Badanie bezpieczeństwa i efektywności instalacji fotowoltaicznych zgodnie z normą PN-EN 62446

6. Przeprowadzanie testów kategorii 2 przyrządami Metrel MI 3108 Eurotest PV i MI 3109 Eurotest PV Lite

6.1. Krok 1: Test charakterystyki prądowo-napięciowej I-V

Pierwszym krokiem w testach kategorii 2 jest test charakterystyki prądowo-napięciowej stringu. Jest to rozszerzona wersja pomiarów Voc i Isc z kategorii 1 – oprócz wartości tych wartości (które w sposób naturalny z dwóch stron domykają krzywą I-V) wykreślenie całej charakterystyki pozwala uzyskać również informacje o napięciu punktu mocy maksymalnej Vmpp, prądzie punktu mocy maksymalnej Impp oraz maksymalnej mocy uzyskanej właśnie w tym punkcie Pmax (Pmpp). Dodatkowo przy równoległym zastosowaniu miernika irradiancji wykreślona charakterystyka I-V może być przeliczona do warunków STC (Standard Test Conditions) co w konsekwencji umożliwia realną ocenę efektywności pracy danej instalacji w stosunku do danych katalogowych producenta. Oprócz tego sam kształt charakterystyki pozwala zdiagnozować kilka podstawowych nieprawidłowości w pracy instalacji.

Norma PN-EN 62446-1 opisuje procedurę prawidłowej oceny efektywności pracującej instalacji – poniżej opiszemy tę procedurę w oparciu o obsługę przyrządów Metrel MI 3108 oraz MI 3109 (dla obu mierników jest ona w gruncie rzeczy tożsama).

W pierwszej kolejności konieczne jest sprawdzenie wartości aktualnej irradiancji w płaszczyźnie modułów ponieważ do poprawnego sprawdzenia efektywności norma PN-EN 62446-1 definiuje minimalną irradiancję, przy której takie badanie ma jakikolwiek sens na poziomie 400W/m² – najlepiej jednak aby ta wartość przekraczała 500W/m² i taka wartość jest przyjmowana jako warunek graniczny w omawianych przyrządach firmy Metrel. Przy mniejszych wartościach wykreślanie charakterystyki I-V jest oczywiście możliwe jednak niemożliwe jest przeliczenie jej do warunków STC, ponieważ wynik byłby skrajnie niemiarodajny. Norma PN-EN 61829 opisująca precyzyjnie zagadnienie badania efektywności modułów fotowoltaicznych i dokładne przeliczanie do wartości STC (25°C, 1000W/m²,współczynnik masy powietrza AM 1,5) definiuje wartość minimalną irradiancji jako 700W/m². Korzystając z mierników MI 3108 lub MI 3109 mamy do dyspozycji kilka sposobów rejestracji jak i wprowadzania ręcznego wartości irradiancji i temperatury przyjmowanych do obliczeń. Omówimy pokrótce każdy z nich:

Sposób 1: Pomiar z wykorzystaniem zewnętrznego rejestratora A 1378 PV Remote Unit

Zarówno Metrel MI 3108 Eurotest PV w wersji PS jak i MI 3109 Eurotest PV Lite w wersji PS zawierają w wyposażeniu zewnętrzny rejestrator irradiancji i temperatury A 1378 PV Remote Unit. Rejestrator ten jest odpowiedzialny za ciągłe, równoległe rejestrowanie parametrów środowiskowych podczas wykonywania pomiarów przyrządem MI 3108 czy MI 3109. Przed rozpoczęciem pomiarów należy połączyć przyrząd i rejestrator poprzez port PS/2 i przeprowadzić synchronizację czasu obu elementów.

Synchronizacja ta wykonywana jest jednorazowo przed pierwszym pomiarem. Po poprawnej zsynchronizowaniu czasów przyrządy są rozłączane i nie wymagają wzajemnej komunikacji aż do zakończenia pomiarów, co umożliwia bezproblemowe korzystanie z zestawu nawet w przypadku dużych odległości pomiędzy elementami. Na wyposażeniu przyrządów znajdują się również czujnik irradiancji (ogniwo wzorcowe) oraz czujnik temperatury panelu, które w tym sposobie podłączane są właśnie do rejestratora A 1378:

Czujnik irradiancji powinien być umieszczony w płaszczyźnie panelu w taki sposób aby nie był zacieniony ani narażony na odbite światło. Czujnik temperatury natomiast powinien być umieszczony z tyłu panelu – możliwie najbliżej środka ogniwa i modułu. Po prawidłowym umiejscowieniu czujników i podłączeniu ich do rejestratora – uruchamiamy rejestrację – przyrząd stabilizuje wskazania i jeśli warunki są odpowiednie rozpoczyna rejestrację parametrów aż do momentu ręcznego zatrzymania procedury zapisu.

Rejestrator próbkuje sygnały z czujników i zapisuje z przypisaniem dokładnej daty, godziny, minuty i sekundy, aby po zakończeniu pomiarów urządzeniem Metrel MI 3108 lub MI 3109 można było uzyskane wyniki i charakterystykę przeliczyć do wartości STC w oparciu o dane środowiskowe zarejestrowane przez rejestrator A 1378 oraz wprowadzone parametry elementów składowych instalacji i ich konfigurację. Będzie to wymagało ponownej synchronizacji rejestratora i miernika po zakończeniu pomiarów (dokładnie na tej samej zasadzie, co przeprowadzana przed pomiarami synchronizacja czasu). Po dokonaniu synchronizacji wyniki i charakterystyki zapisane w pamięci miernika zostaną natychmiastowo przeliczone do wartości STC w oparciu o pobrane z rejestratora dane i dopisane do adekwatnych komórek pamięci obok istniejących wartości zmierzonych. Ten sposób pomiaru jest najdokładniejszy, ponieważ uwzględnia wszystkie zmiany warunków pracy instalacji (irradiancja, temperatura panelu) podczas wykonywania testów charakterystyk I-V (co znacznie ułatwia pracę w przypadku badania dużej liczby stringów w rozległej instalacji). Dodatkowo (zgodnie z zaleceniami PN-EN 61829 – aby pomiary wykonywać na instalacji z ustabilizowaną temperaturą paneli) rejestrator A 1378 monitoruje temperaturę ogniwa również do 15 minut przed wykonaniem danego pomiaru charakterystyki I-V. Wykonywanie pomiarów z użyciem A 1378 jest więc sposobem pozwalającym na osiągnięcie najbardziej precyzyjnych wyników i jest zalecany w większości przypadków pomiarów całej instalacji.

Sposób 2: Jednorazowy pomiar wartości środowiskowych z poziomu miernika Metrel MI 3108 lub MI 3109

W pewnych sytuacjach, kiedy pomiary służą celom orientacyjnym (lub instalacja jest mała, a warunki środowiskowe stabilne) można zrezygnować z ciągłej rejestracji irradiancji i temperatury na rzecz jednorazowego pomiaru tych wartości. W takim przypadku nie ma oczywiście potrzeby synchronizacji z zewnętrznym rejestratorem parametrów środowiskowych, sondy są podłączane bezpośrednio do przyrządu pomiarowego (rozmieszczenie zgodnie z opisem w sposobie 1), a wartości STC obliczane bezpośrednio po zakończeniu pomiaru.

Sposób 3: Ręczne wprowadzanie wyników uzyskanych z innego przyrządu pomiarowego

Oprócz wspomnianych wyżej sposobów użytkownik przyrządów MI 3108 i MI 3109 może ręcznie wprowadzić wartości odczytane z innych urządzeń. Podobnie jak w przypadku sposobu nr 2 tutaj również wyniki przeliczone do STC zostają wyświetlone od razu z wartościami zmierzonymi.

Niezależnie od wybranego sposobu dostarczania informacji o warunkach środowiskowych sam pomiar wykonywany jest w sposób identyczny (jak wspomniano jedyną różnicą jest fakt, że w sposobie 1 na wyniki przeliczone do STC musimy poczekać do ponownej synchronizacji z rejestratorem A 1378, a w sposobach 2 i 3 wartości te wyświetlane są od razu).

6.2. Krok 2: Inspekcja instalacji fotowoltaicznej kamerą termowizyjną

Badanie kamerą termowizyjną instalacji fotowoltaicznych nie stanowi tematu głównego niniejszej publikacji – postaramy się jednak zwięźle przekazać najważniejsze założenia przeprowadzenia tych pomiarów. Głównym celem tego typu pomiarów jest uchwycenie nienaturalnego rozkładu temperatur na elementach instalacji podczas jej normalnej pracy m.in. punktów o znacznie podwyższonej temperaturze czyli tzw. hotspotów. W ten sposób można zdiagnozować m.in. odwróconą polaryzację ogniw, awarię diody obejściowej czy innych uszkodzeń elementów instalacji. Pomiary powinny być wykonywane przy irradiancji większej niż 400W/m², a optymalnie przy 600W/m². W przypadku gdy wykryte zostaną anomalia należy podjąć dalsze kroki w celu eliminacji usterek. Oczywiście pomiary należy wykonywać odpowiednio dobraną kamerą termowizyjną z optyką dobraną do wielkości instalacji oraz odległości, z jakiej będziemy ją badać. Dokładny opis procedury sprawdzenia można znaleźć w zapisach normy PN-EN 62446-1.

7. Testy dodatkowe

Testy dodatkowe obejmują m.in. badanie napięcia względem ziemi, test diody zaporowej, pomiar rezystancji izolacji na mokro oraz ocenę zacienienia i są zazwyczaj wykonywane w celu diagnozy usterki wykrytej w wyniku wykonania testów kategorii 1 i 2. Szczegółowe informację również można znaleźć w zapisach normy PN-EN 62446-1.