Международные тесты солнечных батарей STC и PTC
При выборе фотоэлектрических модулей очень важно понимать параметры, которыми описываются модули, - напряжение, мощность, ток в различных режимах. Но также важно знать, при каких условиях получены эти значения.
В электроэнергетике есть разные тестовые условия и стандарты, при которых определяются эффективность и производительность солнечных панелей. К основным тестированиям относятся STC (стандартные тестовые условия), Normal Operating Cell Temperature (NOCT, Номинальная рабочая температура солнечного элемента), Photovoltaics for Utility Systems Applications Test Conditions (PTC, Тестовые условия фотоэлектрических элементов для инженерных систем использования), High Temperature Conditions (HTC, Условия высоких температур) и Low Temperature Conditions (LTC, Условия низких температур), Low Irradiance Conditions (LIC, Условия низкой освещенности)
Standard Test Conditions (STC) - стандартные тестовые условия
Чтобы можно было сравнить эффективность модулей между собой, производители договорились испытывать их при определенных условиях. Сначала были введены Standard Test Conditions (СТС-стандартные тестовые условия)
Показатели STC отражают работу солнечной батареи в идеальных условиях, которые обычно достигаются при короткой вспышке тестера солнечных панелей в лабораторных или заводских условиях. На этом этапе температура фотоэлектрического модуля 25 ° C и освещенность 1000 Вт / м2. Скорость ветра должна равняться нулю и полный спектр излучения должен соответствовать массе воздуха 1,5. Это соответствует спектру солнечного света и уровню освещенности, падающего на поверхность, направленную на юг под углом к горизонту 37 ° при высоте солнца над уровнем горизонта 41.81 °. Эти условия симулируют солнечный юг с поверхностью фотоэлемента, направленного перпендикулярно к солнечным лучам.
Примечание: воздушная масса определяет толщину атмосферы, которую необходимо пройти солнечным лучам из космоса к поверхности земли. При прохождении атмосферы солнечные лучи ослабляются за счет поглощения и рассеяния, и чем толще слой атмосферы, тем больше потери. Поэтому небесные тела на горизонте менее яркие, чем в зените. Масса воздуха, равной 1, принимается при условии, что солнце находится прямо по отношению к объекту; такие условия не существуют в большинстве случаев.
Для тестирования по стандартам STC было принято значение массы воздуха 1.5. Это средняя цифра, позволяет оценить потери в атмосфере широтах, отличных от экватора.
Именно показатели модуля по тестам STC указанные в технических характеристиках всех солнечных батарей и являются обязательными для всех производителей. Если мы говорим о мощности солнечной батареи, то указываем мощность по STC. Например, 10 шт. солнечных батарей мощностью 250 Вт будут давать общую мощность 2500 Вт
Однако, тестовые условия STC встречаются редко в реальной эксплуатации фотоэлектрических модулей. Если вы установили на модуль номинальной мощностью 250Вт, это не означает, что вы получите выходную мощность в 250Вт при любых условиях.
STC не отражают производительность и эффективность солнечного модуля в реальных условиях. Поэтому делаются попытки определить показатели, при которых параметры модуля будут приближены к тем, которые имеют место в реальных условиях.
В последнее время для сравнения модулей вместо STC применяются тестовые условия PTC.
Попробуем разобраться в данных терминах и при каких условиях проводиться тестирования солнечных модулей, а также выяснить, по каким именно характеристикам определяться производительность солнечных батарей в реальных условиях.
Номинальная рабочая температура солнечного элемента NOCT
Для объективной оценки влияния реальных условий работы на выработку модуля были введены дополнительные параметры. Появилось понятие NOCT (Nominal Operating Cell Temperature), то есть температура модуля при обычных условиях эксплуатации.
Номинальная рабочая температура солнечного элемента (NOCT) измеряется при температуре воздуха 20 ° С и освещении фотоэлектрического модуля солнечным светом интенсивностью 800 Вт / м2. Электрическая цепь при этом разомкнута, угол наклона модуля равен 45 ° в направлении на юг. Чем ниже показатель NOCT, тем лучше будет работать модуль в реальных условиях.
NOCT не является тестовыми условиями для испытания модулей, это только один из показателей модуля. Вы можете видеть, что NOCT не является точной температурой элемента. Конструкция модуля и материалы, на основе которых он изготовлен, влияет на его способность к нагреву. В реальных условиях температура модуля на 15-30 градусов выше температуры воздуха. Качественные модули в реальных условиях не будут нагреваться выше как 40-45 ° С, и в итоге не теряя мощность. Некачественные модули будут перегреваться. Среднее значение NOCT составляет около 48 ° С.
В США было протестировано около 330 фотоэлектрических модулей. Средний уровень NOCT 45 ° С; низкий показатель NOCT 43 ° С, 33 модуля (10% от общего числа протестированных) показали такой результат. В основном это поликристаллические модули. И около 30 модулей NOCT составил на уровне 49-50 ° С.
По тестам NOCT условия измерений включают открытую заднюю часть модуля, для свободного ее охлаждения окружающим воздухом. В большинстве случаев модули устанавливаются параллельно к крыше, поэтому их реальная рабочая температура летом будет выше показателя NOCT. Представляется важным моментом оставлять вентиляционный просвет между модулями и крышей что обеспечивает достаточное охлаждение задней стороны солнечной батареи. Тем не менее, даже при таких условиях температура модуля может подниматься до 70 ° С в нежаркий солнечный день (около 25 ° С). Температура модуля конечно же будет зависеть от того, как смонтирована солнечная батарея - на опоре, на крыше, на специальной конструкции и т.п. От этого зависят условия охлаждения солнечной панели - разница в температуре солнечных модулей при различном монтаже может доходить до 10-15 градусов. В летний жаркий день солнечная батарея может нагреваться до 65 ° С и более. При нагревании напряжение солнечной батареи уменьшается, и пропорционально ему снижается и выходная мощность.
Напряжение солнечных элементов изменяется примерно на 0,08 В на каждый градус изменения его температуры относительно температуры STC (25 ° C) .Если же напряжение при STC составляет 17В, то в реальных условиях работы она может составлять 15 или 16В.
Модуль с температурой 43 ° С при NOCT произведет на 3% больше электроэнергии, чем модуль с 50 ° С по NOCT, при прочих равных условиях работы.
Лучшими панелями являются те, которые имеют минимальную температуру NOCT. Солнечные панели с температурой NOCT более 50 ° С лучше не покупать.
Low Irradiance Conditions (LIC) - условия низкой освещенности
Low Irradiance Conditions (LIC) применяется для определения производительности солнечного модуля при низком уровне освещенности, симулируя работу солнечных панелей на высоких широтах и зимой. Условия LIC охватывают освещенность 200 Вт / м2, температуру модуля 25 ° C, отсутствие ветра и спектр, который соответствующего самым AM 1.5. Спектральное распределение в соответствии с таблицей стандарта IEC 60904-3 (Measurement principles for terrestrial photovoltaic (PV) solar devices with reference spectral irradiance data).
High Temperature Conditions (HTC) - условия высоких температур
Модули тестируются при высоких температурах как 75 ° C, освещенности 1000 Вт / м2 и спектре AM 1.5.
Low Temperature Conditions (LTC) - условия низких температур
В противоположность HTC эти условия предусматривают температуру модуля 15 ° C, освещенность 500 Вт / м2, при скорости ветра 0 и спектре при AM 1.5
Тестовые параметры PTC
Более реалистичными являются условия PTC. Однако далеко не все производители указывают параметры по PTC. Обычно показатель PTC указываются для модулей, изготовленных для американского рынка.
Параметры испытаний PTC или PVUSA (Photovoltaics for Utility Systems Applications Test Conditions) показывают результаты тестов солнечных батарей в условиях, более приближенных к реальным, чем STC. Условия тестов PTC также включают освещенность в 1000 Вт / м2, но температура берется не фотоэлектрического элемента, как в STC, а окружающего воздуха. Панели должны находиться на высоте 10 м над уровнем земли, температура воздуха должна быть 20 ° C и скорость ветра должна быть 1 м / с.
PTC были разработаны в рамках проекта PVUSA (Photovoltaics for Utility Scale Applications) для сравнения различных модулей. Тогда в рамках проекта было протестировано около 800 кВт солнечных панелей различных производителей. Панели тестировались в одинаковых условиях. Сегодня огромное число покупателей ориентируется именно на результаты этих тестов. Для современных модулей данные приведены на сайте GoSolarCalifornia.
Параметры фотоэлектрических модулей по PTC являются меньше на 10-15%, чем за STC, что отражает влияние реальных условий эксплуатации модулей.
Температура NOCT используется для вычисления ожидаемой температуры модуля при PTC, а затем с помощью температурного коэффициента мощности (обычно указывается в спецификациях для каждого модуля) вычисляется мощность модуля при PTC.
Мощность по PTC, приведенной на сайте California Energy Commission (CEC) Go Solar California. Это значение используется для вычисления производства электроэнергии солнечной батареей для получения различных субсидий и льгот для поддержки возобновляемой энергетики, действующих в США.
До 1 июля 2009 CEC вычисляла и публиковала значение по PTC на основе данных, полученных от производителей. Таким образом, измерялось NOCT и температурные коэффициенты мощности, и затем другие параметры оценивались с использованием специальных методик исходя из данных, предоставленных производителями.
После 1 июля 2009 CEC публикует данные по PTC только полученные от независимых лабораторий и больше не принимает данные от производителей. Испытательные лаборатории хорошо оборудованы и имеют возможность обеспечить идентичные условия замеров. При сравнении результатов испытаний модулей со старыми данными, полученными от производителей, оказалось, что большинство производителей слишком оптимистично оценивали возможности своей продукции. С 475 протестированных модулей, 308 показали результаты хуже, 51 такие же и 116 лучше, чем было заявлено производителями.
Как видно из рисунка, солнечная панель Sharp ND-250QCS, 250 ВТ имеет параметры PTC на уровне 223.6 Вт. Если вы будете использовать эту солнечную панель в реальной фотоэлектрической системе, то мощность 223.6 Вт по PTC позволит вам оценить выработку электроэнергии в настоящих условиях гораздо точнее, чем мощность 250 Вт за STC.
Подавляющее большинство производителей указывают только параметры по STC, которые не отражают реальных возможностей фотоэлектрических модулей по выработке электроэнергии. Сравнивать фотоэлектрические модули лучше параметрами PTC, так как цена модуля зависит от его номинальной мощности, по соотношению мощностей PTC / STC. Хорошие модули должны иметь это отношение выше 87%. Если коэффициент PTC / STC ниже 87%, то производительность таких солнечных батареи является неэффективной.
При написании статьи были использованы материалы из следующих источников: