Мониторинг температуры фотоэлектрических модулей в регионах с экстремально высокими температурами.

Солнечные электростанции на Ближнем Востоке, в Индии, Африке и Австралии часто работают в условиях интенсивного солнечного света и повышенной температуры окружающей среды. Хотя обильное солнечное излучение создает благоприятные условия для выработки электроэнергии, чрезмерное тепло также может снизить эффективность фотоэлектрических (ФЭ) модулей.

Для разработчиков солнечных электростанций, подрядчиков по проектированию, закупкам и строительству (EPC), а также групп по эксплуатации и техническому обслуживанию (O&M):, мониторинг температуры фотоэлектрического модуля Это необходимо для понимания тепловых потерь и оценки фактической производительности установки.

Грамотно разработанная система мониторинга объединяет измерения температуры модуля, солнечной радиации, температуры окружающей среды и ветра, чтобы обеспечить более четкое представление об условиях эксплуатации.

В данной статье рассматриваются проблемы мониторинга фотоэлектрических модулей в жарком климате, практические методы установки датчиков и рекомендуемые конфигурации мониторинга для солнечных электростанций, расположенных в пустынных районах и при высоких температурах.

1. Почему высокие температуры влияют на производительность солнечных фотоэлектрических систем

1.1 Взаимосвязь между температурой модуля и выходной мощностью

Солнечные фотоэлектрические модули преобразуют солнечный свет в электрическую энергию. Однако не вся поглощенная солнечная радиация преобразуется в электричество. Часть превращается в тепло, что повышает рабочую температуру модуля.

В большинстве традиционных фотоэлектрических модулей на основе кристаллического кремния повышение температуры ячейки приводит к снижению максимальной электрической мощности.

Степень снижения зависит от температурного коэффициента мощности модуля, который обычно указывается в техническом описании производителя.

Упрощенный расчет выглядит так:

Изменение мощности, зависящее от температуры (%) ≈ Разница температур (°C) × Температурный коэффициент мощности (%/°C)

Рассмотрим наглядный пример фотоэлектрического модуля со следующими характеристиками:

• Эталонная температура ячейки: 25°C
• Рабочая температура ячейки: 65°C
• Температурный коэффициент мощности: −0,35%/°C

Предполагаемое изменение мощности составляет:

(65 − 25) × (−0.35%) = −14%

При прочих равных условиях максимальная мощность модуля будет примерно на 141Т3Т ниже, чем его значение при эталонной температуре.

Это иллюстративный расчет, а не измеренные потери мощности установки. Фактическая производительность зависит от технологии модулей, интенсивности излучения, условий охлаждения и других системных факторов. Кроме того, измерение температуры задней поверхности не обязательно совпадает с измерением температуры ячейки.

Он Документация по модели системного консультанта NREL В статье объясняется, как модели производительности фотоэлектрических систем учитывают температурные коэффициенты и условия эксплуатации.

1.2 Почему одной лишь температуры окружающей среды недостаточно

Распространенным ограничением в системах мониторинга солнечных электростанций является зависимость оценки условий работы модулей от температуры окружающего воздуха.

Однако, Температура фотоэлектрического модуля может быть значительно выше температуры окружающей среды. в периоды сильного облучения.

На температуру модуля влияют следующие факторы:

• Интенсивность солнечного излучения
• Температура окружающего воздуха
• Скорость ветра и конвективное охлаждение
• Конструкция для крепления модуля и вентиляция
• Конструкция модуля и тепловые свойства
• Местные условия установки

Две фотоэлектрические батареи, работающие при одинаковой температуре окружающей среды, могут иметь разные температуры модулей из-за различий в ветровом воздействии, геометрии крепления или солнечном излучении.

Прямой мониторинг температуры солнечных панелей предоставляет более полезную информацию для оценки изменений производительности, связанных с температурой.

2. Мониторинг температуры фотоэлектрических модулей в основных регионах с жарким климатом.

Различные географические регионы создают специфические проблемы для мониторинга температуры на солнечных электростанциях.

2.1 Ближний Восток: Солнечные электростанции в пустыне

В Саудовской Аравии, Объединенных Арабских Эмиратах, Омане и других странах Ближнего Востока солнечные электростанции часто сталкиваются с сильным солнечным излучением, высокими летними температурами и запыленностью.

При разработке требований к мониторингу следует учитывать следующее:

• Высокие дневные температуры модулей
• Накопление пыли и песка
• Значительные перепады температуры между днем и ночью.
• Воздействие солнечного света и тепла на кабель датчика
• Ограниченная доступность удаленных солнечных электростанций

Для установок в пустыне, сочетание датчики температуры на задней панели модуля, датчики освещенности в плоскости антенной решетки и системы локального мониторинга погоды. помогает операторам оценивать, как тепловые и экологические условия влияют на выработку электроэнергии.

Потери, связанные с пылью, следует по возможности оценивать отдельно, поскольку одних только измерений температуры недостаточно для количественной оценки потерь от загрязнения.

2.2 Индия: Высокотемпературные электростанции и солнечные батареи на крышах

В Индии существует несколько климатических зон, для которых характерны различные проблемы мониторинга.

Солнечные электростанции в Раджастане и Гуджарате могут работать в условиях жаркой и сухой погоды, в то время как в других регионах наблюдаются сочетания жары, влажности, сезонных осадков и загрязняющих веществ в воздухе.

Для крупномасштабных солнечных электростанций мониторинг температуры модулей позволяет проводить сравнения между различными блоками массива.

При установке солнечных батарей на крышах промышленных зданий особое внимание следует уделить зазорам для монтажа и естественной вентиляции.

Модуль, установленный вблизи поверхности крыши, может работать иначе, чем аналогичный модуль, смонтированный на открытой наземной конструкции.

2.3 Африка: удаленные солнечные электростанции и переменчивые условия размещения

Развитие солнечной энергетики на рынках Северной и Южной Африки может характеризоваться высокой интенсивностью солнечного излучения, повышенными температурами и запыленностью окружающей среды.

При проектировании системы мониторинга следует учитывать:

• Типичное размещение датчиков
• Надежная защита кабеля для наружного применения
• Долгосрочная регистрация данных о температуре
• Удалённая коммуникационная инфраструктура
• Доступ для технического обслуживания и воздействие окружающей среды

Датчики температуры, интегрированные с регистраторами данных и системами удаленного мониторинга, позволяют проводить непрерывную оценку производительности без необходимости постоянного наблюдения на месте.

2.4 Австралия: высокая интенсивность солнечного излучения и экстремальные летние условия

В австралийских солнечных электростанциях, расположенных во внутренних и засушливых регионах, может наблюдаться интенсивное солнечное излучение, жаркая погода и значительные перепады температур между днем и ночью.

Ветровые условия также влияют на охлаждение модуля.

Для крупных установок измерения температуры на репрезентативных участках массива могут помочь выявить различия между различными конструкциями крепления, ориентациями и условиями эксплуатации.

Цель состоит не просто в том, чтобы зафиксировать самую высокую температуру. Она заключается в том, чтобы понять, как изменение температурных условий соотносится с доступностью солнечной энергии и выработкой электроэнергии.

3. Принцип работы датчиков температуры фотоэлектрических модулей

A Датчик температуры фотоэлектрического модуля Измеряет температуру солнечного модуля, обычно путем прямого контакта с его задней поверхностью.

В зависимости от конструкции устройства, в термочувствительных элементах могут использоваться принципы измерения на основе сопротивления или полупроводниковые методы.

Датчик преобразует изменения температуры в электрический сигнал, который может быть обработан совместимым оборудованием для мониторинга.

К типичным устройствам интеграции относятся:

• Станции мониторинга погоды для фотоэлектрических систем
• Регистраторы данных и RTU
• Промышленные контроллеры
• Системы SCADA
• Платформы удаленного мониторинга IoT

Форматы выходных данных датчика и технические характеристики измерений различаются в зависимости от модели и должны быть подтверждены в технической документации выбранного изделия.

Зависимость температуры задней части модуля от температуры ячейки.

Эти два параметра тесно связаны, но не следует рассматривать их как идентичные.

Датчик, расположенный сзади, измеряет температуру задней поверхности модуля. Внутренние фотоэлектрические элементы могут работать при другой температуре из-за теплопередачи через материалы модуля.

Для моделирования характеристик с учетом температурной коррекции необходимо использовать соответствующий метод для учета зависимости между измеренной температурой модуля и расчетной температурой ячейки.

Для получения дополнительной информации об основных принципах работы датчиков, прочитайте следующее: Датчики температуры фотоэлектрических модулей для мониторинга солнечных электростанций.

4. Рекомендации по установке датчиков температуры модулей в условиях экстремальной жары.

Надежный контроль температуры начинается с правильной установки.

международный стандарт МЕК 61724-1:2021 Предоставляет рекомендации по мониторингу производительности фотоэлектрических систем, включая измерение температуры модулей.

4.1 Выберите репрезентативный модуль

Датчики температуры следует устанавливать на фотоэлектрических модулях, которые соответствуют оцениваемым условиям эксплуатации.

Подходящим местом для установки обычно является:

• На обратной поверхности фотоэлектрического модуля
• Вблизи центра ячейки, близко к центру модуля.
• Вдали от распределительных коробок и краев рамы.
• На неповрежденном, репрезентативном модуле.
• Доступен для осмотра, когда это будет целесообразно.

Для крупных установок может потребоваться несколько точек мониторинга, поскольку температура изменяется по всей поверхности массива.

4.2 Обеспечение надлежащего теплового контакта

Плохой контакт между датчиком и поверхностью модуля может привести к ошибкам измерения.

Перед установкой монтажную поверхность следует очистить в соответствии с инструкциями производителя датчика и модуля.

Используйте подходящий теплопроводящий клей или одобренный способ крепления.

Материал крепления должен быть совместим с задней поверхностью модуля и обеспечивать надежный контакт в условиях окружающей среды.

4.3 Защита проводки от высоких температур и воздействия ультрафиолетового излучения

При установке оборудования в пустынных условиях особое внимание следует уделить проводке и разъемам датчиков.

К передовым методам монтажа относятся:

• Выбор кабелей, подходящих для ожидаемых температур и воздействия солнечного света.
• Крепление проводки для предотвращения её смещения и истирания.
• Обеспечение надлежащей защиты кабеля от натяжения.
• Защита открытых разъемов от воздействия окружающей среды.
• Избегайте ненужного контакта с острыми краями каркаса модуля.

В случае двусторонних модулей размещение датчиков на задней стороне и прокладка кабелей также должны минимизировать препятствия для света, достигающего задних ячеек.

4.4 Проверка работоспособности датчика

Проверка и подтверждение работоспособности датчиков должны быть частью планового технического обслуживания систем мониторинга фотоэлектрических систем.

Группы по эксплуатации и техническому обслуживанию должны проверять крепление датчиков, состояние кабелей, стабильность связи и согласованность измерений.

Резкое изменение показаний соседних датчиков температуры не обязательно указывает на неисправность фотоэлектрического модуля. Следует учитывать проблемы с установкой, неисправности датчиков, различия в локальных условиях и реальные температурные различия.

5. Интеграция данных о температуре модуля с данными об освещенности и погодных условиях.

Мониторинг температуры становится значительно более полезным в сочетании с другими измерениями, проводимыми на солнечных электростанциях.

5.1 Основные параметры

5.2 Понимание потерь производительности, связанных с температурой

Рассмотрим фотоэлектрическую электростанцию в жарком климате, которая демонстрирует высокую интенсивность солнечного излучения в плоскости массива, но более низкую, чем ожидалось, выработку электроэнергии.

Оператор может расследовать произошедшее с помощью структурированного процесса:

Шаг 1: Проверьте измерения интенсивности излучения.

Проверьте, насколько точно данные об освещенности отражают условия работы фотоэлектрической батареи.

Шаг 2: Проверьте температуру модуля.

Сравните измеренную температуру с ожидаемой при наблюдаемой интенсивности излучения и условиях окружающей среды.

Шаг 3: Проанализируйте данные о ветре.

Оцените, могли ли низкая скорость ветра или ограниченная вентиляция способствовать повышению температуры модуля.

Шаг 4: Сравните ожидаемый объем выработки электроэнергии с учетом температурной корректировки с фактическим объемом выработки.

Используйте соответствующую модель фотоэлектрического модуля и температурный коэффициент модуля.

Шаг 5: Изучите оставшиеся различия в производительности.

Проверьте наличие возможных загрязнений, затенения, ограничений инвертора, электрических неисправностей и ограничений мощности.

Такой подход помогает избежать ситуации, когда снижение выработки электроэнергии связывают с высокой температурой.

5.3 Анализ температурных данных и коэффициентов производительности

Коэффициент производительности (PR) используется для оценки эффективности фотоэлектрической системы относительно доступного солнечного ресурса.

На эффективность традиционных методов измерения PR влияет рабочая температура, поэтому данные о температуре особенно полезны при сравнении производительности установок в разные сезоны или в различных климатических условиях.

Методы расчета PR с температурной коррекцией могут помочь учесть предсказуемые тепловые эффекты.

Однако одного лишь мониторинга температуры недостаточно для расчета PR. Необходимы также надежные измерения выработки энергии и интенсивности излучения.

JW-IoT предоставляет Решение для метеостанции на базе фотоэлектрической электростанции который объединяет данные о солнечном излучении, температуре модуля, метеорологические измерения и сбор данных для мониторинга фотоэлектрических систем.

5.4 Дистанционный мониторинг температуры и визуализация данных

При наличии соответствующей поддержки со стороны выбранной системы сбора данных, измерения температуры могут передаваться на централизованную платформу мониторинга.

К полезным функциям панели управления относятся:

• Динамика температуры модуля в реальном времени
• Сравнение температур между точками мониторинга
• Диаграммы корреляции между освещенностью и температурой
• Анализ исторических данных
• Состояние связи датчика
• Настраиваемые оповещения о ненормальной температуре

Система оповещений должна основываться на специфических для проекта условиях эксплуатации, а не на едином универсальном температурном пороге.

6. Рекомендуемый комплект для мониторинга температуры фотоэлектрических элементов для солнечных электростанций в условиях жаркого климата.

Для подрядчиков, занимающихся проектированием, закупками и строительством (EPC), системных интеграторов и операторов солнечных электростанций модульная конфигурация мониторинга позволяет выбирать датчики в соответствии с требованиями проекта.

6.1 Рекомендуемые компоненты мониторинга

Это предлагаемые компоненты системы, а не фиксированный набор продуктов. Окончательная конфигурация зависит от масштаба проекта, требований к точности и существующей инфраструктуры предприятия.

6.2 Варианты оборудования для мониторинга JW-IoT

Вариант А: Интегрированная метеостанция на солнечных батареях

Он Метеостанция на солнечных батареях для мониторинга электростанции объединяет данные о солнечном излучении, температуре модуля и метеорологические данные.

В указанную конфигурацию JW-XF500S-CWB(YN22) входят:

• Диапазон измерения температуры модуля: от −20°C до +80°C
• Точность измерения температуры модуля: ≤ ±0,2°C
• Измерение солнечной радиации: 0–2000 Вт/м²
• Связь RS485 Modbus RTU
• Комплексные измерения ветра и параметров окружающей среды

Перед выбором датчика для применения в условиях экстремальных температур следует сверить ожидаемые рабочие температуры с указанным диапазоном измерений.

Вариант B: Настраиваемая станция мониторинга погоды на основе фотоэлектрических панелей

Он Метеостанция для мониторинга солнечных электростанций с распределенной системой управления. Предлагает функции измерения параметров окружающей среды и сбора данных для проектов мониторинга солнечной энергии.

В опубликованной конфигурации JW-QTF(LC6) указан диапазон измерения температуры модуля от −50°C до +150°C.

Выбор подходящей системы должен осуществляться в соответствии с требуемыми параметрами, архитектурой проекта и техническими характеристиками.

Вариант C: Индивидуально разработанная система мониторинга солнечной активности

Проекты, требующие нескольких точек мониторинга, могут рассмотреть следующие варианты. Система мониторинга солнечных фотоэлектрических систем с автоматизацией на основе Интернета вещей..

В зависимости от конфигурации, это решение поддерживает интеграцию датчиков окружающей среды, оборудования удаленной связи и централизованных систем мониторинга.

В отдаленных районах пустыни особое внимание следует уделять доступности связи, электроснабжению, непрерывности передачи данных и ремонтопригодности.

7. Часто задаваемые вопросы

Где лучше всего разместить датчик температуры солнечной панели?

Для традиционных измерений с тыльным контактом обычно предпочтительнее использовать заднюю поверхность репрезентативного модуля вблизи его центра. Окончательное местоположение и способ крепления должны соответствовать применимому стандарту мониторинга и инструкциям производителя датчика.

Насколько сильно могут нагреваться фотоэлектрические модули в условиях пустыни?

Температура фотоэлектрических модулей зависит от интенсивности солнечного излучения, температуры окружающей среды, ветра, конструкции модуля и условий установки. Единой максимальной рабочей температуры, применимой ко всем солнечным проектам в пустынных районах, не существует.

Почему мониторинг температуры модулей важен для повышения эффективности работы солнечной электростанции?

Это помогает количественно оценить влияние температуры на производительность и обеспечивает контекст для сравнения ожидаемой и фактической выработки электроэнергии. Особенно полезно это в сочетании с измерениями освещенности и электрической активности.

Может ли один датчик температуры контролировать работу всей солнечной электростанции?

Один датчик не может отразить все локальные условия на крупной фотоэлектрической электростанции. Необходимое количество и распределение датчиков зависят от размера массива, класса мониторинга, а также от различий в типах модулей и условиях установки.

Может ли система мониторинга высокой температуры модулей обнаружить неисправности солнечных панелей?

Динамика изменения температуры может помочь выявить необычные условия эксплуатации, но один датчик температуры на задней поверхности не может надежно диагностировать каждую неисправность модуля или локальную зону перегрева. Может потребоваться дополнительное электрическое тестирование или тепловизионная съемка.

8. Заключение: Надежные данные о температуре для высокотемпературных солнечных электростанций.

Для солнечных электростанций, работающих на Ближнем Востоке, в Индии, Африке и Австралии, высокая температура модулей является важным фактором при оценке энергоэффективности.

Точный мониторинг температуры фотоэлектрических модулей помогает операторам понимать тепловые характеристики, интерпретировать потери производительности и сравнивать условия эксплуатации различных солнечных батарей.

Наибольшую ценность представляет собой сочетание измерений температуры с данными об солнечной радиации, погодных условиях и выработке электроэнергии.

Благодаря подходящим датчикам, надежной установке и стабильному сбору данных операторы солнечных электростанций могут принимать более обоснованные решения относительно производительности и технического обслуживания.

Запросить комплект для мониторинга температуры

Планируете строительство солнечной электростанции или установку солнечных батарей на крыше в жарком климате?

JW-IoT предоставляет настраиваемые решения для мониторинга температуры и погодных условий фотоэлектрических систем для подрядчиков, занимающихся проектированием, закупками и строительством, интеграторов солнечных энергосистем и операторов электростанций.

Свяжитесь с нашей командой, указав местоположение вашего проекта, производственную мощность, необходимые параметры измерений и требования к связи.

Запросить комплект для мониторинга температуры

Или свяжитесь с info@jingelway.com для выбора оборудования и получения технической информации.