W okolicach Nowego Sącza powstało fotowoltaiczne laboratorium badawcze założone przez SOLSUM sp. z o.o. jednego z liderów na rynku instalacji fotowoltaicznych w Polsce.
Główną aparaturą pomiarową i jednocześnie najbardziej zaawansowanym urządzeniem całego laboratorium jest Symulator słoneczny klasy AAAA (tzw. komora słońca) w której jest możliwość wygenerowania wysokiej jakości światła o spektrum zbliżonym do promieniowania słonecznego (zgodnego ze standardem STC), które pada na badany moduł fotowoltaiczny umieszczony w specjalnie zaprojektowanej komorze testowej. Standard STC (Standard Test Conditions) to standardowe warunki według których testowane są wszystkie moduły fotowoltaiczne w celu określenia ich mocy i pozostałych parametrów.
Dzięki zaawansowanej aparaturze pomiarowej można sprawdzić najważniejsze parametry i jakość modułów fotowoltaicznych co będzie szybsze, tańsze i znacznie bardziej dostępne. Tej klasy sprzętem badawczym i wyposażeniem laboratorium może pochwalić się zaledwie kilka ośrodków w Europie. Jest to też jedyne w Polsce laboratorium, które jest w 100% bezpośrednio zasilane z OZE i całkowicie niezależnie energetycznie dzięki systemowi magazynowania energii.
Pomiar wykonywany jest dla warunków STC w oparciu o moduły wzorcowe i procedurę pomiarową opracowaną w laboratorium.
Układ elektroniczny symulatora słonecznego rejestruje parametry z lamp z generatorem błysków, sygnały napięcia, prądu i natężenia promieniowania, jednocześnie odbywa się pomiar temperatury.
Wszystkie parametry związane z pomiarem można ustawić w specjalnie do tego celu stworzonym oprogramowaniu. Wyniki pomiaru są wyświetlane graficznie i cyfrowo. Kluczowe parametry są obliczane na podstawie zmierzonych sygnały prądowych i napięciowych.
Symulator słoneczny może badać moduły fotowoltaiczne w technologiach: krzemowej mono/polikrystalicznej, amorficznej, CdTe and CIS/CIGS.
Symulator mierzy parametry wykresu IV (krzywa prądowo-napięciowa). Można to osiągnąć na dowolnym poziomie intensywności od 200 W/m2 do 1200 W/m2 i widma AM 1.5.
Ponadto można wyznaczyć następujące parametry:
ISC – prąd zwarciowy modułu,
IMP – prąd w punkcie mocy maksymalnej,
VOC – napięcie układu otwartego
VMP – napięcie w punkcie mocy maksymalnej,
PM – moc maksymalna,
FF – współczynnik wypełnienia,
Eff – sprawność konwersji promieniowania
A także analizy odchyleń krzywych dla oceny rezystancji:
RS – rezystancja szeregowa
RSH – rezystancja równoległa
Zgodnie z IEC 60891
Do obróbki i analizy danych wykorzystywane jest dedykowane oprogramowanie.
Widok interfejsu oprogramowania z wynikami pomiaru
Parametrem który mówi o jakości ogniw/modułów jest współczynnik wypełnienia (FF). Ten czynnik jest miarą jakości ogniwa słonecznego. Jest to dostępna moc w punkcie maksymalnej mocy (Pm) podzielona przez napięcie obwodu otwartego (VOC) i prąd zwarcia (ISC). Na współczynnik wypełnienia mają bezpośrednio wpływ wartości szeregu ogniw, rezystancji bocznikowej i strat diod. Zwiększenie rezystancji bocznikowej (Rsh) i zmniejszenie rezystancji szeregowej (Rs) prowadzi do wyższego współczynnika wypełnienia, co skutkuje większą wydajnością i zbliżeniem mocy wyjściowej ogniwa do teoretycznego maksimum. Współczynnik wypełnienia zwykle wynosi od 50% do 82% (im większy tym lepiej) i pokazuje jak duże mogą być różnice w produkcji energii wynikające z jakości ogniw/modułów.
Symulator światła słonecznego pracuję w klasie pomiarowej AAAA określonej zgodnie z normą IEC 60904-09, wyd. 2. Podstawowe parametry techniczne symulatora oraz parametry składające się na klasę pomiarową AAAA przedstawiono w tabeli nr 1.
| Parametr | Wartość (klasa pomiarowa) |
| Maksymalny rozmiar modułu [cm x cm] | 220 x 120 |
| Ilość pomiarów w czasie 1 h | 120 |
| Rozmiar klatki pomiarowej [cm x cm x cm] | 465 × 240 × 250 |
| Czas trwania impulsu lampy [ms] | 15 |
| Zakres natężenia promieniowania [W/m2] | 200 ÷ 1000 |
| Żywotność lampy [błysk] | 40 000 |
| Spectrum < ± 25% | (A) |
| Niejednorodność < ±2% | (A) |
| Niestabilność krótkotrwała (STI) < 0,5% | (A) |
| Niestabilność długotrwała (LTI) < ±2% | (A) |
Źródło: materiały własne SOLSUM
Pomiar elektroluminescencyjny (metoda EL) modułów fotowoltaicznych – czyli możliwość wykrywania mikropęknięć i wad modułów.
Wraz z intensywnym rozwojem rynku fotowoltaicznego na rynku pojawiają się moduły o różnej jakości a na farmach fotowoltaicznych zaczęto wykrywać niespotykane wcześniej zjawiska jak np. PID (degradacja wywołana różnicą potencjałów), LID (degradacja światłem), dlatego coraz większą uwagę przywiązuje się do weryfikacji jakości kupowanych modułów. W przypadku farm fotowoltaicznych 1-2% obniżonej produkcji energii rocznie to od kilkuset tysięcy złotych strat w całym okresie życia takiej instalacji.
Luminescencja to zjawisko polegające na emisji promieniowania elektromagnetycznego przez ciała stale i płyny pod wpływem czynnika wzbudzającego. W przypadku elektroluminescencji czynnikiem wzbudzającym jest prąd elektryczny przepływający przez ogniwo. Po podłączeniu modułu PV do źródła zasilania prądu stałego możliwa jest obserwacja procesu rekombinacji promienistej. W efekcie powstaje kwant energii, który zostaje wyemitowany w postaci fali elektromagnetycznej o długości bliskiej podczerwieni [1]. Ogniwa słoneczne emitują słabe światło podczerwone, gdy przepływa przez nie prąd. Dzięki zastosowaniu wysokiej jakości kamer możliwe jest zarejestrowanie emitowanego promieniowania.
Obrazowanie metodą EL jest dostępne z dwoma zintegrowanymi kamerami. Kamera o parametrach 500 μm pikseli rozdzielczości umożliwia dokładny pomiar. Nieaktywne obszary i elementy nanoszone na ogniwa, takie jak busbary, szyny zbiorcze, a także widoczne uszkodzenia ogniw, szynowodów, niewłaściwie wykonane połączenia lutowane są przedstawiane jako ciemniejsze elementy niż obszary wolne od wad na obrazie co pozwala na wykrycie i identyfikacje defektów w modułach fotowoltaicznych.
Przykłady innych badań modułów fotowoltaicznych (test EL) wykonane w laboratorium SOLSUM.
Moduł o tej samej mocy wg karty katalogowej ta sama seria i producent, widać zastosowanie różnej jakości i klasy ogniw, zmierzona moc wg STC w laboratorium pomiędzy tymi modułami różni się aż 33Wp.
Poniżej widoczne zanieczyszczenia ogniw i obszary nieaktywne elektrycznie oraz na kolejnym zdjęciu EL pęknięcia ogniw, w tych miejscach będą się tworzyć hot spoty czyli gorące punkty które z czasem powodują uszkodzenie modułu a nawet samozapłon modułu.
Obraz moduły uzyskany metodą EL, badanie w laboratorium SOLSUM
Moduły są produkowane w tolerancji mieszanej (-+5Wp), dlatego zbadanie rzeczywistej mocy i jakości modułów w warunkach STC “Standard Test Condition” oraz przyporządkowanie ich do odpowiedniego zestawu gwarantuje optymalną wydajność i długoletnie bezawaryjne działanie. Z badań przeprowadzonych przez niezależne instytucje wynika, że ok. 5% modułów fotowoltaicznych dociera do odbiorców końcowych z wadami ukrytymi.
Z naszego wieloletniego doświadczenia (od 2012r.) wynika, że najwięcej uszkodzeń modułów (np. mikropęknięcia) pojawia się na etapie załadunku, rozładunku, transportu bardzo często z dalekiej Azji oraz montażu a są one niewidoczne gołym okiem i ani użytkownik końcowy ani instalator nie jest w stanie tego wykryć na etapie montażu czy na początku eksploatacji, następnie generuje to znaczne koszty, obniża produkcję energii oraz powoduje szybszą degradację. Poprzez testowanie modułów fotowoltaicznych w naszym laboratorium mamy pewność, że nasi klienci otrzymają tylko moduły o najwyższej jakości i parametrach a poprzez prace badawcze i rozwojowe w zakresie fotowoltaiki ten rynek będzie rozwijał się jeszcze szybciej.
Jednak to co jest z punktu widzenia klienta końcowego najistotniejsze to; długoletnia bezawaryjna praca instalacji, jej najwyższa produktywność, czy spadek mocy instalacji po latach jest taki jak gwarantował producent/sprzedawca w momencie sprzedaży oraz ewentualne uszkodzenia powstałe czy to na etapie montażu czy eksploatacji. Ma to zasadniczy wpływ na czas zwrotu inwestycji oraz ewentualnie roszczenia gwarancyjne. Jedynym sposobem aby to stwierdzić jest przebadanie modułów w Laboratorium firmy SOLSUM z wykorzystaniem najwyższej jakości certyfikowanego sprzętu (komora słońca) i oprogramowania, wtedy taka procedura daje to 100% pewność co do aktualnej mocy modułów, stopnia degradacji mocy oraz ewentualnych uszkodzeń niewidocznych gołym okiem.
Poniżej zdjęcia powstałe podczas badania ogniw w “komorze słońca” z zastosowaniem urządzeń pomiarowych:
Różne typy uszkodzeń i wad mające negatywny wpływ na produkcję i żywotność instalacji a niewidoczne gołym okiem.
Źródło: materiały własne SOLSUM
Profesjonalne stanowisko pomiarowe parametrów elektrycznych modułów fotowoltaicznych.
Pozwala na kompletny pomiar instalacji elektrycznej zgodnie z normą PN-EN 61557, wykonuje wszystkie niezbędne pomiary wymagane przy instalacji fotowoltaicznej zawarte w normie PN-EN 62446 oraz dodatkowo pozwala na tworzenie charakterystyk I – U, obliczanie wartości STC (standardowe warunki testowania) oraz pomiar mocy po stronach AC i DC falownika/inwertera (1-fazowo). Przyrząd został zaprojektowany do wymagających warunków pracy (do 1000V, 15 A DC). Aby znacznie zwiększyć bezpieczeństwo użytkownika MI 3108 EurotestPV dostarczany jest z sondą bezpieczeństwa, która za każdym razem zapewnia bezpieczne odłączenie przyrządu od instalacji. Stanowisko pomiarowe pozwala m.in. na wykonanie pomiarów w instalacjach fotowoltaicznych:
- Napięcie, prąd, moc, energia
- Rezystancja izolacji
- Uoc – napięcie otwartego obwodu oraz Isc prąd zwarciowy
- Charakterystyka I-U stringów i modułów fotowoltaicznych
- Irradiancja
- Napięcie, prąd, moc, współczynnik mocy, harmoniczne.
- Obliczanie wydajności modułów fotowoltaicznych, falownika, efektywności instalacji
- Rezystancja izolacji
- Ciągłość przewodów ochronnych
- Impedancja linii
- Impedancja pętli (podfunkcja wysokim prądem i bez wyzwalania RCD)
- Testowanie RCD (typ AC, A i B)
- Rezystancja uziemienia
- Prąd AC (obciążenia oraz upływu)
- Napięcie TRMS, częstotliwość, kolejność faz
- Moc, energia, harmoniczne
- Graficzna prezentacja charakterystyki: Odwzorowanie charakterystyki I – U stringu/modułu na ekranie LCD przyrządu.
- Pomiary mocy i wydajności: 2 wartości napięcia i 2 wartości prądu podczas jednoczesnego pomiaru wartości po stronie AC i DC w instalacji jednofazowej i trójfazowej.
- Zdalny rejestrator parametrów środowiskowych: Opcjonalne urządzenie do zdalnego pomiaru irradiancji i temperatury modułu PV podczas wykonywania pomiarów
Termografia (termowizja) zastosowanie kamery termowizyjnej pozwala na rejestrację promieniowania cieplnego oraz rozkładu temperatury na badanej powierzchni co pozwala wykryć np. hot-spoty w modułach fotowoltaicznych.
Przykład badania kamerą termowizyjną
Połączenie badania elektroluminescencyjnego z wyznaczaniem charakterystyki prądowo-napięciowej, termografii oraz badaniem w komorze słońca wraz z oceną wizualną umożliwia dokonanie kompleksowej analizy stanu modułu.
Zakres usług jakie świadczy laboratorium:
Pomiary parametrów modułów w warunkach STC
Wykrywanie mikropęknięć, obszarów nieaktywnych elektrycznie
Wykrywanie wad modułów, odchyleń od fabrycznych parametrów deklarowanych przez producenta
Diagnostyka modułów pod kątem spadku parametrów i awarii
Pomiary starzenia się modułów poprzez porównania parametrów w okresach czasowych
Diagnostyka gwarancyjna modułów
Testowanie modułów i porównanie wyników jako niezależna instytucja
Działalność szkoleniowa i doradcza
Zapraszamy do współpracy:
Właścicieli i użytkowników instalacji fotowoltaicznych
Firmy montujące instalacje fotowoltaiczne
Jednostki naukowe w celu prowadzenia badań
Samorządy, szkoły techniczne, uczelnie
Producentów modułów fotowoltaicznych
Przygotowanie próbek do badań:
Dopuszczalny jest pomiar modułów fotowoltaicznych wykonanych z ogniw na bazie krzemu monokrystalicznego i polikrystalicznego, a także modułów cienkowarstwowych na bazie krzemu amorficznego.
Laboratorium wykonuje badania na modułach fotowoltaicznych dostarczonych przez Klienta. W trakcie uzgadniania warunków wykonania zamówienia Klient zostaje poinformowany o wymaganiach dotyczących modułów oraz sposobu ich przygotowania do badań.
W celu skorzystania z usług laboratorium prosimy o kontakt mailowy lub telefoniczny.
Szczegóły kontaktu:
SOLSUM sp. z o.o.
Nowy Sącz – Świniarsko 821
33-395 Chełmiec
Tel. +48 18 540 91 40
biuro@solsum.pl
www.solsum.pl
SOLSUM sp. z o.o., którego twórcą oraz właścicielem wyznaczającym trendy i kierunki działań zarówno na polu komercyjnym oraz badawczym jest Paweł Gumulak, należy do wiodących Polskich firm z ponad 8 letnim doświadczeniem w projektowaniu i montażu instalacji fotowoltaicznych/magazynów energii/pomp ciepła. Firma działa na obszarze całej Polski, realizowaliśmy także instalacje fotowoltaiczne na terenie Europy i Afryki. Prowadzimy także działalność szkoleniową, w Akademii SOLSUM wzięło udział już ponad 2000 osób. Nawiązaliśmy także strategiczne partnerstwo z AGH w Krakowie w zakresie prac nad badaniami modułów fotowoltaicznych oraz w obszarze innowacji. W 2020 uruchomiliśmy laboratorium fotowoltaiczne i w 100% niezależny energetycznie budynek produkcyjno-biurowy – pierwszy tego typu projekt w Polsce. Laureat nagród i wyróżnień np. Lider Ekoprzedsiębiorczości.
Jeśli chcesz się rozwijać, pracować w jednej z najnowocześniejszych firm w Polsce, masz ciekawe pomysły, wiedzę, doświadczenie lub po prostu chęć do niebanalnej pracy i nie boisz się wyzwań – zadzwoń lub przyślij do nas CV na rekrutacja@solsum.pl
Bibliografia:
[1]M. Frazão, J. A. Silva, K. Lobato, and J. M. Serra, “Electroluminescence of silicon solar cells using a consumer grade digital camera,” Measurement: Journal of the International Measurement Confederation, vol. 99, pp. 7–12, 2017
