Міжнародні тести сонячних батарей STC i PTC
При виборі фотоелектричних модулів дуже важливо розуміти параметри, якими описуються модулі, - потужність, напруга, струм в різних режимах. Але також важливо знати, за яких умов отримані ці значення.
У фотоенергетиці є різні стандарти і тестові умови, при яких визначаються ефективність і продуктивність сонячних панелей. До основних тестів відносяться Standard Test Conditions (STC, стандартні тестові умови), Normal Operating Cell Temperature (NOCT, Номінальна робоча температура сонячного елемента), Photovoltaics for Utility Systems Applications Test Conditions (PTC, Тестові умови фотоелектричних елементів для інженерних систем використання), High Temperature Conditions (HTC, Умови високих температур) та Low Temperature Conditions (LTC, Умови низьких температур), Low Irradiance Conditions (LIC, Умови низької освітленості)
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 батареї в ідеальних умовах, які зазвичай досягаються при короткочасному спалаху тестера сонячних панелей в заводських або лабораторних умовах. При цьому освітленість повинна бути 1000 Вт / м2 і температура фотоелектричного модуля 25°C. Повний спектр випромінювання повинен відповідати масі повітря 1,5, а швидкість вітру повинна дорівнювати нулю. Це відповідає рівню освітленості і спектру сонячного світла, що падає на поверхню, орієнтовану на південь, під кутом до горизонту 37 ° при висоті сонця над рівнем горизонту 41.81 °. Ці умови симулюють сонячний південь з поверхнею фотоелемента, направленого перпендикулярно сонячним променям.
Примітка: Маса повітря визначає товщину атмосфери, яку потрібно пройти сонячному світлу з космосу до поверхні землі. Під час проходження атмосфери світло послаблюється за рахунок розсіювання і поглинання, і чим товстіший 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 до об'єкту; такі умови не існують в більшості випадків.
Для випробувань за тестами STC було прийнято значення маси повітря 1.5. Це деяка середня цифра, що дозволяє оцінити втрати в атмосфері на широтах, відмінних від екватора.
Саме параметри модуля за тестами STC зазначені в технічних характеристиках всіх сонячних батарей. Вони є обов'язковими для всіх виробників. Якщо ми говоримо про потужність сонячної батареї, то вказуємо потужність за STC. Наприклад, 10 шт. сонячних панелей потужністю 250 Вт матимуть загальну потужність 2500 Вт
Однак, тестові умови STC рідко зустрічаються в реальній експлуатації фотоелектричних модулів. Якщо ви встановили на своєму даху модуль номінальною потужністю 250Вт, це ще не означає, що ви отримаєте вихідну потужність в 250Вт при будь-яких умовах.
STC не відображають ефективність і продуктивність сонячного модуля в реальних умовах. Тому робляться спроби визначити критерії, за яких параметри модуля будуть ближчими 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 найбільш близько визначити продуктивність 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 фотоелектричного модуля сонячним світлом інтенсивністю 800 Вт / м2 і температурі повітря 20 ° C. Електричний ланцюг при цьому розімкнений, кут нахилу модуля 45° з орієнтацією на південь. Чим нижчий NOCT, тим краще буде працювати модуль в реальних умовах.
NOCT не є тестовими умовами для випробувань модулів, це тільки один з параметрів модуля. Ви можете бачити, що NOCT не є точною температурою елемента. Конструкція модуля і матеріали, з яких він виготовлений, впливає на його здатність до нагрівання. У реальних умовах модуль має температуру на 15-30 градусів вищу 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 фотоелектричних модулів. Вони показали NOCT на рівні 45°С; найнижчим був показник NOCT в 43°С, який тільки 33 модуля (10 % від загального числа протестованих) показали такий результат. В основному це були полікристалічні модулі. І близько 30 модулів показали NOCT на рівні 49-50°С.
Умови вимірювань за тестами NOCT включають відкриту задню частину модуля, для вільного охолодження її навколишнім повітрям. Так як в більшості випадків модулі встановлюються паралельно даху, то їх реальна робоча температура влітку буде вище за NOCT. Тому так важливо залишати вентиляційний просвіт між дахом і модулями для того, щоб забезпечити достатнє охолодження задньої сторони сонячної батареї. Тим не менш, навіть при цьому температура модуля може підніматися до 70 °С у звичайний нежаркий сонячний день (близько 25 ° С).
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 0,08 В на кожен градус зміни його температури відносно температури STC (25 ° C). Тому, якщо напруга при STC становить 17В, то в реальних умовах роботи вона може становити 15 або 16В.
Модуль з температурою 43 °С за NOCT виробить приблизно на 3 % більше електроенергії, ніж модуль з 50 °С за NOCT, при інших рівних умовах.
Кращими панелями є ті, які мають мінімальну температуру NOCT. Панелі з температурою NOCT більше 50°С 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 включають 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 1000 Вт / м2 і спектрі AM 1.5.
Low Temperature Conditions (LTC) - умови низьких температур
На противагу HTC ці умови передбачають температуру модуля 15 °C, освітленість 500 Вт / м2, швидкість вітру 0 і спектр при AM 1.5
Тестові параметри PTC
Більш реалістичними є умови PTC. Однак далеко не всі виробники вказують параметри за PTC. Зазвичай PTC вказуються для модулів, виготовлених для американського ринку.
Параметри випробувань PTC, або PVUSA (Photovoltaics for Utility Systems Applications) Test Conditions, показують результати тестів сонячних батарей в умовах, більш наближених до реальних, ніж STC. Умови тестів PTC також включають освітленість в 1000 Вт / м2, але температура береться не фотоелектричного елемента, як в STC, а навколишнього повітря. Панелі повинні знаходитися на висоті 10 м над рівнем землі, температура повітря повинна 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. Тоді в рамках проекту було протестовано близько 800 кВт сонячних панелей різних виробників. Панелі тестувалися в однакових умовах. Сьогодні величезне число покупців орієнтується саме на результати цих тестів. Для сучасних модулів дані наведені на сайті GoSolarCalifornia.
Параметри фотоелектричних модулів за PTC є менші на 10-15%, ніж за STC, що відображає вплив реальних умов експлуатації 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.
Потужність за PTC, що наведена на сайті California Energy Commission (CEC) Go Solar California. Це значення використовується для обчислення виробництва електроенергії сонячною батареєю для отримання різних субсидій та пільг для підтримки відновлювальної енергетики, що діють в США.
До 1 липня 2009 CEC обчислювала і публікувала значення по PTC на основі даних, отриманих від виробників. Таким чином, вимірювалося 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 і мають можливість забезпечити ідентичні умови замірів. При порівняні 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 гірші, 51 такі ж і 116 краще, ніж було заявлено виробниками.
Як видно з малюнка, сонячна панель Sharp ND-250QCS, 250 ВТ має параметри PTC на рівні 223.6 Вт. Якщо ви будете використовувати цю сонячну панель в реальній фотоелектричній системі, то потужність 223.6 Вт за PTC дозволить вам оцінити вироблення електроенергії в справжніх умовах набагато точніше, ніж потужність 250 Вт за STC.
Переважна більшість виробників вказують тільки параметри за STC, які не відображають реальних можливостей фотоелектричних модулів з вироблення електроенергії. Порівнювати фотоелектричні модулі краще за параметрами PTC, так як ціна модуля залежить від його номінальної потужності, по співвідношенню потужностей PTC / STC. Хороші модулі мають це відношення вище 87%. Якщо коефіцієнт PTC / STC нижче 87 %, то продуктивність таких сонячних батереї є неефективною.