Odpowiedni wskaźnik przewymiarowania modułu PV może zwiększyć wytwarzanie energii
W typowym projekcie systemu fotowoltaicznego moc modułów PV (całkowita moc prądu stałego) przekracza moc falownika (moc prądu zmiennego): jest to przewymiarowanie DC/AC. Podejście z przewymiarowaniem jest stosowane coraz powszechniej. Rozsądne przewymiarowanie może rzeczywiście zoptymalizować wykorzystanie falowników, zmniejszyć koszty sprzętu po stronie AC i zmaksymalizować ogólne korzyści.
Dlaczego potrzebujemy przewymiarowania DC/AC?
Moc STC modułu fotowoltaicznego (określana dla standardowych warunków testowych) to maksymalna moc wyjściowa w warunkach laboratoryjnych (natężenie promieniowania słonecznego na poziomie 1000 W/m2, temperatura 25°C, w warunkach widma AM1.5). Jednakże rzeczywiste środowisko jest złożone i zmienne, i zawsze ma wpływ na moc wyjściową modułów. Ze względu na wiele czynników (patrz dalsze szczegóły poniżej) nieuchronnie wystąpią pewne straty, dlatego moc wyjściowa modułu jest zawsze mniejsza niż jego znamionowa moc STC. Czynniki mogące mieć wpływ na moc wyjściową modułów są następujące:
1. Zasoby słoneczne
Światło słoneczne jest podstawą wytwarzania energii elektrycznej w fotowoltaice. Warunki nasłonecznienia są bardzo różne w różnych regionach. Znamionowa moc wyjściowa STC modułu będzie osiągana tylko w określonych warunkach natężenia promieniowania 1000W/M2, temperatury 25°C i widma AM1.5.
Gdy natężenie napromieniowania spadnie poniżej 1000W M2, moc wyjściowa modułu PV będzie mniejsza niż jego moc znamionowa STC (rys. 1). Nawet na obszarach o bogatych zasobach energii słonecznej nie zawsze występują wystarczające warunki nasłonecznienia w ciągu dnia, a natężenie promieniowania zmienia się znacznie od rana do nocy (rys. 2). Ponadto, gdy temperatura modułu wzrasta, spadek napięcia na module maleje, a zmiana prądu jest minimalna; dlatego też moc modułu będzie maleć wraz ze wzrostem temperatury (rys. 3 – rys. 4).
%20curve.png)
Rysunek 1: Krzywa I-V (mocy) przy różnym natężeniu nasłonecznienia.
Krzywa prądu i napięcia / Krzywa mocy i napięcia przy różnym natężeniu nasłonecznienia 350W.
Rysunek 2: nasłonecznienie godzinowe.
Rysunek 3: Krzywa I-V.
Rysunek 4: temperatura-moc.
2. Tłumienie modułu PV
Na podstawie przeprowadzonej przez NREL-SAM analizy tłumienia na zewnątrz ponad 2000 modułów PV na całym świecie, współczynnik tłumienia modułu po drugim roku zmienia się liniowo. Wskaźnik tłumienia w ciągu 25 lat wynosi od 8% do 14% (rysunek 5). W rzeczywistości zdolność wytwarzania energii przez moduły zmniejsza się z każdym rokiem, ponieważ ulegają one degradacji, a znamionowa moc wyjściowa nie może być utrzymana.
Rysunek 5: Tłumienie modułu PV
3. Azymut modułu PV
Natężenie promieniowania otrzymywane pod różnymi kątami azymutu może zmieniać produkcję energii. Gdy azymut wynosi 0° na południe (w kierunku równika – najlepsza orientacja), natężenie promieniowania odbieranego przez powierzchnię modułu fotowoltaicznego jest optymalne. W miarę zwiększania się azymutu (w stopniach) rzeczywista moc wyjściowa modułów również znacznie spadnie (rysunek 6).
Rysunek 6: Azymut – moc modułu PV
4. Inne czynniki
Gleba, osady soli (np. blisko oceanu), ciała obce, cienie na powierzchni modułów fotowoltaicznych mogą powodować wewnętrzne niedopasowanie modułów. Wraz z degradacją modułów PV może nastąpić zużycie kabli DC, złączy oraz zmniejszenie poboru mocy przez falownik, co spowoduje zmniejszenie mocy wyjściowej modułów. Z analizy powyższych czynników wynika, że w tradycyjnym układzie współczynnika mocy 1:1 maksymalna moc generowana przez system fotowoltaiczny jest niższa niż jego moc zainstalowana, a pewien stopień przewymiarowania komponentów może uzupełniać straty mocy falownika i poprawić stopień wykorzystania falownika. Rysunek 7 ilustruje współczynnik wydajności falownika [Uwaga 1] oraz jego wzrost przy wyższym prądzie stałym: Współczynnik AC.
Rysunek 7 DC: Współczynnik wydajności falownika AC
Uwaga 1: Stopień wykorzystania falownika nazywany jest współczynnikiem wydajności, który definiowany jest jako stosunek pomiędzy rzeczywistą a maksymalną mocą generowaną przez falownik (gdy falownik pracuje z pełną mocą, jego współczynnik wydajności wynosi 1,0).
Symulacja przewymiarowania modułu PV nad współczynnikiem wytwarzania energii
Aby bardziej intuicyjnie udowodnić, że przewymiarowanie modułów może przynieść wyższą produkcję energii, wybieramy region Mexico Hermosillo (29,09°, -110.98°), używamy oprogramowania NREL-SAM do symulacji przycinania i całkowitej produkcji energii w pierwszym roku przy różnych wskaźnikach DC: AC.
Ustawienie modelu: Wybór modułu z uwzględnieniem sprawności modelu modułu (współczynnik temperatury: -0,4%/°C Pmp) Dane meteorologiczne wykorzystują TMY3; 1,5% najniższy poziom całego systemu (zakładany); ten model wykorzystuje APsystemsQS1; ten model jest odpowiedni dla każdego regionu.
Rysunek 8 przedstawia wyniki symulacji dla różnych wskaźników DC: AC w regionie Hermosillo w Meksyku. Na rysunku widać, że w miarę wzrostu wskaźnika DC: AC produkcja mocy w systemie wzrasta w sposób ciągły, a wzrost generacji mocy jest zawsze większy niż straty mocy spowodowane przycinaniem. Rysunek ten jest symulacją w warunkach optymalnego nachylenia modułu i kierunku wprost na południe bez uwzględnienia tłumienia modułu. W rzeczywistości współczynnik strat na przycinanie będzie niższy.
Rysunek 8: Hermosillo, nachylenie 20°, azymut 180°
Podsumowanie
Głównym celem tego artykułu jest pokazanie wartości przewymiarowania modułu. Analizując zależność pomiędzy poniższymi czynnikami widać wyraźnie, że rzeczywista moc wyjściowa modułów jest mniejsza od mocy znamionowej. Aby poprawić stopień wykorzystania falownika, za najlepszą praktykę uważa się stosowanie przewymiarowania. Przy wykorzystaniu przykładowej symulacji NREL-SAM dane dowodzą, że zwiększenie wskaźnika DC/AC przyniesie wyższą produkcję energii. Mimo że może wystąpić strata spowodowana przycinaniem, zwiększona produkcja energii w systemie jest nadal wyższa niż strata spowodowana przycinaniem.
Optymalny stosunek prądu stałego do przemiennego wymaga kompleksowego rozważenia korzyści płynących z wytwarzania energii w systemie, kosztów budowy systemu, kosztów eksploatacji i konserwacji oraz konwersji zasobów (w tym tłumienia modułów itp.) itp., aby znaleźć równowagę między zwiększonymi kosztami nakładów a przychodami z produkcji energii w systemie. Rozsądny stosunek prądu stałego do zmiennego może zmniejszyć koszt produkcji energii na kilowatogodzinę i zmaksymalizować całkowite przychody.
O autorze
Pascal Lareu jest szefem wsparcia technicznego w regionie EMEA w APsystems. Do APsystems dołączył przed rokiem, wnosząc duże doświadczenie zarówno z branży PV, jak i IT z poprzednich stanowisk. Jego zakres obowiązków obejmuje obsługę klienta, szkolenia oraz pracę na stanowisku inżyniera zastosowań terenowych dla dużych klientów w Belgii i Niderlandach. Pascal mieszka w Belgii, mówi po francusku, niderlandzku i angielsku.
artykuł sponsorowany
