Pomiary charakterystyki I-U paneli fotowoltaicznych z miernikiem Sonel PVM-1530 Max zgodnie z normą PN-EN 61829

Pomiary charakterystyki prądowo-napięciowej (I-U) paneli fotowoltaicznych odgrywają kluczową rolę w ocenie efektywności i wykrywaniu potencjalnych problemów instalacji PV. Dowiedz się, jak wykonać precyzyjne pomiary zgodnie z normą PN-EN 61829, wykorzystując zaawansowany miernik Sonel PVM-1530 Max. Poznaj wpływ czynników zewnętrznych, takich jak nasłonecznienie i temperatura, na wyniki pomiarów oraz znaczenie ich korekcji do standardowych warunków testowych (STC).

Charakterystyka I-U – dlaczego jest tak ważna?

Jedną z podstawowych funkcjonalności miernika Sonel PVM-1530 jest pomiar charakterystyk I-U. Charakterystyka I-U to wykres, który przedstawia moc paneli w funkcji prądu i napięcia. Norma PN-EN 62446 -1 określa ten pomiar jako jeden z dwóch pomiarów należących do testów kategorii 2. Charakterystyki I-U są bardzo pomocne w ocenie instalacji PV pod kątem wydajności i potencjalnych problemów. Sprzęt pomiarowy rejestruje zależność między prądem a napięciem, zmieniając odpowiednio obciążenie, zaczynając od napięcia obwodu otwartego Uoc aż do prądu zwarcia Isc. Pozornie nieskomplikowany pomiar może jednak dać w wielu przypadkach skrajnie różne wyniki od oczekiwanych. W artykule opisano, jak wykonać pomiary miernikiem Sonel PVM-1530 Max, aby wyniki oddawały rzeczywisty stan badanych paneli PV w oparciu o wytyczne normy PN-EN 61829 :2016-04 Panele fotowoltaiczne (PV) - Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowych na miejscu ich instalacji.

Zdjęcie 1. Zestaw mierników Sonel PVM-1530 Max

Aby zrozumieć, czym jest charakterystyka prądowo-napięciowa, poniżej pokazano typową charakterystykę I-U.

Rys. 1. Typowa charakterystyka I-U

Wpływ nasłonecznienia i temperatury na wyniki pomiarów

Miernik Sonel PVM-1530 potrafi zmierzyć podłączone panele i wykreślić charakterystykę w ciągu kilku sekund. Jednak samo podłączenie paneli do miernika to za mało, gdyż tak wykreśloną krzywą zwykle ciężko jest porównać do krzywej wzorcowej podanej przez producenta paneli PV dla warunków STC (Standard Test Conditions).

Rys. 2. Wykres krzywych I-U oraz P-U na wyświetlaczu miernika Sonel PVM-1530

Warunki STC zakładają:

nasłonecznienie równe E=1000 W/m2,
temperaturę paneli TPV=25oC,
współczynnik masy powietrza AM 1,5.

W rzeczywistości rzadko zdarza się, aby pomiary były przeprowadzane w warunkach STC. Dlatego, aby móc oszacować, czy zmierzona charakterystyka I-U jest poprawna, zwykle stosuje się korekcję zmierzonych wartości właśnie do warunków STC. Stąd w terenie konieczne jest odpowiednie rejestrowanie poziomu natężenia nasłonecznienia i temperatury, co umożliwi miernikowi przeliczenie zmierzonych wyników do wartości STC. Dopiero wówczas można sensownie porównywać wyniki przeliczone przez miernik z tymi podanymi przez producenta paneli.

Dlaczego pomiary nasłonecznienia i temperatury są tak ważne? Dlatego, że od tych parametrów silnie uzależnione są wartości prądu i napięcia, które będą generowane przez panele PV. A to w sposób bezpośredni przekłada się na generowaną moc. Rysunek 3 obrazuje wpływ nasłonecznienia na generację. Wraz ze wzrostem nasłonecznienia liniowo rośnie generowany prąd i moc, przy założeniu stałej temperatury paneli. Natomiast napięcie zależy w niewielkim stopniu od nasłonecznienia. Dlatego należy zadbać o to, aby mierzyć natężenie nasłonecznienia zewnętrznym miernikiem Sonel IRM-1 przy takim samym nachyleniu i orientacji, jak testowany łańcuch paneli.

Rys. 3. Wpływ nasłonecznienia na charakterystykę I-U

Norma PN-EN 61829 – standard pomiarów paneli PV

Norma PN-EN 61829 zakłada, że w przypadku pomiaru charakterystyki I-U oraz przeliczania wartości do warunków STC, minimalna wartość nasłonecznienia powinna wynosić co najmniej E=700 W/m2. Dlatego miernik Sonel PVM-1530 przed pomiarem krzywej I-U sprawdza, czy wartość nasłonecznienia mierzona przez główną sondę irradiancji Sonel IRM-1 wynosi powyżej 700 W/m2. Jeśli jest mniejsza, na ekranie miernika pojawi się stosowne ostrzeżenie - jak na Rys 4.

Rys. 4. Ostrzeżenie o zbyt małej irradiancji

Ale to nie wszystko. Ponieważ w łańcuchu może być nawet do kilkudziesięciu paneli, są one zamontowane na pewnym obszarze. Dlatego należy zwrócić uwagę, czy wszystkie panele w łańcuchu są zamontowane w tym samym kierunku, na równej powierzchni i czy nie ma znacznych różnic nasłonecznienia na powierzchni łańcucha. Jeżeli instalacja PV składa się z łańcuchów, gdzie są moduły o różnym kącie pochylenia, kierunku ustawienia, technologii bądź konfiguracji elektrycznej, należy wykonać pomiary dla każdego łańcucha oddzielnie.

Dwie sondy irradiancji – klucz do zgodności z normą

Norma PN-EN 61829 przewiduje, że należy mierzyć nasłonecznienie przynajmniej dwoma miernikami w różnych punktach łańcucha a różnica nasłonecznienia nie powinna być większa niż 2%. Dlatego PVM-1530 w wersji Max w standardowym wyposażeniu ma dwa mierniki irradiancji Sonel IRM-1, które pracują jako sonda główna i pomocnicza.

Zdjęcie 2. Dwie sondy nasłonecznienia na końcach łańcucha PV

Aby wykonać pomiar zgodnie z normą, rozsądnym jest sprawdzenie nasłonecznienia obiema sondami na dwóch końcach łańcucha. Jeśli Sonel PVM-1530 wykryje różnice nasłonecznienia powyżej 2%, zasygnalizuje to odpowiednim komunikatem na ekranie, jak na Rys. 5.

Rys. 5. Ostrzeżenie o zbyt dużej różnicy nasłonecznienia pomiędzy sondami

Bardzo ważne jest, że miernik Sonel PVM-1530 przy pomocy obu sond mierzy i zapisuje podczas pomiaru wartości nasłonecznienia dla wszystkich 100 punktów krzywej I-U. Wyniki te w postaci wykresów można obejrzeć na ekranie miernika, aby upewnić się, że podczas pomiaru charakterystyki I-U panowały stabilne warunki oświetleniowe.

Rys. 6. Wykresy nasłonecznienia i temperatury podczas pomiaru krzywej I-U z obu sond irradiancji

Stabilność warunków pomiarowych – jak uniknąć błędów?

Z poprzednich akapitów wynika, jak ważne jest kontrolowanie stabilności nasłonecznienia. Nie mniej ważna jest stabilność temperatury paneli. Zbyt duże rozbieżności temperatury paneli w instalacji mogą dać niemiarodajne wyniki charakterystyki I-U. Wpływ temperatury paneli na ich generację mocy nie jest tak znaczący jak wpływ nasłonecznienia, mimo to nie powinien być bagatelizowany. Panele charakteryzują się tym, że wraz ze wzrostem ich temperatury, nieznacznie wzrasta produkcja prądu i jednocześnie mocniej maleje generacja napięcia. Wynikiem obu tych zjawisk jest to, że generacja mocy maleje wraz ze wzrostem temperatury paneli. Zależności te przestawia Rysunek 7.

Rys. 7. Wpływ temperatury na charakterystykę I-U

Według normy PN-EN 61829 różnica temperatur paneli w mierzonym łańcuchu nie powinna przekraczać 1oC. Ponownie miernik Sonel PVM-1530 przy pomocy obu sond mierzy i kontroluje różnice temperatur paneli w łańcuchu. W przypadku wykrycia większej różnicy, na ekranie pojawi się komunikat ostrzegawczy jak na Rys. 8. Podczas pomiaru charakterystyki I-U, Sonel PVM-1530 także rejestruje temperaturę z obu sond. Dane te można przeglądać w postaci wykresów, podobnie jak nasłonecznienie (Rys. 6).

Rys. 8. Ostrzeżenie o zbyt dużej różnicy temperatur

Jak zagwarantować wiarygodność pomiarów I-U?

Podsumowując - należy zawsze pamiętać, że natura pomiaru charakterystyki I-U powoduje, iż wykresy i charakterystyczne wyniki pomiarów mogą być odmienne od oczekiwanych. Jednak takie pomiary powinny oznaczać, że coś niedobrego dzieje się z badaną instalacją PV, a nie wynikać z błędnej procedury pomiarowej.

Wszystkie funkcjonalności wymienione w artykule mają doprowadzić do tego, aby pomiar wykonany miernikiem Sonel PVM-1530 Max z dwoma sondami IRM-1 był miarodajny i dawał możliwie jak największe szanse na uniknięcie pomyłek związanych z procedurą pomiarową. Użytkownik powinien skupić się na analizie oceny wyniku dokonanej przez miernik, a nie martwić się, czy warunki pogodowe lub błędy w podłączeniu miernika miały negatywny wpływ na pomiar charakterystyki I-U.

Trzeba podkreślić, że Sonel PVM-1530 Max jest gotowy do pomiarów zgodnie z normą PN-EN 61829 od razu po rozpakowaniu i sparowaniu miernika z sondami. Pozostałe wersje mierników, które posiadają mniej niż dwie sondy IRM-1 (Sonel PVM-1530 i Sonel PVM-1530 Pro), mają takie same funkcjonalności po dodaniu odpowiedniej ilości sond.

Autor:
Mgr inż. Marcin Szkudniewski, Sonel S.A.

Bibliografia:
1. IEC 61829:2015 Photovoltaic (PV) array - On-site measurement of current-voltage characteristics.