Het beheersen van het hotspot-effect in fotovoltaïsche modules
Het hot spot-effect in fotovoltaïsche modules is een veelvoorkomend probleem dat door verschillende factoren wordt veroorzaakt. Er zijn preventieve maatregelen die kunnen worden genomen:
Oorzaken van het hotspoteffect
- Schaduw: Wanneer een deel van de cellen van de fotovoltaïsche module in de schaduw staat (door bladeren, stof, vogelpoep, enz.), kunnen deze cellen in een sperrichting terechtkomen, wat energie verbruikt en lokale temperatuurstijgingen veroorzaakt. Deze opgehoopte warmte kan leiden tot hotspots, die mogelijk de cellen of de inkapselingsmaterialen beschadigen.1118
- Interne defectenKwaliteitsproblemen in de cellen, zoals interne defecten of slecht soldeerwerk, kunnen ook leiden tot het hotspoteffect. Deze problemen veroorzaken een abnormaal hoge weerstand tijdens bedrijf, wat leidt tot een hoger stroomverbruik en plaatselijke verhitting.4
- Slecht moduleontwerp:Als het ontwerp van fotovoltaïsche modules niet goed is, bijvoorbeeld doordat de cellen dicht op elkaar zitten of als de opstelling niet goed is, kan er schaduw ontstaan en kunnen er hotspots ontstaan.111819
Gevolgen van het hotspoteffect
- Verminderde moduleprestaties:Het hotspoteffect vermindert het vermogen van beschaduwde cellen aanzienlijk, wat de algehele prestaties van de fotovoltaïsche module beïnvloedt. Experimentele gegevens tonen aan dat hotspoteffecten het piekvermogen met ongeveer 10% kunnen verminderen.2
- Veiligheidsrisico's:Langdurige hotspoteffecten versnellen de veroudering van modules en kunnen brand veroorzaken, wat een veiligheidsrisico vormt voor fotovoltaïsche energiecentrales.19
Preventieve maatregelen
- Bypassdiodes installeren
- Werkingsprincipe: Aan beide uiteinden van elke celstreng is een bypassdiode parallel geschakeld. Wanneer een beschaduwde cel in een sperrichting komt, geleidt de diode, waardoor het beschaduwde deel kortgesloten wordt en de stroom die erdoorheen vloeit, afneemt, wat de warmteontwikkeling vermindert.123
- EffectverificatieSimulaties en praktijktests tonen aan dat de installatie van bypass-diodes de spanning aan beide zijden van beschaduwde cellen aanzienlijk kan verlagen, waardoor overmatige stroom wordt voorkomen en hotspoteffecten effectief worden beheerst. Experimentele gegevens wijzen erop dat met geïnstalleerde bypass-diodes de stroomreductie aanzienlijk is en de maximale afname van het uitgangsvermogen niet hoger is dan 5%.2
- Ontwerp fotovoltaïsche systemen zorgvuldig
- Afstand tussen arraysBij het ontwerpen van fotovoltaïsche installaties is het essentieel om de afstand tussen de panelen zodanig te regelen dat er geen schaduw ontstaat.23
- Ondersteuningshoogte: Zorg voor een goede hoogte van de steunframes, vooral in begroeide gebieden. Regelmatig onderhoud is noodzakelijk om overwoekering en schaduwvorming te voorkomen.3
- Omgeving:Tijdens het ontwerp en de bouw van fotovoltaïsche installaties moet u rekening houden met de omgeving om te voorkomen dat gebouwen schaduw werpen op de zonnepanelen.2
- Operationeel en onderhoudsmanagement
- Regelmatig schoonmaken:Maak de oppervlakken van de fotovoltaïsche modules regelmatig schoon om stof en uitwerpselen te verwijderen, zodat er minder hotspots ontstaan.23
- FoutdetectieGebruik infrarooddetectie en elektrische metingen om de operationele status van zonnepanelen regelmatig te controleren en hotspotproblemen snel te identificeren en aan te pakken. Infrarooddetectie kan hotspots nauwkeurig observeren en automatische rapportgeneratie ondersteunen, wat de besluitvorming van onderhoudspersoneel ondersteunt.
- Innovatieve preventiestrategieën
- In-serie weerstandenDoor weerstanden in celstrengen te introduceren, kan de omgekeerde spanning van de hotspotcellen worden gedeeld, waardoor zowel het vermogensverlies als de temperatuur worden verminderd. Het ontworpen preventiecircuit omvat spanningscomparatoren, vermogens-MOSFET's, diodes en spanningsdelerweerstanden om hotspoteffecten effectief te beheersen.7
- Optimaliseer de topologie van fotovoltaïsche arraysDoor de topologie van fotovoltaïsche panelen te optimaliseren, bijvoorbeeld door compatibele zonnepanelen in serie te schakelen of de opstelling van de panelen te herstructureren met behulp van schakelcircuits, kunnen schaduweffecten worden beperkt.4
Conclusie
Om het hotspoteffect effectief te voorkomen en te beheersen, is een veelzijdige aanpak noodzakelijk. Fabrikanten moeten hun productieprocessen strikt beheren om cellen en modules van hoge kwaliteit te garanderen; gebruikers moeten bij de aanschaf betrouwbare celfabrikanten kiezen; bij het ontwerp van de installatie moet een redelijke lay-out worden aangehouden om schaduwvorming te voorkomen; en tijdens het onderhoudsmanagement moeten regelmatig reiniging en monitoring worden uitgevoerd om storingen snel te verhelpen.
Innovatieve strategieën, zoals serieschakeling van weerstanden en geoptimaliseerde topologieën van fotovoltaïsche systemen, zijn weliswaar duurder, maar kunnen hotspoteffecten effectiever beheersen en zo de opwekkingsefficiëntie en betrouwbaarheid van fotovoltaïsche systemen verbeteren.
