Три этапа ввода в эксплуатацию фотоэлектрической системы
Введение
Даже самая продуманная система не застрахована от неисправностей. Поэтому процедура ввода в эксплуатацию крайне важна: именно на этом этапе устанавливаются номинальные эксплуатационные характеристики, с которыми систему будет принимать заказчик и на которые будут ориентироваться во время технического обслуживания. От правильно выполненного ввода в эксплуатацию зависит не только технический потенциал ФЭ системы, но и срок службы, безопасность, окупаемость и соответствие условиям гарантийного сервиса.
Содержание
- Введение
- Этап 1. Расчет параметров и монтаж ФЭ системы
- Этап 2. Измерение вырабатываемой энергии
- Этап 3. Диагностика отклонений
Этап 1. Расчет параметров и монтаж ФЭ системы
Для достижения необходимых эксплуатационных характеристик, оцените ресурс солнечной энергии в месте монтажа системы с учетом тени, которая может падать на панели. Ресурс солнечной энергии измеряется в пиковых солнце-часах: это количество часов в день, за которые установка вырабатывает 1000 Вт на квадратный метр.
Например, во многих районах Калифорнии ресурс солнечной энергии очень высокий: 6000 Вт на квадратный метр или 6 пиковых солнце-часов. Измеритель солнечного излучения Fluke IRR-1 позволяет определить фактический уровень солнечного освещения (в Вт/м2) и затенение на месте установки для вычисления номинальных эксплуатационных характеристик.
Предположим, вы намереваетесь использовать фотоэлектрическую панель на 10 кВт. Чтобы рассчитать плановую годовую выработку энергии, необходимо умножить мощность панелей (10 кВт) на 6 (количество пиковых солнце-часов), а также на 365 (количество дней в году) и на 0,85 (учет потерь в проводке и инверторе, которые составляют 15%). Данная панель должна производить 18 615 кВт⋅ч электроэнергии в год или 51 кВт⋅ч в день.
Этап 2. Измерение вырабатываемой энергии
После монтажа системы необходимо убедиться в том, что она работает должным образом. Для этого следует замерить электрические параметры панели и вырабатываемую ею мощность.
Мощность, вырабатываемая фотоэлектрической панелью, зависит от ее вольт-амперной характеристики (ВАХ). Инвертор не только преобразует постоянный ток в переменный, но и поддерживает такие значения силы тока и напряжения, при которых фотоэлектрическая цепь вырабатывает максимальную мощность (произведение напряжения и силы тока).
Ток короткого замыкания (Iкз) — это максимальный ток от элемента, при котором электроэнергия не вырабатывается, так как отсутствует разность напряжений: положительный и отрицательный провода соприкасаются.
Напряжение холостого хода (Vхх) — это максимальное напряжение, которое может выдавать элемент. При этом электроэнергия не вырабатывается, поскольку цепь разомкнута. Точка, в которой модуль вырабатывает максимальную электроэнергию, называется точкой максимальной мощности (ТММ).
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) фотоэлектрического модуля
Чтобы проверить, работает ли панель должным образом, необходимо узнать значения Vхх и Iкз, указанные в технической документации модуля. Измерьте Vхх и Iкз до и после установки.
Значение Vхх измеряется посредством токоизмерительных клещей Fluke 393 FC CAT III и является разницей напряжений между положительной и отрицательной клеммами. Прибор 393 FC соответствует категории электробезопасности CAT III 1500 В / CAT IV 600 В — его можно безопасно применять для проведения измерений на участках с категорией перенапряжения CAT III, таких как установки солнечной энергии.
С помощью инфракрасного термометра Fluke 64 МАХ определите температуру модуля, чтобы скомпенсировать ее влияние на значение Vхх (чем ниже температура, тем выше напряжение и наоборот). При измерении значения Vхх Fluke 393 FC может выдать звуковое предупреждение, сообщающее об обратной полярности. Если полярность одного из фотоэлектрических модулей, соединенных в цепь последовательно, была случайно изменена на противоположную, напряжение на входах комбинационной коробки и инвертора может оказаться меньше расчетного и, как результат, сгенерированная мощность тоже окажется заниженной.
Для измерения значения Iкз отсоедините все параллельно подключенные цепи и, убедившись в безопасности процедуры, замкните цепь. Измерьте ток между положительной и отрицательной клеммами с помощью мультиметра. Установите регулятор на диапазон силы тока с запасом относительно расчетного значения. Запишите показания Iкз и Vхх в приложении Fluke Connect™ и сохраните их для отчетности и отслеживания динамики.
Проверьте сопротивление изоляции проводников соединений между модулями, а также между модулями и стойками. С помощью клещей Fluke 1630-2 FC измерьте сопротивление заземления и убедитесь, что оно составляет ˂25 Ом.
Этап 3. Диагностика отклонений
Даже при правильном монтаже фотоэлектрическая система может вырабатывать меньше энергии, чем планировалось. Очень важно, чтобы модуль обладал соответствующими электрическими характеристиками, поскольку инвертор рассчитан на работу только при определенном уровне минимального и максимального напряжений на входе, ниже и выше которого он не будет преобразовывать электричество.
Сценарий А. Напряжение холостого хода или ток короткого замыкания выше или ниже значений, указанных в технической документации
В этом случае в составе ФЭ цепи есть один или несколько модулей, характеристики которых не соответствуют техническим требованиям. Если напряжение холостого хода выходит за пределы допустимого диапазона, это значит, что инвертор не может обеспечить ожидаемую выходную мощность. Если ток короткого замыкания выходит за пределы допустимого диапазона, это может свидетельствовать, что характеристики модулей имеют отличия.
Вследствие этого может серьезно ухудшиться продуктивность массива, поскольку ток цепи ограничивается модулем с самым низким током. Выявите не соответствующие требованиям модули и замените их.
Прибор Fluke 393 FC может измерять напряжение, силу тока и мощность постоянного тока. Кроме того, он оснащен звуковым индикатором, предупреждающим об обратной полярности в фотоэлектрических панелях.
Сценарий Б. Низкая выходная мощность
Если выходная мощность ниже ожидаемой, то, возможно, это следствие неполадки. Небольшое колебание выходного сигнала допустимо, однако если выходной сигнал стабильно меньше расчетного значения, это может быть признаком неисправной ФЭ цепи, замыкания на землю или затенения.
Одной из причин могут быть так называемые горячие зоны, накопление тока и тепла на короткозамкнутом элементе, что приводит к снижению продуктивности и возможному возгоранию. Тепловизоры, такие как инфракрасная камера Fluke Ti480 PRO или тепловизор Fluke TiS75+, способны быстро выявить такие горячие зоны.
Еще одной причиной могут быть короткие замыкания на землю, но их труднее обнаружить. Для этого необходимо измерить напряжение и силу тока на каждом проводнике, а также на защитном заземляющем проводнике, по которому блуждающие токи уходят в землю.
Присутствие напряжения и тока на защитном заземляющем проводнике свидетельствует о наличии короткого замыкания на землю. Оно может возникать из-за поврежденной изоляции проводников, ошибок монтажа, защемления проводов и попадания на проводник воды, по которой ток утекает от него к защитному заземляющему проводнику. Выявите источник неполадки. При необходимости замените поврежденные провода и устраните нарушения условий эксплуатации.
Другими причинами низкой выходной мощности могут быть затенение, неправильный наклон и азимут. С помощью прибора Solar Pathfinder найдите источники тени и по возможности устраните их. Вероятно, изменить наклон и азимут уже смонтированной установки так, чтобы улучшить положение панелей относительно солнца, не удастся, однако в любом случае следует зафиксировать эти значения как эталонные.
От крупных фотоэлектрических систем электроэнергия после инвертора поступает на трансформаторы для повышения напряжения, затем — на распределительное устройство и кабели среднего напряжения, на которых часто наблюдается деградация изоляции, что сопровождается снижением ее сопротивления. Для кабелей среднего и высокого напряжения используйте тестер сопротивления изоляции Fluke 1555 FC 10 кВ, который может работать с напряжениями до 10 000 В.
Для систем с батарейным питанием сравните расчетные напряжение и уровень заряда с фактическими при помощи анализатора батарей Fluke серии 500.
