|
Aurinkovoimala tuottaa sähköenergiaa yhteensä auringon säteilyn määrän, josta vähennetään järjestelmän itsensä häviöt. Häviöissä on valtavia eroja, joista tässä blogisarjassa kerrotaan. Raloksen visio ja strategia on aina ollut minimoida aurinkovoimalan häviöitä ja sitä kautta parempaan tuottoon. Tuotto vaikuttaa investoinnin kanssa voimalan takaisinmaksuaikaan. Kannattaa siis panostaa häviöiden minimoimiseen. Voimalan häviöit jaetaan karkeasti kolmeen eri kategoriaan; Säteilynvoimakkuudesta johtuvat häviöt, tasasähköjärjestelmän häviöt ja vaihtosähköjärjestelmän häviöt. Blogisarja ei keskity pelkästään osoittamaan ongelmakohtia, vaan tarjoamaan myös ratkaisuja. LID-HäviötPiin vanhenemisesta johtuvat häviöt (LID-häviöt) kuuluvat aurinkovoimalan tasasähköjärjestelmän häviöihin. Muita tasasähköjärjestelmän häviöitä ovat toleranssihäviöt, sopimattomuushäviöt, liitoksista johtuvat häviöt, tuottoeroista johtuvat häviöt ja kaapeloinnista johtuvat häviöt. LID-häviöt ovat valon aiheuttama piikiteen heikkeneminen (Light Induced Degradation, LID) on vähemmän tunnettu ilmiö, joka vaikuttaa piikiteisiin aurinkokennoihin. Piikiteen laatu ja tuottokyky heikkenee vuosittain. Hajoaminen on luonnollista ja se johtuu elektronien virtauksen kuluttamisen seurauksena piikiteen varauskyvyn kustannuksella. Mitä vanhempi paneeli on, sitä huonommin elektroni liikkuu kiteessä. LID-häviöt johtuvat tarkemmin sanottuna boorihappiyhdisteiden muodostumisesta piikiekkoihin. Yksikiteisissä aurinkopaneeleissa on enemmän booria kuin monikiteisissä, joka tarkoittaa sitä että yksikiteisessä aurinkopaneeleissa on monikiteistä paneelia suurempi piikiteen luonnollinen hajoaminen.  RALOS ESM445H -aurinkopaneelin LID-häviöt Paneelin laatu kertoo LID-kertoimen suuruudesta. LID-häviöitä on kahdentyyppisiä. ENSIMMÄISEN VUODEN LID-HÄVIÖT Lyhyesti sanottuna aurinkokennoissa tapahtuu hajoamista muutaman ensimmäisen päivän ajan asennuksen jälkeen auringonvalolle altistumisen seurauksena. Tämä voi johtaa 0,5 - 3 % häviöihin paneelin tuotossa. Lisäksi piikide heikkenee vuosien mittaan tasaisesti. JATKUVAT LID-HÄVIÖT Aurinkopaneelivalmistajat lupaavat tietyn tehontuottotakuun paneelille. Käytännössä tuotto tippuu ensimmäisen vuoden aikana sen 3 % ja tämän jälkeen 0,4..1 % vuodessa riippuen paneelin laadusta. Useimmat valmistajat tarjoavat paneeleita, joissa tuottotakuu on 80 % ja 25 vuotta. Tässä tapauksessa paneelin vuosittainen heikkeneminen on 1 %. Laadukkaammissa paneeleissa tehontuotto tippuu vain 0,5 % vuodessa ja tuottotakuuta annetaan 30 vuotta. HÄVIÖT
LID-häviöitä voi esiintyä ensimmäisen vuoden kohdalla 1,5..3 % ja tästä vuosittain 0,4...1 % heikkenemisenä paneelin tuotossa riippuen aurinkopaneelin laadusta ja tyypistä. HÄVIÖIDEN POISTAMINEN TAI VÄHENTÄMINEN LID-häviöitä voi poistaa panostamalla laadukkaampiin aurinkopaneeleihin.
0 Comments
Aurinkovoimala tuottaa sähköenergiaa yhteensä auringon säteilyn määrän, josta vähennetään järjestelmän itsensä häviöt. Häviöissä on valtavia eroja, joista tässä blogisarjassa kerrotaan. Raloksen visio ja strategia on aina ollut minimoida aurinkovoimalan häviöitä ja sitä kautta parempaan tuottoon. Tuotto vaikuttaa investoinnin kanssa voimalan takaisinmaksuaikaan. Kannattaa siis panostaa häviöiden minimoimiseen. Voimalan häviöit jaetaan karkeasti kolmeen eri kategoriaan; Säteilynvoimakkuudesta johtuvat häviöt, tasasähköjärjestelmän häviöt ja vaihtosähköjärjestelmän häviöt. Blogisarja ei keskity pelkästään osoittamaan ongelmakohtia, vaan tarjoamaan myös ratkaisuja. SOPIMATTOMUUSHÄVIÖTSopimattomuushäviöt (mismatch losses) kuuluvat aurinkovoimalan tasasähköjärjestelmän häviöihin. Muita tasasähköjärjestelmän häviöitä ovat toleranssihäviöt, piikiteen vanhenemisesta johtuvat häviöt (LID), liitoksista johtuvat häviöt, tuottoeroista johtuvat häviöt ja kaapeloinnista johtuvat häviöt. Sopimattomuushäviöllä tarkoitetaan häviöitä, jotka johtuvat pienistä tuottoeroista asennettujen aurinkopaneelien tuotossa. Vaikutus näkyy kun tarkastellaan kokonaista paneeliketjua yhden aurinkopaneelin sijasta. Häviöt ovat suuremmat mitä suuremmat paneelien tuottoerot ovat. Tuottoeroja syntyy ympäristöstä johtuen esimerkiksi varjostumista, lämpötilaeroista, roskista, liasta tai vain paneelien toleranssieroista (kts. häviöt toleranssieroista). Paneelien tuottoeroja syntyy myös LID-häviöiden sekä paneelien yksilöllisen ikääntymisen seurauksena. Epäsopivuushäviöitä ilmenee myös string-invertteriketjujen erimittaisten kaapelinpituuksien vuoksi. Toisessa ketjussa voi kaapelin pituus olla 200 metriä ja toisessa vain 100. Vaikka molempien ketjujen teho on sama, muodostuu jännitteenaleneman vuoksi toiseen ketjuun enemmän häviöitä. Myös paneelien eri asennussuunnat vaikuttavat tuottoeroihin. Kun yhden MPPT-säätöpiirin rinnankytkettyjen ketjujen tuottoerot eroavat toisistaan, laskee invertterin MPPT-säätöpiiri parasta tuottoa keskiarvon mukaan. Keskiarvo on perinteisellä algoritmilla puolesta välistä molempia ääripäitä. Tällöin MPPT-säätöpiirin teho ei ole optimitasolla vaan toimii keskiarvolla.
 Kuten ylläolevasta esimerkistä nähdään, valaisintolppa varjostaa viittä paneelia. Paneelien nimellisteho ilman valaisintolppaa olisi 1100 W (29 V x 7,59 A x 5 kpl). Tolpan varjostaessa varjostetut paneelit tuottavat vain 424 W. Tolpan varjot aiheuttavat pelkästään näille viidelle paneelille 61 % tuottohäviön. Kyseisessä installaatiossa paneeleja on kytketty 14 kappaletta samaan ketjuun. Ketjusta 9 paneelia käy täydellä teholla ja kyseiset viisi varjon vuoksi hieman huonommalla. Optimitilanteessa kaikkien paneelien käydessä täydellä teholla (3081 W) verrattuna viiden paneelin tuottamaan häviöön, muiden yhdeksän käydessä täydellä teholla (2404 W) on ero huima 22 %. HÄVIÖT
Sopivuushäviöitä voi olla kaapeloinnin ja muiden olosuhteiden vuoksi 0,3...3 %. Alan käytetty vakio häviöille on 2 %. Varjostetulla alueella häviöt tietysti kasvavat. Mikroinverttereitä käytettäessä sopivuushäviöt ovat 0 %. Tämä johtuu siitä, että moduulitason tehoelektroniikka käyttää maksimitehoseurantaa jokaiseen paneeliin erikseen, joihin ne ovat kytketty. HÄVIÖIDEN POISTAMINEN TAI VÄHENTÄMINEN Häviöitä paneeliketjuissa ja kokonaisissa järjestelmissä voidaan vähentää paneelikohtaisella MPPT-säätöpiirillä. Jokaisessa mikroinvertterissä on oma MPPT-säätöpiiri, joka optimoi jokaisen paneelin ulostuloa riippumatta muista paneeleista. Aurinkovoimala tuottaa sähköenergiaa yhteensä auringon säteilyn määrän, josta vähennetään järjestelmän itsensä häviöt. Häviöissä on valtavia eroja, joista tässä blogisarjassa kerrotaan. Raloksen visio ja strategia on aina ollut minimoida aurinkovoimalan häviöitä ja sitä kautta parempaan tuottoon. Tuotto vaikuttaa investoinnin kanssa voimalan takaisinmaksuaikaan. Kannattaa siis panostaa häviöiden minimoimiseen. Voimalan häviöt jaetaan karkeasti kolmeen eri kategoriaan; Säteilynvoimakkuudesta johtuvat häviöt, tasasähköjärjestelmän häviöt ja vaihtosähköjärjestelmän häviöt. Blogisarja ei keskity pelkästään osoittamaan ongelmakohtia, vaan tarjoamaan myös ratkaisuja. TOLERANSSIHÄVIÖTToleranssihäviöt kuuluvat aurinkovoimalan tasasähköjärjestelmän häviöihin. Muita tasasähköjärjestelmän häviöitä ovat sopimattomuushäviöt, piikiteen vanhenemisesta johtuvat häviöt (LID), liitoksista johtuvat häviöt, tuottoeroista johtuvat häviöt ja kaapeloinnista johtuvat häviöt. Aurinkopaneelin tyyppikilvessä oleva toleranssi (tyypillisesti + - 3..5 W) vastaa tehoeroa joka paneelissa voi esiintyä suhteessa toiseen vastaavanlaiseen paneeliin. Ilmoitettu arvo on usein keskiarvo normaaleissa testiolosuhteissa tehdyistä mittauksista. Nykyiaikaisissa aurinkopaneeleissa toleranssihäviöt ovat ilmoitettu markkinointimielessä siten, että paneelin nimellisteho on se heikoin arvo, jota mittauksissa on saatu. Toleranssia esitetään täten vain + 3 tai + 5 W lisää nimellistehoon. Paneeleissa esiintyy todellisuudessa useiden kymmenien wattien tehoeroja, josta johtuu valmistajien paneelimallien ryhmittely 5 watin välein.  Canadian Solarin Superpower CS6K-aurinkopaneelin arvot Tämä ei kuitenkaan poista sitä faktaa, että jokaisessa voimalan paneelissa voi olla esimerkiksi 5 watin ero paneeleiden tehossa. Tämä tarkoittaa useimmiten jopa 2 %:n eroa vuosituotossa. Ongelmaksi muodostuu string-invertterin mppt-säätöpiiri, joka käsittelee paneelikokonaisuutta yhtenä ja optimoi tehoa keskiarvon mukaan. Tällä tavalla string-invertterin mppt-säätöpiiri ei toimi optimitasolla koskaan. Vaikka string-invertterivalmistaja kertoo tiedoissaan invertterin mptt-säätimen toimivan 99,9 % hyötysuhteella, se ei ole käytännössä mahdollista, johtuen mm. aurinkopaneelien toleranssieroista. HÄVIÖT
Laskennallisesti toleranssihäviöiden vuoksi aurinkovoimalan tuotosta on syytä vähentää 2 %, jotta tuotto olisi totuudenmukaisempi. HÄVIÖIDEN POISTAMINEN TAI VÄHENTÄMINEN Toleranssihäviöitä voidaan poistaa paneelikohtaisella MPPT-säätöpiirillä. Jokaisessa mikroinvertterissä on oma MPPT-säätöpiiri joka optimoi jokaisen paneelin ulostuloa riippumatta muista paneeleista.
Tasakattorakenteessa paneelirivit joudutaan nostamaan kulmasäätötelineillä toiselta puolelta tarvittavaan kulmaan. Paras paneelin kulma tuoton suhteen Etelä-Suomessa eteläpuolen asennuksessa on noin 35-40 astetta. Koska paneelin taaempi reuna nostetaan ylös, se varjostaa seuraavaa riviä aurnigon paistaessa matalalta.
Ylemmässä kuvassa vasemmalla ovat paneelit keskipäivällä ja oikealla ne ovat iltapäivällä. Paneeleiden tuotoissa on huomattava ero, edellisten paneelirivien varjojen vuoksi. Paneelirivit ovat asennettu noin 2 metrin etäisyydelle toisistaan. Kolmannen ja neljännen rivin väli on useampi metri johtuen katolla olevista savunpoistoluukuista. Mikroinvertteriteknologian avulla paneelirivien varjostukset vaikuttavat vain varjostuneisiin paneeleihin, eikä koko järjestelmään. String-invertterillä toteutettuna koko järjestelmän tuotto heikkenisi merkittävästi varjostuksen seurauksena. Kohteessa mikroinvertterit tuottavat 22 % paremmin kuin vanhanaikaisella string-invertterillä. ESTODIODITNykyaikaisissa aurinkopaneeleissa on liitoskoteloissa estodiodit (bypass diodes) ja useimmiten niitä on 3 kpl. Diodi on elektroniikan komponentti, joka päästää sähkövirran kulkemaan lävitseen vain yhteen suuntaan. Aurinkopaneelin kennot kytketään useaan sarjaan ja jokaisen sarjan päähän kytketään diodi. Tämä estää sähkövirran kulkua toiseen suuntaan, joten jos joku osa varjostuu tai on likaisempi kuin toinen, ei koko paneelin tuotto tipu tämän huonoimman kennon tasolle. Estodiodien vaikutusta on vaikea arvioida, koska vaikutus riippuu ainoastaan asennuspaikasta. Estodiodien on todettu parantavan paneelin tuottoa varjoisessa ympäristöissä jopa 40 %.  PERC-TEKNOLOGIAAurinkopaneelimarkkinoilla on tapana kehittyä erittäin vauhdikkaasti. Hyvä esimerkki on aurinkopaneeleissa käytetty PERC-teknologia, jonka ennustettiin vuonna 2014 valtaavan markkinat vuoteen 2020 mennessä. Tänään, lähes jokainen uusi valmistettu aurinkopaneeli käyttää PERC-teknologiaa. PERC-tekniikka kehitettiin ensimmäisen kerran Australiassa 1980-luvulla tutkija Martin Greenin ja hänen tiiminsä New South Walesin yliopistossa lisäämällä ylimääräinen kerros aurinkokennon takapuolelle. Valmistajat käyttivät useita vuosia keskittyen aurinkokennon etupuolelle, ja vähemmän huomiota kiinnitettiin tuotantomahdollisuuksien hyödyntämiseen kennon takaosassa. PERC: n sisällyttäminen aurinkokennoon kasvattaa ensimmäisen sukupolven aurinkokennojen käyttöä vielä pidemmäksi. PERC, Passivated Emitter and Rear Contact, tarkoittaa aurinkokennorakennetta, jossa kennon taustalla oleva kerros on ns. passiivinen. Passiivinen kerros nimensä mukaan passivoi säteilyä pääsemästä kennon taustan läpi hukkaan. PERC-solun luomiseksi käytetään kahta lisävaihetta kennon vakiotaustaan (BSF) valmistusprosessin aikana. Ensin levitetään takapinnan passivointikalvo. Toiseksi käytetään lasereita tai kemikaaleja avaamaan takana oleva passivointikerros ja luomaan kerrokseen pieniä taskuja, jotta ne absorboivat enemmän valoa. Tällä tavoin säteily saadaan paremmin kokonaisuudessaan hyötykäyttöön kennon taustan läheisyydessä. Vaikka valmistusprosessissa on enemmän vaiheita, tehokkuuden lisääminen mahdollistaa kustannusten alenemisen, myös järjestelmätasolla. PERC_teknologialla voidaan parhaimmillaan saavuttaa 1 % lisä paneelin hyötysuhteeseen. PID-HÄVIÖTIndusoituneen jännitteen purkautuminen (Potential Induced Degradation, PID) on yksi aurinkosähkömodulien heikkouksista ja siksi useat valmistajat tuottavat ANTI-PID tuotteita tavanomaisten aurinkopaneelien rinnalla. Aurinkopaneelin tuottaman jännitteen indusoituminen paneelin kehyksiin ja sitä kautta asennuskiskoihin ja maahan voi aiheuttaa jopa 30 % hukkaa paneelin tuotossa. Usemmiten valmsitajat ovat testanneet ja sertifoineet aurinkopaneelinsa ANTI-PID tai PID-Resistance -merkinnöillä. Haitallisten vuotovirtojen syy aurinkokennon rakenteen lisäksi on yksittäisten aurinkosähkömoduulien (PV) jännite maahan. Useimmissa maadoittamattomissa PV-järjestelmissä PV-moduulit, joilla on positiivinen tai negatiivinen jännite maahan, altistetaan PID:lle. PID tapahtuu pääosin negatiivisessa jännitteessä suhteessa maapotentiaaliin, ja sitä kiihdyttävät suuret järjestelmän jännitteet, korkeat lämpötilat ja korkea kosteus. PID-ongelmat kasaantuvat suurimmalta osiltaan string- tai keskusinverttereillä toteutettuihin järjestelmiin. Indusoitumista voidaan ennaltaehkäistä kolmella tavalla. Panostamalla laadukkaisiin PID-suojattuihin paneeleihin, tekemällä järjestelmä mikroinvertteriteknologiaa käyttäen tai maadoittamalla aurinkokennojen rungot järjestelmän miinus- tai plusnapaan (kumpi, selviää paneelin valmistajalta). Järjestelmän maadoittamattajättäminen ei tule kyseeseen sähköturvallisuusmääräysten perusteella.  LID-HÄVIÖTValon aiheuttama hajoaminen (Light Induced Degradation, LID) on vähemmän tunnettu ilmiö, joka vaikuttaa suureen segmenttiin kiteisen piin aurinkokennoista. Lyhyesti sanottuna aurinkokennoissa tapahtuu hajoamista muutaman ensimmäisen päivän ajan asennuksen jälkeen auringonvalolle altistumisen seurauksena. Tämä voi johtaa 0,5 - 1,5 % häviöihin paneelin tuotossa.
Tärkeää on, että LID vaikuttaa joihinkin moduulityyppeihin, mutta ei toisiin. Ymmärtääksesi LID: n syitä ja miksi se vaikuttaa vain tietyntyyppisiin moduuleihin, on ensin ymmärrettävä kaksi tekijää, jotka erottavat aurinkokennot: niiden kiderakenne (yksikiteinen tai monikiteinen) ja niiden sähköiset ominaisuudet (P-tyyppi tai N-tyyppi). 1. Kiderakenne-erot:
2. Sähköiset ominaisuudet:
LID johtuu tyypillisesti boorihappiyhdisteiden muodostumisesta piikiekkoihin. Tämä tarkoittaa, että yksikiteisillä aurinkokennoilla, jotka ovat p-tyyppiä, sisältävät eniten booria, joten niillä on eniten LID-häviöitä. Myös P-tyypin monikiteisillä kennoilla on LID-häviöitä, mutta vähemmän kuin yksikiteisillä, johtuen pienemmästä happipitoisuudesta. LID-prosessia ei yleensä oteta huomioon moduulien laboratoriotestauksessa, joten sitä ei sisällytetä PV-moduulin tekniseen taulukkoon. |
AMMATTILAISENAjatuksia aurinkosähköön liittyen. Tarkoituksena on jakaa vastaantullutta tietoa kaikille kuluttajille, yhteistyökumppaneille sekä ennenkaikkea alan toimijoille. ARKISTO
November 2020
KATEGORIAT
All
|
RSS Feed
|
Ralos.eco © Copyright 2020. Kaikki oikeudet pidätetään.