt toka in napetosti največji.

Osnovni princip določanja I-V karakteristik fotonapetostnih modulov temelji na meritvi

toka in napetosti med točko odprtih sponk UOC in točko kratkega stika ISC.

Pri tem lahko uporabimo več metod. [9]

metoda s spremenljivim uporom,

metoda kapacitivnega bremena,

metoda elektronske obremenitve,

metoda bipolarnega ojačevalca moči in

metodo štiri-kvadrantnega napajanja.

16

Pri izbiri merilne metode moramo upoštevati dejavnike kot so točnost, hitrost, enostavnost

uporabe in zanesljivost merilnega sistema.

Najpreprostejši način merjenja I-V karakteristik fotonapetostnih modulov je uporaba

spremenljivega upora. Vrednost upora se spreminja v progresivnih stopnjah od nič do

nekaj 10 k. Na tak način se zajamejo točke na I-V karakteristiki od točke kratkega stika

pa do odprtih sponk. Ta metoda temelji na principu merjenja napetosti in toka v vsakem

koraku.

5.1 Nabor fotonapetostnih modulov za izvedbo meritev

Za izvedbo meritev sem uporabil tri monokristalne in dvanajst polikristalnih

fotonapetostnih modulov slovenskega proizvajalca Bisol (slika 5.4). Od tega sta bila dva

polikristalna in en monokristalni modul nameščena na sledilnem sistemu FEiNA SF09.

Monokristalni moduli so bili tipa BISOL BMO-250, polikristalni pa tipa BMU-250

Premium.

Električne lastnosti monokristalnih modulov BISOL BMO-250 so podane v tabeli 5.1,

njihove temperaturne lastnosti v tabeli 5.2 in mehanske lastnosti v tabeli 5.3 [12].

Vse električne specifikacije za monokristalne module BISOL BMU-250 Premium so

podane v tabeli 5.4, temperaturne lastnosti v tabeli 5.5 in mehanske lastnosti v tabeli 5.6

[12].

17

Slika 5.4 Fotonapetostni sistem in označeni moduli s katerimi smo izvajali meritve

Tabela 5.1 Električne lastnosti monokristalnih modulov BISOL BMO-250 pri standardnih pogijih (STC) in pri

normalnih pogojih (NOCT).

Električne lastnosti:

STC (AM:1,5,

1000 W/m²,

temperatura

celic: 25ºC)

NOCT

(AM:1,5,

800 W/m²,

temperatura

celic: 44ºC)

Vršna moč PMPP [W] 250 185

Kratkostični tok ISC [A] 8,8 7,12

Napetost odprtih sponk UOC [V] 37,9 34,6

Tok vršne moči PMPP [W] 8,2 6,64

Napetost vršne moči UMPP [V] 30,5 27,8

Učinkovitost pretvorbe

celic C [%]

17,4

Učinkovitost pretvorbe modula M [%] 15,3

Toleranca izhodne moči [W] 0/+5

Najvišji reverzni tok [A] 18

Maksimalna sistemska napetost [V] 1.000

18

Tabela 5.2 Temperaturne lastnosti modulov BISOL BMO-250

Tabela 5.3 Mehanske lastnosti modulov BISOL BMO-250

Višina x širina x debelina [mm] 1,649 x 991 x 40

Masa [kg] 18,5

Fotovoltaične celice 60 serijsko vezanih,

156 mm x 156 mm

Električni priključki Tri obvodne diode,

združljivo z MC 4, IP 67 Cerfiticirana nominalna obremenitev 5,400 Pa

Tabela 5.4 Električne lastnosti polikristalnih modulov BISOL BMU-250 Premium pri standardnih pogijih (STC)

in pri normalnih pogojih (NOCT).

Temperaturni koeficient toka α +4,5 mA/ ºC

Temperaturni koeficient napetosti β -132 mV/ ºC

Temperaturni koeficient moči γ -0,39 %/ ºC

Temperaturni razpon -40 ºC do + 85ºC

Električne lastnosti:

STC (AM:1,5,

1000 W/m²,

temperatura

celic: 25ºC)

NOCT (AM:1,5,

800 W/m²,

temperatura celic:

44ºC)

Vršna moč PMPP [W] 250 185

Kratkostični tok ISC [A] 8,75 7,08

Napetost odprtih sponk UOC [V] 38,4 35,1

Tok vršne moči IMPP [A] 8,25 6,68

Napetost vršne moči UMPP [V] 30,3 27,7

Učinkovitost pretvorbe celic C[%] 17,1

19

Tabela 5.5 Temperaturne lastnosti modulov BISOL BMU-250 Premium

Temperaturni koeficient toka α +4,9 mA/ ºC

Temperaturni koeficient napetosti β -121 mV/ ºC

Temperaturni koeficient moči γ -0,35 %/ ºC

Temperaturni razpon -40 ºC do + 85ºC

Tabela 5.6 Mehanske lastnosti modulov BISOL BMU-250 Premium

Višina x širina x debelina [mm] 1,649 x 991 x 40

Masa [kg] 18,5

Sončne celice 60 serijsko vezanih,

156 mm x 156 mm

Električni priključki Tri obvodne diode, združljivo z MC 4, IP

67

Cerfiticirana nominalna obremenitev 5,400 Pa

5.2 Opis merilnika HT I-V 400

Za meritve fotonapetostnih modulov sem uporabil merilnik HT Italia I-V 400, ki ga kaže

slika 5.5. Ta merilnik omogoča merjenje toka, napetosti, moči in nam tudi prikaže

izmerjeno I-V karakteristiko.

Merilnik I-V 400 je idealna rešitev za redna vzdrževalna dela na fotonapetostnih sistemih,

saj je izjemno hiter in učinkovit pri odkrivanju morebitnih okvar modulov. Omogoča

izvajanje meritev na posameznem modulu in na celotnem fotonapetostnem sistemu do

maksimalne napetosti 1000V in toka 10A.

Učinkovitost pretvorbe

modula M[%]

15,3

Toleranca izhodne moči [W] 0/+5

Najvišji reverzni tok [A] 18

Maksimalna sistemska napetost [V] 1.000

20

Princip delovanja merilnika temelji na tem, da se izmerjeni podatki, ki jih dobimo pri

dejanskem izvajanju meritev (OPC) preračunajo po standardu IEC 60891[6] in se nato

pretvorijo na standardne pogoje (STC). To nam omogoča primerjavo s nazivnimi podatki,

ki jih podaja proizvajalec modulov. S primerjavo podanih vrednosti in rezultatov meritev

lahko enostavno opazimo kakšne kakovosti je merjeni modul.

Rezultate meritev je možno tudi shraniti v pomnilnik merilnika, prenesti na računalnik in

jih kasneje uporabiti za nadaljnjo obdelavo. Za obdelavo teh podatkov potrebujemo zgolj

računalniški program Topview.

Slika 5.5 Izvajanje meritev z merilnikom HT I-V 400

Da merilnik uspešno izvaja meritve, potrebujemo še:

Temperaturni senzor PT300N (slika 5.6), ki mora biti pritrjen na zadnji strani

fotonapetostnega modula. Pri izvajanju meritev moramo biti pazljivi na to, da se

temperatura senzorja ustali (to običajno traja nekaj minut)

Slika 5.6 Temperaturni senzor PT300N

21

Referenčno celico HT304 (slika 5.7), ki jo moramo pristaviti poleg merjenega

fotonapetostnega modula (mora ležati nagnjen pod enakim kotom kot je nagnjen

PV modul). Pri izvajanju meritev s HT304 moramo biti pazljivi, da izberemo

pravilni izhod, saj ima instrument en izhod za merjenje polikristalnega modula in

drugega za merjenje monokristalnega modula.

Slika 5.7 Referenčna celica HT304

Slika 5.8 Sprednja stran inštumenta HT I-V 400

22

Slika 5.9 Zgornja stran inštrumenta HT I-V 400

23

6. REZULTATI MERITEV KARAKTERISTIK

FOTONAPETOSTNIH MODULOV Z MERILNIKOM I-

V 400

Najprej med seboj primerjamo posnete karakteristike fotonapetostnih modulov, ki so

nameščeni na sledilni sistem in tistih, ki so fiksno nameščeni. Iz tabele 6.1 je razvidno, da

sem meritev 204 opravil ob 11:27 na monokristalnem modulu in sicer na sledilnem

sistemu. Meritev 206 je bila opravljena ob 11:47 na monokristalnem modulu, ki je fiksno

nameščen. Posnete karakteristike (slika 6.1 in 6.2) so si med seboj zelo podobne, saj so bili

zunanji pogoji precej konstantni. Edino, kar morda izstopa je malenkost višja temperatura

modula pri danih OPC meritve številka 206. Ta modul je fiksno nameščen. Posledica tega

je vidno nižja napetost odprtih sponk UOC. Dodatno, na kar smo lahko pozorni, je le za

malenkost višja trenutna proizvodnja fotonapetostnega modula na sledilnem sistemu.

Razlog za to majhno razliko bi lahko bil čas opravljanja meritev. Obe karakteristiki sta bili

namreč posneti v času, ko je Sonce skoraj pravokotno glede na module, ki so nameščeni na

sledilnem sistemu in tudi glede na fiksno nameščene. Zaradi tega tudi ne prihaja do večjega

odstopanja med proizvodnjama.

Slika 6.1 Primerjava I-V karakteristik monokristalnih modulov (BISOL BMO-250): en je fiksno nameščen, drugi

pa je nameščen na sledilnem sistemu

24

Slika 6.2 Primerjava P-V karakteristik monokristalnih modulov (BISOL BMO-250): en je fiksno nameščen, drugi

pa je nameščen na sledilnem sistemu

Tabela 6.1 Primerjava rezultatov meritev monokristalnih modulov (BISOL BMO-250): eden je fiksno nameščen,

drugi pa je nameščen na sledilnem sistemu

Pmax Uoc Vmpp Impp Isc Irradiance

Module

Temp. FF alpha beta

Meas. 204 - BISOL250

MONO

5. 04. 2017 11:27

(-

14,07%)

204 Measures@OPC 183,21 33,99 26,18 7,00 7,62 901,00 44,50 71,00 0,03 -0,24

204 STC 214,83 35,78 27,85 7,71 8,39 1000,00 25,00 72,00 0,03 -0,24

204 Nominal 250,00 37,90 30,50 8,20 8,80 1000,00 25,00 75,00 0,03 -0,24

Meas. 206 - BISOL250

MONO

5. 04. 2017 11:47

(-

17,35%)

206 Measures@OPC 180,98 33,42 25,61 7,07 7,63 941,00 49,30 71,00 0,03 -0,24

206 STC 206,62 35,51 27,74 7,45 8,01 1000,00 25,00 73,00 0,03 -0,24

206 Nominal 250,00 37,90 30,50 8,20 8,80 1000,00 25,00 75,00 0,03 -0,24

25

V nadaljevanju je podana primerjava karakteristik polikristalnih modulov. Pri tem je eden

nameščen na sledilnem sistemu, drugi pa je fiksno nameščen. Iz tabele 6.2 je razvidno, da

sem meritev 205 opravil ob 11:35 na polikristalnem modulu, ki je nameščen na sledilnem

sistemu. Meritev 207 je bila opravljena ob 11:52 na fiksno nameščenem polikristalnem

modulu. Posnete karakteristike (sliki 6.3 in 6.4) so podobne, saj so bile izmerjene ob

podobnih pogojih.

Ponovno izstopa le malenkost višja temperatura modula pri danih OPC meritve številka

207 in posledično seveda nižja napetost odprtih sponk UOC. Ta modul je fiksno nameščen.

Kar se pa tiče proizvodnje v trenutku meritve teh dveh karakteristik, pa vidimo, da ima

modul, ki je nameščen na sledilnem sistemu kar za 13 W večjo proizvodnjo kakor fiksno

nameščen modul ob 11:52. Tako velika razlika ob času, ko je Sonce skoraj pravokotno na

oba modula pomeni, da polikristalni modul, ki se nahaja na sledilnem sistemu obratuje

bolje kot fiksno nameščen modul. Pri tem seveda ne smemo zanemariti 6ºC višje

temperature fiksno nameščenega modula, kar je dodaten vzrok za nižjo proizvodnjo.

Slika 6.3 Primerjava I-V karakteristik polikristalnih fotonapetostnih modulov (BISOL BMU-250 Premium): en je

nameščen na sledilnem sistemu drugi pa je fiksno nameščen

26

Slika 6.4 Primerjava P-V karakteristik polikristalnih fotonapetostnih modulov (BISOL BMU-250 Premium): en je

nameščen na sledilnem sistemu drugi pa je fiksno nameščen

Tabela 6.2 Primerjava rezultatov meritev polikristalnih fotonapetostnih modulov (BISOL BMU-250 Premium): en

je nameščen na sledilnem sistemu drugi pa je fiksno nameščen

Pmax Uoc Vmpp Impp Isc Irradiance

Module

Temp. FF alpha beta

Meas. 205 - BMU-250PREMIU

5. 04. 2017 11:35 (-3,37%)

205 Measures@OPC 220,67 34,65 27,25 8,10 8,76 981,00 44,30 73,00 0,06 -0,32

205 STC 241,58 36,74 29,58 8,17 8,82 1000,00 25,00 75,00 0,06 -0,32

205 Nominal 250,00 38,40 30,30 8,25 8,75 1000,00 25,00 74,00 0,06 -0,32

Meas. 207 - BMU-250PREMIU

5. 04. 2017 11:52 (-7,02%)

207 Measures@OPC 207,83 33,95 26,39 7,87 8,43 983,00 50,80 73,00 0,06 -0,32

207 STC 232,46 36,75 29,44 7,90 8,44 1000,00 25,00 75,00 0,06 -0,32

207 Nominal 250,00 38,40 30,30 8,25 8,75 1000,00 25,00 74,00 0,06 -0,32

27

6.1 Monokristalni modul številka 8 (fiksna namestitev)

Iz posnetih karakteristik (sliki 6.5 in 6.6 ) opazimo vidno razhajanje vršnih moči modula

med OPC in STC. V povprečju je vršna moč pri OPC približno 15 % manjša kot pri STC.

Izjema je meritev 228, kjer razlika znaša že skoraj 30 %. Temu botruje znatno zmanjšanje

sončnega sevanja v trenutku izvajanja meritve. Iz I-V karakteristike (slika 6.5) pa je prav

tako zelo lepo razvidno kakšen velik vpliv ima zmanjšanje sončnega sevanja na

kratkostičen tok ISC, saj se ta v našem primeru drastično zmanjša.

Pri meritvi 228 (tabela 6.3) opazimo, glede na druge meritve tega modula, poleg znižanja

vršne moči in nizkega kratkostičnega toka še povečano vrednost napetosti odprtih sponk

UOC. To povečanje UOC je posledica padca temperature na fotonapetostnih celicah

(temperatura se zmanjša za kar 10 stopinj). Sicer pa visoke temperature fotonapetostnih

celic poleg zmanjšanja napetosti odprtih sponk vplivajo še na povečanje kratkostičnega

toka ISC in na zmanjšanje vršne moči modula.

Slika 6.5 Primerjava I-V karakteristik fiksno nameščenega monokristalnega fotonapetostnega modula (BISOL

BMO-250) pri OPC in STC

28

Slika 6.6 Primerjava P-V karakteristik fiksno nameščenega monokristalnega fotonapetostnega modula (BISOL

BMO-250) pri OPC in STC

Tabela 6.3 Rezultati meritev fiksno nameščenega monokristalnega sončnega modula (BISOL BMO-250)

29

Iz izmerjenih vrednosti v tabeli 6.3 so njihove vrednosti preračunane na standardne testne

pogoje (1000W/m2, 25 ° C, AM: 1,5), ki kažejo, da modul deluje zelo slabo in je v

povprečju kar za 16 % slabši od nazivne moči podane s strani proizvajalca (250 W).

6.2 Polikristalni modul številka 9 (fiksna namestitev).

Iz posnetih karakteristik (sliki 6.7 in 6.8) se opazi razlika med vršnimi močmi modula pri

OPC in STC. V povprečju je vršna moč pri OPC približno 14 % manjša kot pri STC.

Pri izvajanju meritev na modulu številka 9 so bili dejanski pogoji (OPC) v treh od štirih

meritev precej konstantni in se zato tudi karakteristike pretirano ne razlikujejo. Edina

meritev, ki je nekoliko izstopala, je bila meritev številka 229 (tabela 6.4). Pri njej je viden

padec temperature na modulu za približno 10 stopinj in posledično zvišanje napetosti

odprtih sponk UOC. Podoben padec temperature smo zasledili na meritvi modula št. 8.

Slika 6.7 Primerjava I-V karakteristik fiksno nameščenega polikristalnega fotonapetostnega modula (BISOL

BMU-250 Premium) pri OPC in STC

30

Slika 6.8 Primerjava P-V karakteristik fiksno nameščenega polikristalnega fotonapetostnega modula (BISOL

BMU-250 Premium) pri OPC in STC

Tabela 6.4 Rezultati meritev fiksno nameščenega polikristalnega fotonapetostnega modula (BISOL BMU-250

Premium)

31

Iz dobljenih vrednosti in njihovega preračuna na standardne testne pogoje je razvidno, da

modul deluje dobro, in sicer povprečno le 5 % slabše od nazivne moči, podane s strani

proizvajalca.

6.3 Monokristalni modul številka 14 (na sledilnem sistemu)

Karakteristike (sliki 6.9 in 6.10), ki smo jih posneli na monokristalnem modulu številka 14

so me nekoliko presenetile. Glede na to, da se modul nahaja na sledilnem sistemu FeiNA

SF09 sem pričakoval, da bo deloval veliko bolje, vendar sem se motil. V povprečju je

njegova vršna moč pri OPC bila 12 % manjša kot pri STC in po preračunu v standardne

testne pogoje je razvidno, da modul obratuje 13,5 % slabše od nazivne moči, ki nam jo

podaja proizvajalec modula (tabela 6.5).

Slika 6.9 Primerjava I-V karakteristik monokristalnega fotonapetostnega modula (BISOL BMO-250),

nameščenega na sledilnem sistemu pri OPC in STC

32

Slika 6.10 Primerjava P-V karakteristik monokristalnega fotonapetostnega modula (BISOL BMO-250),

nameščenega na sledilnem sistemu pri OPC in STC

Tabela 6.5 Rezultati meritev monokristalnega fotonapetostnega modula (BISOL BMO-250), ki je nameščen na

sledilnem sistemu.

Delovanje modula lahko ocenimo kot slabo. Temu pripomore dejstvo, da se modul nahaja

na sledilnem sistemu in bi od njega pričakovali bistveno boljše rezultate kot od modulov,

ki so fiksno nameščeni. Med olajševalne okoliščine pa lahko prištejemo to, da smo obe

meritvi na tem modulu izvedli v času, ko je bilo sonce skoraj pravokotno na modul.

33

Zaradi tega dejstva, primerjava proizvodenj modulov na sledilnem sistemu in tistih, ki so

fiksno nameščeni v opazovanem časovnem intervalu ni smiselna. Pogoji OPC v katerih

sem izvedel obe meritvi so bili precej podobni STC, zato na karakteristikah (sliki 6.9 in

6.10) ni bistvenih odstopanj.

6.4 Polikristalni modul številka 15 (na sledilnem sistemu)

Prav tako kakor pri meritvi monokristalnega modula številka 14, sem bil nad rezultati

polikristalnega modula številka 15 rahlo presenečen. Ker se tudi ta modul nahaja na

sledilnem sistemu FeINA, sem si obetal boljše rezultate. Iz posnetih karakteristik (sliki

6.11 in 6.12) se opazi, da je bila moč sončnega sevanja v obeh meritvah približno enaka,

rahlo pa se je spremenila temperatura, saj se modul v drugi meritvi ohladi za 3ºC. To je

razvidno tudi iz tabele 6.6.

Slika 6.11 Primerjava I-V karakteristik polikristalnega fotonapetostnega modula (BISOL BMU-250 Premium),

nameščenega na sledilnem sistemu pri OPC in STC

34

Slika 6.12 Primerjava P-V karakteristik polikristalnega fotonapetostnega modula (BISOL BMU-250 Premium),

nameščenega na sledilnem sistemu pri OPC in STC

Tabela 6.6 Rezultati meritev polikristalnega fotonapetostnega modula (BISOL BMU-250 Premium), ki je

nameščen na sledilnem sistemu

V povprečju je bila vršna moč modula pri OPC 7% manjša kot pri STC. Po preračunu v

standardne testne pogoje je razvidno, da modul obratuje 4 % pod nazivno močjo, ki nam jo

podaja proizvajalec modula. Ta rezultat ni slab, vendar bi za modul, ki je pritrjen na

sledilni sistem, pričakoval še boljše rezultate.

Vsi rezultati meritev podani v poglavju 6 so bili izvedeni pod dejanskimi pogoji

obratovanja. Pri njih ni mogoče povsem izključiti dodatnih vplivnih faktorjev, kot je na

primer umazanija na površini modulov, ki bi lahko vplivala na dobljene rezultate.

35

7. PRIMERJAVA PROIZVODNJE ELEKTRIČNE

ENERGIJE FOTONAPETOSTNEGA SISTEMA

Za analiziranje proizvodnje fotonapetostnega sistema sem si izbral dan 17.3.2016, saj je

bilo vreme ta dan najbolj stabilno. Nebo je bilo jasno, skoraj popolnoma brez oblakov,

zato so podane primerjave proizvodnje fotonapetostnih modulov relevantne. Za vse

meritve sem uporabil fotonapetostne module proizvajalca BISOL (monokristalne: BISOL

BMO-250 in polikristalne: BISOL BMU-250 PREMIUM). Vse meritve so bile izvedene

na neočiščenih modulih, zato je izkoristek le-teh nekoliko manjši od vrednosti, podanih s

strani proizvajalca. Iz slike 7.1 je vidno, da ima največjo dnevno proizvodnjo polikristalni

modul, ki se nahaja na sledilnem sistemu (modul 15). Če vzamemo proizvodnjo tega

modula za 100 %, sledi da monokristalni modul, ki se prav tako nahaja na sledilnem

sistemu, proizvede le 92,5 % referenčne vrednosti. Fiksno nameščena modula pa imata

dosti nižjo proizvodnjo, in sicer monokristalni 71,3 % ter polikristalni 75,1 %.

Slika 7.1 Primerjava dnevne proizvodnje vseh štirih merjenih modulov

0

50

100

150

200

250

0:00 4:48 9:36 14:24 19:12

Pro

izve

de

na

mo

č [W

]

Čas

Primerjava dnevne proizvodnje modulov

Modul 14

Modul 15

Modul 8

Modul 9

36

7.1 Primerjava proizvodnje monokristalnega in polikristalnega modula na

sledilnem sistemu

V prvi primerjavi sem primerjal proizvodnji električne energije med modulom številka 14

(monokristalnim) in modulom številka 15 (polikristalnim) (slika 7.2) . Oba modula sta bila

nameščena na sledilni sistem FEiNA SF09.

Slika 7.2 Dnevna primerjava proizvodnje električne energije modula 14 (monokristalni modul BISOL BMO-250

na sledilnem sitemu) in modula 15 (polikristalni modul BISOL BMU-250 PREMIUM na sledilnem sistemu)

Iz primerjave je razvidno, da polikristalni modul deluje dosti bolje od monokristalnega.

Povprečna proizvodnja polikristalnega modula od 6:30 zjutraj pa do 17:30 popoldan je bila

153,7 W, medtem ko je bila povprečna proizvodnja monokristalnega modula v istem

časovnem obdobju zgolj 141,69 W. Z enostavnim izračunom ugotovimo, da polikristalni

modul številka 15 v povprečju deluje z 8 % večjo močjo od monokristalnega modula

številka 14.

0

50

100

150

200

250

0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12

Pro

izve

de

na

mo

č [W

]

Čas

Primerjava proizvodnje modula 14 in 15

Modul 14

Modul 15

37

7.2 Primerjava proizvodnje fiksno pritrjenega monokristalnega in

polikristalnega modula

V drugi primerjavi sem primerjal proizvodnji električne energije med modulom številka 8

(monokristalnim) in modulom številka 9 (polikristalnim) (slika 7.3) Oba modula sta bila

fiksno pritrjena.

Slika 7.3 Dnevna primerjava proizvodnje električne energije modula 8 (fiksno pritrjen monokristalni modul

BISOL BMO-250) in modula 9 (fiksno pritrjen polikristalni modul BISOL BMU-250 PREMIUM)

Iz primerjave je razvidno, da polikristalni modul deluje bolje od monokristalnega.

Povprečna proizvodnja polikristalnega modula od 6:30 zjutraj pa do 17:30 popoldan je bila

115,1 W, medtem ko je bila povprečna proizvodnja monokristalnega modula v istem

časovnem obdobju 109,23 W. Z izračunom ugotovimo, da polikristalni modul številka 9 v

povprečju deluje s 5,3 % večjo močjo kakor monokristalni modul številka 8.

0

50

100

150

200

250

0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12

Pro

izve

de

na

mo

č [W

]

Čas

Primerjava proizvodnje modula 8 in 9

Modul 8

Modul 9

38

7.3 Primerjava proizvodnje monokristalnega modula na sledilnem sistemu in

monokristalnega modula s fiksno namestitvijo

V tretji primerjavi sem primerjal proizvodnji električne energije med modulom številka 8

(monokristalnim) in modulom številka 14 (monokristalnim) (slika 7.4). Modul številka 8 je

bil fiksno nameščen, modul številka 14 pa je bil nameščen na sledilnem sistemu.

Slika 7.4 Dnevna primerjava proizvodnje električne energije modula 8 (fiksno nameščen monokristalni modul

BISOL BMO-250) in modula 14 (monokristalni modul BISOL BMO-250 na sledilnem sistemu)

Iz primerjave je razvidno, da modul, ki se nahaja na sledilnem sistemu proizvaja bistveno

večjo moč med 6:30 in 11:00. Po 11. uri se proizvodnja modula na sledilnem sistemu

približa proizvodnji fiksno nameščenega modula, saj se Sonce v časovnem intervalu od

11h do 13h nahaja približno pravokotno nad fiksno nameščenim modulom. Po 13.uri pa se

zopet opazi bistvena razlika v proizvodnji.

Povprečna proizvodnja monokristalnega modula na sledilnem sistemu v časovnem obdobju

od 6:30 do 17:30 znaša 141,69 W. Proizvodnja fiksno nameščenega modula pa povprečno

znaša le 109,23 W. Z izračunom ugotovimo, da monokristalni modul, ki se nahaja na

sledilnem sistemu, v povprečju proizvaja 29,7 % več moči kakor enak fiksno nameščen

modul.

0

50

100

150

200

250

0:00 4:48 9:36 14:24 19:12

Pro

izve

de

na

mo

č [W

]

Čas

Primerjava proizvodnje modula 8 in 14

Modul 8

Modul 14

39

7.4 Primerjava proizvodnje polikristalnega modula na sledilnem sistemu in

polikristalnega modula s fiksno namestitvijo

V četrti primerjavi sem primerjal proizvodnji električne energije med polikristalnima

moduloma številka 9 in številka 15 (polikristalnim) (slika 7.5). Modul številka 9 je bil

fiksno nameščen, modul številka 15 pa je bil nameščen na sledilnem sistemu.

Slika 7.5 Dnevna primerjava proizvodnje električne energije modula 9 (fiksno nameščen polikristalni modul

BISOL BMU-250 PREMIUM) in modula 15 (fiksno nameščen polikristalni modul BISOL BMU-250 PREMIUM)

Iz primerjave podanih rezultatov je razvidno, da se modula med seboj obnašata zelo

podobno kakor monokristalna modula v tretji primerjavi. Zopet je vidna največja razlika v

proizvodnji v časovnem obdobjem med 6:30 in 11:00 ter po 13.uri.

Povprečna proizvodnja polikristalnega modula na sledilnem sistemu v časovnem obdobju

od 6:30 do 17:30 je znašala 153,7 W. Proizvodnja enakega modula na fiksno nameščenem

sistemu pa je povprečno znaša le 115,1 W. Z izračunom ugotovimo, da polikristalni modul

nameščen na sledilnem sistemu v povprečju proizvaja za 33,5 % večjo moč kakor enak

fiksno nameščen modul.

0

50

100

150

200

250

0:00 4:48 9:36 14:24 19:12

Pro

izve

de

na

mo

č [W

]

Čas

Primerjava proizvodnje modula 9 in 15

Modul 9

Modul 15

40

8. SKLEP

Cilj moje diplomske naloge je bila analiza proizvodnje električne energije

fotonapetostnega sistema, ki se nahaja na strehi tehniških fakultet v Mariboru. Najprej sem

se seznanil s krmilnikom sledilnega sistema FEiNA SF09. Po podrobni preučitvi navodil

za uporabo se mi vnos parametrov v krmilnik ni zdel posebej zahteven in tudi večjih težav

pri tem nisem imel.

Naslednje je bilo na vrsti izvajanje meritev na sončnih modulih s pomočjo merilnika HT I-

V 400. Ta se uporablja za merjenje P-V in I-V karakteristik fotonapetostnih modulov. Pred

uporabo merilnika, smo morali vanj vnesti podatke o modulih na katerih smo izvajali

meritve. Vsi ti podatki so dosegljivi na spletni strani podjetja BISOL Group, d.o.o. , ki je

tudi proizvajalec merjenih modulov. Pri meritvah smo namreč uporabljali monokristalne

module tipa BISOL BMO-250 in polikristalne module tipa BISOL BMU-250 PREMIUM.

S pomočjo meritev smo ugotovili, da monokristalni moduli presenetljivo proizvajajo manj

električne energije kakor polikristalni moduli. To dejstvo je presenetljivo zato, ker smo

pričakovali ravno obratno, saj naj bi dražji monokristalni moduli imeli večji izkoristek

kakor polikristalni moduli.

Izvedli smo tudi primerjavo proizvodnje modulov pritrjenih na sledilni sistem FEiNA

SF09 in enakih modulov, ki so fiksno nameščeni. Proizvajalec sledilnega sistema FEiNA

SF09 v specifikacijah sledilnika namreč trdi, da moduli, ki so nameščeni na sledilni sistem

proizvajajo letno kar 33 % več električne energije kakor fiksno nameščeni moduli (do 20%

pozimi in do 50 % poleti). Ta trditev proizvajalca se je izkazala za resnično. Na osnovi

meritev dne 17.3.2016 smo ugotovili, da se z namestitvijo modula na sledilni sistem

povprečna moč, ki jo proizvaja modul, poveča za približno 30 % glede na enak, a fiksno

nameščen modul.

Največji problem pri izvajanju meritev mi je predstavljalo muhasto vreme. Zaradi prenizke

moči sončnega sevanja (pod 700 W/m2), nenadne pooblačitve in zaradi oblakov sem moral

izvajanje svojih meritev velikokrat ponoviti. Pri meritvah pa nisem upošteval vpliva

umazanije na površini modulov.

41

9. LITERATURA

[1] Tomas Markvart, Solar Electricty, Wiley, 2000.

[2] Ursula Eicker, Solar Technologies for buildings, Wiley, 2001.

[3] Roger Messenger, Jerry Ventre, Photovoltaic systems engineering, CRS Press, 2000.

[4] Sebastijan Seme, Optimalno sledenje fotonapetostnega sistema soncu ob upoštevanju

izgub pogonskega sklopa, doktorska disertacija, Univerza v Mariboru, 2011.

[5] Eduardo Lorenzo, Solar Electricity: Engineering of Photovoltaic Systems, Institute of

Solar Energy, Polytechnic University of Madrid, 1994.

[6] IEC 60891 Ed 2: Photovoltaic devices - Procedures for temperature and irradiance

corrections to measured I-V characteristics, International Electrotechnical Commission,

2009.

[7] Green, M. A., Solar Cells: Operating Principles, Technology and Practice, Bridge

Printery. University of New South Wales, 1992.

[8] E. Skoplaki, J.A. Palyvos, Operating temperature of photovoltaic modules: A survey of

pertinent correlation, Renewable Energy 34 (2009) 23–29.

[9] José Mário da Costa. Assessment of the IEC 60891 norm conversion methods under

outdoor test conditions. Lisbon: Faculty of Science - University of Lisbon, 2011.

[10] Trina Solar, Trina Solar Announces New Efficiency Record of 22.13% for Mono-

crystalline Silicon Solar Cell, Dostopno na:

http://ir.trinasolar.com/phoenix.zhtml?c=206405&p=irol-newsArticle&id=2122938 [16.12.2015]

[11] Lenardič Denis, Fotonapetostni sistemi: priročnik: gradniki, načrtovanja, namestitev

in vzdrževanja, druga razširjena in dopolnjena izdaja. Ljubljana: Agencija Poti, 2010.

42

[12] BISOL Group, d.o.o., Fotonapetostni moduli, Dostopno na:

http://www.bisol.com/sl/proizvodi/fotonapetostni-moduli.html

[13] Trackers Feina S.L., Solar Tracker FEiNA SF09, Manual of Installation, Dostopno na:

http://www.tracker.cat/solar-tracker-feina-sf09-en/?lang=en