1. Що таке STC і PTC? Як оцінити і порівняти параметри сонячних батарей При виборі сонячних модулів...
2. Тестові умови - в чому різниця?
3. Standard Test Conditions (STC) - стандартні тестові умови
4. Номінальна робоча температура сонячного елемента NOCT
5. Low Irradiance Conditions (LIC) - умови низької освітленості
6. High Temperature Conditions (HTC) - умови високих температур
7. Low Temperature Conditions (LTC) - умови низьких температур
8. параметри PTC
9. На що ж орієнтуватися покупцеві сонячних батарей?
10. При написанні статті були використані матеріали з таких джерел

Що таке STC і PTC? Як оцінити і порівняти параметри сонячних батарей

При виборі сонячних модулів дуже важливо розуміти параметри, якими описується модуль - потужність, напруги, струми в різних режимах. Але не менш важливо знати, за яких умов отримані ці значення.

У фото-енергетика є різні стандарти і тестові умови, при яких визначаються ефективність і продуктивність сонячних панелей. До основних тестів ставляться Normal Operating Cell Temperature (NOCT), PV-USA Test Conditions (PTC), Standard Test Conditions (STC), Low Irradiance Conditions (LIC), High Temperature Conditions (HTC) and Low Temperature Conditions (LTC).

Промислові стандарти та вимоги

Міжнародна Електротехнічна Комісія (International Electrotechnical Commission) IEC опублікувала стандарт IEC 61853 "Photovoltaic Module. Power Rating ", який регламентує тестування в різних кліматичних і географічних умовах і включає тести HTC, LIC, HTC, NOCT і STC. Також є PV-USA Test Condition (PTC), які не є частиною цього стандарту IEC. Нижче надано роз'яснення по кожному з цих тестів, а в таблиці порівнюються умови, при яких вони проводяться.

Тестові умови - в чому різниця?

Ми зібрали в таблицю значення опис основних термінів при тестуванні сонячних модулів.

Освітленість, Вт / м2 1000 800 1000 1000 200 500 Температура сонячного елемента, ° С 25 43-50 - 75 25 15 Температура навколишнього повітря, ° С - 20 20 - - - Швидкість вітру, м / с - 1 1 0 0 0 Висота над рівнем землі, м - - 10 - - - Маса повітря * 1,5 Спектр світла ASTM G173-03

Тепер зупинимося докладніше на цих параметрах і умовах випробувань

Standard Test Conditions (STC) - стандартні тестові умови

Щоб можна було порівняти модулі між собою, виробники домовилися випробовувати їх за певних умов. Спочатку були введені Standard Test Conditions (STC), тобто так звані «стандартні тестові умови».

Параметри STC відображають роботу сонячної панелі в ідеальних умовах, які зазвичай досягаються при короткочасної спалаху тестера сонячних панелей в заводських або лабораторних умовах. При цьому освітленість повинна бути 1000 Вт / м2 і температура сонячного модуля - 25 ° C. Спектр випромінювання повинен відповідати масі повітря 1,5, а швидкість вітру повинна бути дорівнює нулю. Це відповідає рівню освітленості і спектру сонячного світла, що падає на орієнтовану на південь, під кутом до горизонту 37 ° поверхню при висоті сонця над рівнем горизонту 41.81 °. Ці умови емулюють сонячний полудень навесні або восени з поверхнею сонячного елемента, перпендикулярного сонячним променям.

Примітка: Маса повітря визначає товщину атмосфери, яку потрібно пройти сонячного світла з космосу до поверхні землі. У міру проходження атмосфери, світло послаблюється за рахунок розсіювання і поглинання, і чим товще шар атмосфери, тим більше втрати. Тому небесні тіла на горизонті менш яскраві, ніж в зеніті. Маса повітря, що дорівнює 1, приймається за умов, коли сонце знаходиться прямо над головою; такі умови не існують в більшості місць.
Для випробувань по STC було прийнято значення маси повітря 1.5. Це деяка усереднена цифра, що дозволяє оцінити втрати в атмосфері на широтах, відмінних від екватора.

Саме параметри модуля при STC позначені на етикетці всіх сонячних панелей. Вони є обов'язковими для всіх виробників. Якщо ми говоримо про потужність сонячної батареї, то також вказуємо потужність при STC. Наприклад, батарея з 10 сонячних панелей потужністю 250Вт матиме потужність 2500 Вт.

Однак, умови STC рідко зустрічаються при реальній експлуатації сонячних модулів. Якщо ви встановили на своєму даху модуль номінальною потужністю 250Вт, це зовсім не означає, що ви отримаєте від нього потужність в 250Вт при будь-яких умовах.

STC не відображають ефективність і продуктивність сонячного модуля в реальних умовах. Тому робляться спроби визначити умови, за яких параметри модуля ближче до тих, які мають місце в реальних умовах.

Останнім часом все частіше для порівняння модулів замість STC застосовуються тестові умови PTC.

Спробуємо розібратися в цих термінах і умовах тестування сонячних модулів, і визначити, за якими саме характеристиками можна найближче визначити вироблення сонячних батарей в реальних умовах.

Номінальна робоча температура сонячного елемента NOCT

Для оцінки впливу реальних умов роботи на вироблення модуля були прийняті додаткові параметри. З'явилося поняття NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) - тобто температура модуля при типових умовах експлуатації.

Номінальна робоча температура сонячного елемента (NOCT) вимірюється при освітленні сонячної панелі сонячним світлом інтенсивністю 800 Вт / м2 і температурі повітря 20 ° C. Ланцюг електрична при цьому розімкнути, кут нахилу модуля 45 ° з орієнтацією на південь. Чим нижче NOCT, тим краще буде працювати модуль в реальних умовах.

NOCT не є умовами для випробувань модулів, це тільки один з параметрів модуля. Ви можете бачити, що NOCT не є точною температурою елемента. Справа в тому, що конструкція модуля і матеріали, з яких він виготовлений, впливає на його здатність до нагрівання. В реальних умовах модуль має температуру на 15-30 градусів вище температури навколишнього повітря. Хороші модулі в реальних умов не будуть нагріватися вище 40-45 ° С, тим самим менше втрачаючи потужність при нагріванні. Погано зроблені модулі будуть перегріватися. Середня NOCT становить близько 48 ° С

У США були протестовані близько 330 сонячних модулів, і вони показали NOCT на рівні 45ºC або менше; найнижчим був NOCT в 43ºC, і тільки 33 модуля (10% від загального числа протестованих) показали такий результат. В основному це були полікристалічні модулі. З іншого боку, близько 30 модулів показали NOCT на рівні 49 або 50º C.

Умови вимірювання NOCT увазі відкриту задню поверхню модуля, для вільного охолодження її навколишнім повітрям. Так як в більшості випадків модулі встановлюються паралельно даху, то їх реальна робоча температура влітку буде вище, ніж NOCT. Тому так важливо залишати вентиляційний зазор між дахом і модулями для того, щоб забезпечити достатнє охолодження задньої сторони сонячної батареї. Проте, навіть при цьому температура модуля може підніматися до 70 ° С в звичайний нежаркий сонячний день (близько 25 ° С).

Зміна струму, напруги та потужності сонячного модуля в залежності від його температури

Звичайно, температура модуля буде залежати від того, як змонтована сонячна батарея - на даху, на опорі, на спеціальній конструкції і т.п. Від цього залежать умови охолодження сонячної батареї - різниця в температурі сонячних модулів при різному монтажі може доходити до 10-15 градусів. У спекотний літній день сонячна панель може нагріватися до 65 ° С і вище. При нагріванні напруга сонячної панелі знижується, і пропорційно йому знижується і вихідна потужність.

Напруга сонячного елемента змінюється приблизно на 0,08В на кожен градус зміни його температури щодо температури STC (25 ° C). Тому, якщо напруга при STC становить 17В, то в реальних умовах роботи воно може стати 15 або 16В.

Модуль з 43 ° С NOCT справить на приблизно 3% більше енергії, ніж модуль з 50 ° С NOCT при інших рівних умовах.

Кращими панелями є ті, які мають мінімальну NOCT. Панелі з NOCT більше 50 ° C краще не купувати.

Low Irradiance Conditions (LIC) - умови низької освітленості

Low Irradiance Conditions (LIC) використовуються для визначення продуктивності сонячного модуля при низькій освітленості, симулюючи роботу сонячних панелей на високих широтах і взимку. Умови LIC увазі освітленість 200 Вт / м², температуру модуля 25 ° C, відсутність вітру і спектр, відповідний AM 1.5. Спектральний розподіл описано в таблиці стандарту IEC 60904-3 (Measurement principles for terrestrial photovoltaic (PV) solar devices with reference spectral irradiance data).

High Temperature Conditions (HTC) - умови високих температур

Модулі тестуються при високих температурах модуля в 75 ° C, освітленості тисячі Вт / м² і спектрі AM 1.5

Low Temperature Conditions (LTC) - умови низьких температур

На противагу HTC ці умови мають на увазі температуру модуля 15 ° C, освітленість 500 Вт / м², швидкість вітру 0 і спектр при AM 1.5

параметри PTC

Більш реалістичними є умови PTC. Однак далеко не всі виробники вказують параметри при PTC. Зазвичай PTC вказується для модулів, вироблених для американського ринку.

Параметри випробувань PTC, або PVUSA (Photovoltaics for Utility Systems Applications) Test Conditions, показують результати тестів сонячних паналей в умовах, більш наближених до реальних, ніж STC. PTC також мають на увазі освітленість в 1000 Вт / м2, але ось температура нормується не найбільш сонячного елемента, як в STC, а навколишнього повітря. Панелі повинні знаходитися на висоті 10 м на рівнем землі, температура повітря повинні бути 20 ° C і швидкість вітру повинна бути 1 м / с.

PTC були розроблені в рамках проекту PVUSA (Photovoltaics for Utility Scale Applications) для порівняння різних модулів.

В рамках проекту було протестовано близько 800 кВт сонячних панелей різних виробників. Панелі тестувалися в однакових умовах. Величезне число покупців орієнтується саме на результати цих тестів. Для сучасних модулів дані наведені на сайті GoSolarCalifornia .

Параметри PTC менше на 10-15%, ніж STC, що відображає вплив реальних умов експлуатації сонячних модулів.

Температура NOCT використовується для обчислення очікуваної температури модуля при PTC, а потім за допомогою температурного коефіцієнта потужності (зазвичай вказується в специфікаціях для кожного модуля) обчислюється потужність модуля при PTC.

Робоча температура модуля при PTC визначається з NOCT за формулою:

Значення (0.9 - η) відображає частку сонячної енергії, що досягає модуля і перетвориться в тепло. Передбачається, що 10% енергії відбивається. Частина енергії перетворюється в електрику - це корисна функція фотоелектричного елемента. Частка від загальної кількості енергії, яка перетворена в електрику, визначає ККД сонячного модуля η. ККД модуля може бути обчислено з значень потужності по STC за формулою:

Якщо температура елемента для умов PTC визначена, то можна обчислити потужність по PTC з потужності STC за допомогою температурного коефіцієнта потужності (CT) за наступним виразом:

Це і є потужність по PTC, яка приведена на сайті California Energy Commission (CEC) Go Solar California . Використовуйте цей параметр для обчислення виробництва електроенергії сонячною батареєю для отримання різних субсидій і пільг щодо підтримки відновлюваної енергетики, що діють в США.

До 1 липня 2009 CEC обчислювала і публікувала значення по PTC на основі даних, отриманих від виробників. Таким чином, вимірювалася NOCT і температурні коефіцієнти потужності, і потім інші параметри оцінювалися з використанням спеціальних методик виходячи з даних, наданих виробниками.

Після 1 липня 2009 CEC публікує дані по PTC тільки отримані від незалежних лабораторій і більше не приймає дані від виробників. Випробувальні лабораторії добре обладнані та мають можливість забезпечити ідентичні умови замірів. При порівнянні результатів випробувань модулів зі старими даними, отриманими від виробників, виявилося, що більшість виробників занадто оптимістично оцінювали можливості своєї продукції. З 475 протестованих модулів, 308 показали результати гірше, 51 такі ж і 116 краще, ніж було заявлено виробниками. (Див. Рисунок праворуч)

Як видно з малюнка справа, сонячна панель Sharp ND-250QCS, 250W має параметри PTC на рівні 223.6 Вт. Якщо ви будете використовувати цю сонячну панель в реальному фотоелектричної системі, то потужність при PTC 223.6 Вт дозволить вам оцінити вироблення електроенергії в реальних умовах набагато точніше, ніж потужність при STC 250 Вт.

Також як і STC, PTC дають завищені показники по потужності модуля, ніж можна спостерігати в реальних умовах експлуатації.

На що ж орієнтуватися покупцеві сонячних батарей?

Так що це все означає для кінцевого користувача? Це означає, що в реальних умовах сонячна батарея буде виробляти близько 75-85% від її пікової потужності (зазначеної на табличці). Тобто 100 Вт сонячна батарея, розташована під оптимальним кутом і орієнтована на південь, видаватиме влітку в середньому 75-85 Вт, в залежності від методу установки. Звичайно, будуть дні, коли ви отримаєте повну пікову потужність від сонячної панелі, а в Росії взимку часто бувають дні, коли можна отримати потужність і більше пікової. Це потрібно враховувати при проектуванні вашої сонячної електростанції.

Ні PTC, ні STC не відображають всіх факторів, які впливають на зміну потужності модулів в реальних умовах. Треба враховувати й інші фактори, що впливають на продуктивність сонячної електростанції. Потрібно враховувати втрати в проводах, в инвертор, контролері і т.п. Також, має місце нормальна деградація сонячних панелей з плином часу, а також зниження потужності за рахунок пилу, бруду, надмірного нагріву модулів або їх затінення, різної потужності модулів в послідовних ланцюжках і т.п. Вплив цих факторів може змінюватися в залежності від сезону року, географічного положення, способу монтажу, азимута і нахилу панелей і т.д. Можна оцінити різні фактори, що впливають на втрати на калькуляторі PVWATTS .

При покупці сонячної фотоелектричної системи для вашого будинку або виробництва, завжди просите вашого продавця надати PTC параметри сонячних модулів і реальну вироблення сонячних панелей при цих умовах. Переважна більшість продавців на російському ринку вказують тільки параметри при STC, які не відображають реальних можливостей фотоелектричних модулів з вироблення електроенергії. Порівнювати різні сонячні модулі бажано за параметрами PTC. Крім зазначеного вище сайту GoSolarCalifornia, дані по PTC для багатьох модулів можна знайти на сайтах: SolarHub , SolarReviews .

Так як ціна модуля зазвичай залежить від його номінальної потужності, корисно порівнювати сонячні модулі по співвідношенню потужностей PTC / STC. Хороші модулі мають це відношення вище 88%. Якщо PTC / STC нижче 0,88, то ми б радили утриматися від покупки такого модуля.

Аналіз даний по потужності PTC показує, що зазвичай (але далеко не завжди) полікристалічні модулі мають менший коефіцієнт PTC / STC, ніж монокристалічні. Це означає, що в жарку погоду багато монокристалічні модулі менше втрачають потужність і, відповідно, виробляють більше електроенергії.

Також, результати випробувань показують, що брендові модулі в основному мають кращий показник PTC / STC. Так, наявні у нас в продажу модулі полікристалічні модулі Yingli мають коефіцієнт PTC / STC вище, ніж монокристалічні китайські модулі середнього цінового діапазону Chinaland . Ставлення PTC / STC для деяких модулів, присутніх на ринку Росії, наведено в таблиці нижче.

моно 210 190,8 90,86 YL250P-29b Yingli поли 250 226,2 90,48 YL250C-30b Yingli моно 250 230,3 92,12 JAP6-60-250 JA Solar поли 250 222,9 89,16 SF-220P x-tra Hanwha Solar One поли 250 226,02 90,4 HSE250-60P ChinaLand поли 250 221,2 88,48 HSE300-72P ChinaLand поли 300 265,5 88,5 HSE300-72М ChinaLand моно 300 270,6 90,2 ZDNY-250P60 HZUSEST * поли 250 226,3 90,5 ZDNY-300C72 HZUSEST * моно 200 271,7 90,56 TPS105S-300W (72) Shenzhen Topray Solar моно 200 264,2 88 IM60C3-250 Motech Industries поли 250 228,4 91, 36 IM72C3-300 Motech Industries поли 300 269,8 89,93 XS72C3-300 Motech Industries моно 300 267,9 89,3

* Hangzhou Zhejiang University Sunny Energy Science & Technology - один з китайських виробників, випускає модулі під брендом Suntellite . Для тестування PTC надавали модулі з сонячними елементами JA Solar , Чим пояснюється високий рівень PTC. На російському ринку представлений OEM постачальником, які елементи використовуються в модулях, що імпортуються ним в Росію - невідомо. Але, з огляду на низьку ціну цих модулів, можна з великою часткою ймовірності говорити про те, що в імпортованих в РФ модулях ФСМ Сонячні елементи JASolar не застосовуються.

Якщо це можливо, отримаєте також інформацію по ефективності роботи не тільки окремо сонячної батареї, але і системи в цілому - включаючи контролери, інвертори і т.п.

Звичайно, для умов Росії, проблема нагріву сонячних панелей стоїть не так гостро, як в Каліфорнії. Однак модуль, який має краще відношення PTC / STC, напевно матиме і кращі інші параметри.

При написанні статті були використані матеріали з таких джерел

1. gogreensolar.com
2. solarprofessional.com
3. www.gosolarcalifornia.org
4. SolarReviews
5. sinovoltaics.com

продовжити читання