• Polski
  • English

Obliczanie spadku sprawności dla niskiego nasłonecznienia.

Offline
Na forum od: 04/05/2011
Obliczanie spadku sprawności dla niskiego nasłonecznienia.

Witam serdecznie.

W ramach pracy magisterskiej chcę opisać wpływ niskiego natężenia promieniowania na sprawność modułów. Ma to spore znaczenie przy projektowaniu systemów autonomicznych, ponieważ system projektowany jest na najgorsze warunki, a więc często dla warunków meteo w grudniu, gdy nasłonecznienie rzadko zbliża się do znamionowego.

W bibliografii (A. Luque, S. Hegedus, "Handbook of Photovoltaic Science and Engineering", str. 954, równ. 20.74 i 20.75) wpływ ten jest przedstawiony jako zależność logarytmiczna napięcia obwodu otwartego od stosunku natężenia chwilowego do znamionowego. Obliczanie sprawności w ten sposób wymaga jednak skomplikowanych obliczeń związanych z naturą zjawiska fotoelektrycznego lub arbitralnego przyjmowania współczynników i nie bierze pod uwagę znacznych różnic wynikających z zastosowania różnych technologii wykonania ogniw.

Z drugiej strony, coraz więcej producentów podaje w kartach katalogowych modułów spadek sprawności dla promieniowania o mocy 200W/m2. Takie dane nie pozwalają jednak wyznaczyć wpływu dla innych wartości natężęnia promieniowania, co jest problematyczne ponieważ w typowym dniu grudnia natężenie nie przekracza 200W (na podstawie PVGIS), co oznacza, że spadek sprawności jest zbyt duży aby go pominąć lub przyjąć jako stały.

Czy jest jakiś ogólny sposób wykorzystania współczynnika podawanego przez producentów do obliczenia sprawności lub napięcia modułu dla dowolnego poziomu nasłonecznienia?

Na forum od: 18/03/2010

Poziom natężenia promieniowania w granicach 200 W/m2 należy podzielić na dwie grupy.  Przede wszystkim rozróżniłbym warunki, ze względu na naturę promieniowania słonecznego, z którym pracuje moduł fotowoltaiczny na:

  • czyste niebo, praca głównie z promieniowaniem bezpośrednim (godziny poranne i wieczorne), gdy droga przez atmosferę ziemską jest stosunkowo długa i współczynnik AM będzie ma duże wartości
  • niebo pochmurne, praca głównie z promieniowaniem rozproszonym, droga promieniowania przez atmosferę ziemską stosunkowo krótka ale za to przez gęsty ośrodek

Podział taki jest istotny, ponieważ w obu przypadkach będziemy mieli do czynienia z niewielkimi wartościami natężenia promieniowania (czyli scałkowaną energią promieniowania) ale z drastycznie różnym rozkładem spektralnym promieniowania. Obrazuje to poniższa grafika:

 

Jak widać wraz z wydłużającą się drogą przez atmosferę ziemską i rosnącym współczynnikiem AM, w sumie energii promieniowania docierającego do powierzchni ziemi, w największym stopniu spada procentowy udział fotonów wysokoenergetycznych (zakres długości fali 450 - 900 nm). Składowe długo falowe są (stosunkowo) w mniejszym stopniu absorbowane przez atmosferę ziemską.

Z drugiej jednak strony w sytuacji zachmurzenia (Overcast), mamy maximum przypadające dla długości fali ok 500 nm a następnie drastyczny spadek.

Jakie to ma znaczenie ?

spektrum absorpcji

Poszczególne technologie mają różne charakterystyki absporpcji. Oznacza to, że dana technologia, stosunkowo "lepiej" absorbuje promieniowanie z danego zakresu długości fali niż z innego. Na przykład zobrazowany krzem amorficzny (o względnie wysokiej przerwie energetycznej) charakteryzuje się maksimum absorpcji dla fal o dł. ok. 550 nm. Natomiast maksimum absorpcji krzemu krystalicznego znajduje się w zakresie promieniowania podczerwonego.

Oznacza to, że obie te technologie będą w różny sposób "pracować" z promieniowaniem o niskim natężeniu rozproszonym bądź z promieniowaniem o wysokim współczynniku AM. Krzem amorficzny z maksimum absorpcji przesuniętym w stronę fal krótkich będzie "lepiej pracował"w warunkach zachmurzenia zaś krzem krystaliczny będzie "lepiej pracował" ze spektrum przesuniętym w kierunku fal podczerwonych.

W obu przypadkach odnosimy się do zmiany w stosunku do spektrum AM 1.5, dla którego zmierzona została sprawność danego modułu.

Z drugiej strony w warunkach niskiego natężenia promieniowania uwidacznia się wpływ rezystancji równoległej ogniwa / modułu. Rezystacja równoległa odpowiada za pewien stały poziom prądu upływu. W warunkach intensywnego promieniowania, przy dużych prądach wyjściowych, poziom ten ma stosunkowo małe znaczenie w porównaniu do napięcia, które odkłada się na rezystancjach szeregowych. Jednakże, przy małych wartościach prądu generowanego w ogniwie / module, ten stały prąd upływu ma dominujące znaczenie.

Oznacza to, że w warunkach "low light" mniejszy spadek sprawności odnotują moduły o wyższej rezystancji równoległej.

Gość

Czyste niebo oraz niskie naslonecznienie koreluje ze znacznymi stratami wynikajacymi takze odbicia . Przy niebie zachmurzonym odbicie nie ma tak silnego wplywu. Zmiany spetralne jak najbardziej sa obecne , i dokladaja sie do calosci niezaleznie od zachmurzenia, szczegolnie dla bardzo malego kata elewacji (nawet do 40% w relatywnej odpowiedzi pradowej (Isc/G) dla a-Si) .

Offline
Na forum od: 04/05/2011

A czy nie jest tak, że promieniowanie rozproszone (a więc docierajęce z całej półsfery) również jest osłabiane w tych częściach nieboskłonu, które są pod dużym kątem do normalnej płaszczyzny modułów?

Tymczasem użyłem wzoru 1 - x * ln^2 (G/1000) jak w podanej wyżej książce, z wartością x dobraną według tego artykułu:
http://www.ecn.nl/docs/library/report/2005/rx05034.pdf

Pozdrawiam, Stefan Zatorski

Powiadomienia