W poprzednich publikacjach pisaliśmy o sposobie wykonywania zarówno podstawowych pomiarów jak i bardziej zaawansowanych analiz parametrów związanych z bezpieczeństwem i efektywnością instalacji fotowoltaicznych w oparciu o wymagania normy PN-EN 62446:

• Badanie bezpieczeństwa i efektywności instalacji fotowoltaicznych zgodnie z normą PN-EN 62446 cz. 1
• Badanie bezpieczeństwa i efektywności instalacji fotowoltaicznych zgodnie z normą PN-EN 62446 cz. 2 - Testy kat. 1
• Badanie bezpieczeństwa i efektywności instalacji fotowoltaicznych zgodnie z normą PN-EN 62446 cz. 3 - Testy kat. 2
• Ocena pracy i efektywności instalacji PV oraz lokalizacja ewentualnych problemów
• Kamery termowizyjne a pomiary instalacji fotowoltaicznych

W niniejszej publikacji opiszemy na wybranym przykładzie badanie poprawności pracy stringu fotowoltaicznego i pochylimy się nad oceną kluczowych parametrów elektrycznych tego stringu.

  

Przygotowanie do badań

Do wykonania pomiarów posłużył nam przyrząd Metrel MI 3108 EurotestPV wraz z rejestratorem parametrów środowiskowych A 1378 Remote Unit, który jest jednym z najczęściej używanych w Polsce przyrządów pomiarowych do tego typu zastosowań.

Oczywiście przed badaniem efektywności zapoznaliśmy się z dokumentacją dotyczącą badanej instalacji. Nasza badana instalacja była instalacją klasyczną (bez optymalizatorów) opartą na 72-ogniwowych modułach Bruk-Bet Solar BEM-370 połączonych w 2 symetryczne stringi po 12 paneli w każdym z nich podłączonych do jednego falownika trójfazowego. W takim przypadku czekał nas więc podstawowy scenariusz pomiarowy co oznaczało wykreślanie charakterystyki I-V (test kategorii 2 zgodnie z normą PN-EN 62446-1). W tym miejscu przypominamy, że należy pamiętać o modyfikacji scenariusza dla instalacji z optymalizatorami. Następnie wykonaliśmy oględziny oraz profilaktycznie wszystkie niezbędne testy kategorii 1 (rezystancję uziemienia, ciągłość połączeń ochronnych, rezystancję izolacji, testy funkcjonalne) upewniając się, że instalacja spełnia wymagania dotyczące bezpieczeństwa i nie ma przeciwwskazań do bezpiecznego wykonania badań efektywności.

Pomiary Voc/Isc na tym etapie pominęliśmy celowo - ponieważ norma PN-EN 62446-1 dopuszcza wykonanie zamiast nich badania charakterystyki I-V (co zamierzaliśmy w tym przypadku uczynić i co przy badaniach tego typu instalacji zawsze zalecamy - ze względu na fakt, że badanie trwa 25 sekund dłużej niż pomiar Voc/Isc a zwraca dużo więcej danych o badanej instalacji). Nie badaliśmy też obwodów AC ponieważ naszym zadaniem było głównie sprawdzenie efektywności stringów a nie przeprowadzenie kompleksowych okresowych badań instalacji PV (które obejmują też wykonywanie pomiarów AC). Ostatnim elementem, który trzeba było wziąć pod uwagę były warunki pogodowe - głównie chodziło oczywiście o odpowiednią wartość irradiancji umożliwiającą rzetelne przeprowadzenie pomiarów (w tym przypadku powyżej 500W/m2) - ale też o stabilność tych warunków. O ile wymaganie dotyczące irradiancji udało się spełnić - to już o stabilność warunków temperaturowych ze względu na porywisty wiatr i przelatujące chmury było ciężko (ale o tym w dalszej części publikacji). Kiedy warunki były względnie odpowiednie - wyłączyliśmy instalację, upewniliśmy się, że możemy bezpiecznie odłączyć string od falownika i przygotowaliśmy instalację do podłączenia miernika.

Wykonanie pomiarów krok po kroku

Zanim rozpoczęliśmy pomiary rozmieściliśmy na badanym stringu czujnik irradiancji A 1427 oraz temperatury panelu A 1400 umożliwiając im adaptację do warunków pracy (jest to szczególnie ważne w przypadku czujnika temperatury). Zanim podłączyliśmy czujniki do rejestratora A 1378 dokonaliśmy synchronizacji wskazań zegarów pomiędzy A 1378, a MI 3108 (aby maksymalnie zwiększyć miarodajność wyników przeliczonych do wartości STC, które następnie mieliśmy konfrontować z kartami katalogowymi paneli). Po tej operacji połączyliśmy czujniki z rejestratorem i rozpoczęliśmy rejestrację parametrów upewniając się raz jeszcze czy czujniki są odpowiednio i stabilnie umiejscowione a odczyty z nich miarodajne.

W kolejnym kroku przeliczyliśmy i wprowadziliśmy wstępnie dane z karty katalogowej do przyrządu pomiarowego MI 3108 EurotestPV:

Ustawiliśmy parametry stringu określając liczbę paneli połączonych szeregowo na 12 szt. a następnie podłączyliśmy się przez adaptery (własnej produkcji ponieważ potrzebne nam były złącza Sunclix) do badanego stringu i rozpoczęliśmy badanie charakterystyki. Niestety ze względu na momentami porywisty i zmienny wiatr - pierwsza próba zakończyła się niepowodzeniem. Po zakończeniu tworzenia wykresu miernik wyświetlił nam ostrzeżenie o niestabilnych warunkach środowiskowych (ze względu na niewielkie chmury, które przysłoniły nam słońce w momencie wykonania pomiarów). W takim przypadku pomiary mogły by okazać się bardzo niemiarodajne więc powtórzyliśmy nasz pomiar. Tym razem warunki były lepsze i chwilowo stabilne więc udało się zakończyć procedurę. Pozostało jedynie powtórzenie pomiaru dla drugiego stringu, zapisanie wyników, zakończenie rejestracji parametrów środowiskowych i przeliczenie uzyskanych wartości do warunków STC (co było możliwe po ponownej synchronizacji rejestratora A1378 z miernikiem MI 3108). Synchronizacja została zakończona powodzeniem więc można było przystąpić do wstępnej oceny wyników.

Wstępna obróbka oraz ocena wyników

Po zakończonej pracy otrzymaliśmy do wstępnej analizy wyniki naszego badania w postaci wykresu charakterystyki I-V, kluczowych parametrów Voc, Isc, Vmpp, Impp, Pmax (w warunkach mierzonych i STC oraz informacje o warunkach środowiskowych)

Wyniki wstępnie można było uznać za zgodne z oczekiwanymi - niestety wskazania temperatury paneli w ciągu 10 minut przed pomiarem ze względu na zmienne warunki nie były stabilne więc można było oczekiwać, że nasza analiza nie będzie w 100% dokładna. Niestety w dniu wykonywania badań, krótko po zakończeniu opisywanych badań pogoda zmieniła się diametralnie i więcej słońca tego dnia nie uświadczyliśmy. Zdając sobie sprawę z faktu, że zmienne warunki mogą wpłynąć na miarodajność wyniku końcowego - mimo wszystko zdecydowaliśmy się poddać uzyskane wyniki głębszej analizie korzystając z narzędzi oprogramowania EuroLink PRO dołączanego do przyrządu MI 3108 EurotestPV (aby móc uwypuklić kluczowe aspekty miarodajnego sprawdzania parametrów instalacji i ich wpływ na otrzymywane wyniki).

W pierwszej kolejności przeanalizowaliśmy kształty charakterystyk I-V (opartej o wartości mierzone oraz przeliczone do STC) w wyższej rozdzielczości:

Następnie skorzystaliśmy z narzędzia do bardziej zaawansowanej analizy, aby sprawdzić jak uzyskane wyniki wypadają na tle parametrów oczekiwanych (aby zmaksymalizować dokładność pomiaru wprowadziliśmy bardziej dokładne parametry, które w mierniku są zaokrąglane) i otrzymaliśmy następujące dane:
 

Charakterystyka I-V badanego stringu
(kolor zielony - wartości oczekiwane na podstawie danych producenta paneli
kolor niebieski - dane uzyskane na podstawie kalkulacji do STC zmierzonych wartości)

 

Na podstawie obrobionych danych można dojść do następujących wniosków:
 

1. Kształt charakterystyki nie wykazuje żadnych znamion stopniowania mogących świadczyć o bocznikowaniu fragmentów paneli, nie wykazuje też cech świadczących o iskrzących stykach (brak poszarpanych grzbietów).
2. Kształt charakterystyki (łagodniejsze zbocze w zakresie części pionowej) nosi delikatne znamiona zwiększonej rezystancji w mierzonym obwodzie (jest to powiązane z poniższą analizą danych w pkt.4).
3. Parametry prądowe obwodu przeliczone do STC są praktycznie zgodne z oczekiwanymi.
4. Parametry napięciowe przeliczone do STC (zarówno Voc jak i Vmpp) są nieco zaniżone. Może mieć na to wpływ kilka czynników takich jak zmienności parametrów środowiskowych - mogących mieć przełożenie na niedokładny pomiar temperatury (irradiancja bardzo wysoka - bezwładność temperaturowa układu i czujnika mogła spowodować, że wskazania czujnika temperatury mogły nie nadążyć za szybkim wzrostem temperatury panelu w części generacyjnej) - w chwili pomiaru panele mogły mieć faktycznie większą temperaturę niż została zmierzona (co skutkowałoby po korekcji otrzymaniem większej wartości obliczonej do warunków STC a więc mniejszym odchyłem od wartości spodziewanych). Dodatkowo wpływ mogły mieć również rzeczone adaptery z długimi przewodami lub dodatkowa rezystancja w układzie - ze względu na zauważalnie większe różnice w odchyłach tych napięć w warunkach obciążenia (Vmpp) w stosunku do warunków bez obciążenia (Voc). Jeśli wyniki pomiaru w stabilnych warunkach temperaturowych i z zastosowaniem fabrycznych adapterów lub włączając się bezpośrednio do badanej instalacji potwierdzałyby ten problem - należałoby sprawdzić stan połączeń instalacji za pomocą termowizji zgodnie z PN-EN 62446-1. Nie należy wykluczać też niedokładnego montażu czujnika temperatury lub jego osunięcie się wskutek momentami silnego wiatru.

Aby potwierdzić nasze przypuszczenia przeprowadziliśmy symulację starając się dopasować otrzymany wynik do wartości oczekiwanych co nam się udało (oczywiście w granicach błędu pomiarowego):

Charakterystyka I-V badanego stringu po korekcie wartości temperatury panelu oraz rezystancji szeregowej
(kolor zielony - wartości oczekiwane na podstawie danych producenta paneli
kolor niebieski - dane uzyskane na podstawie kalkulacji do STC zmierzonych wartości z uwzględnieniem korekty)

Podsumowanie

Podsumowując studium przypadku widzimy, jak ważne jest przeprowadzenie analizy efektywności w odpowiednich i stabilnych warunków środowiskowych, przy poprawnym rozmieszczeniu sond parametrów środowiskowych oraz w sposób niewprowadzający dodatkowych niepewności (używając oryginalnych akcesoriów i podłączając się do instalacji w odpowiednim miejscu). Jeśli zabraknie tych czynników efekt naszej pracy może nie mieć odpowiedniej jakości. Z każdej analizy można jednak wyciągnąć wnioski czy to na temat poprawności pracy instalacji czy ewentualnych błędów, które mogliśmy popełnić.

Wykonanie analizy w odpowiedni sposób daje nam wiele informacji o stanie instalacji, które mogą sugerować występowanie usterek mogących wpływać na bezpieczeństwo użytkownika czy czas zwrotu inwestycji. Niestety w dzisiejszych czasach (naznaczonych pogonią za zyskiem instalatorów instalacji fotowoltaicznych - przy jednoczesnym braku odpowiedniego nadzoru inwestorów) bardzo rzadko przeprowadza się pełne testy kategorii I i II normy PN-EN 62446-1 - a szkoda ponieważ brak kontroli często tuszuje usterki czy nieprawidłowości, które później odbijają się negatywnie na bezpieczeństwie jak i czasie zwrotu inwestycji.

Niniejsza publikacja uzupełnia poprzednie i mamy nadzieję, że przyczyni się do większej świadomości inwestorów oraz polepszenia jakości usług firm montujących. Merserwis służy wsparciem zarówno przy doborze, dystrybucji, wsparciu technicznym czy serwisie profesjonalnej aparatury pomiarowej - jak i w szkoleniu instalatorów pod kątem prawidłowego sprawdzania instalacji PV zarówno poprzez własne centrum szkoleniowe realizujące szkolenia w formie stacjonarnej, online czy wyjazdowej - jak i poprzez współpracę z największymi dystrybutorami elementów instalacji PV w Polsce. Zapraszamy do skorzystania z naszej oferty.

Zachęcamy również do zapoznania się z filmem pokazującym przykładowe użycie przyrządu MI 3109 EurotestPV lite do pomiarów instalacji po stronie DC:

Materiały źródłowe:
^[1] PN-EN 62446-1:2016-08 Systemy fotowoltaiczne (PV) -- Wymagania dotyczące badań, dokumentacji i utrzymania -- Część 1: Systemy podłączone do sieci -- Dokumentacja, odbiory i nadzór
^[2] Karta katalogowa panelu Bruk-Bet Solar BEM-370
^[3] Materiały własne

Mgr inż. Tomasz Lipiński