Зиновьев Виталий Валерьевич заведующий лабораторией «Нетрадиционные энерготехнологии и инжиниринг».
ул. Университетская, 1, Ижевск, 426034
Vitaliy V. Zinov’ev - Head of the laboratory "Non-traditional energy technologies and engineering" of the Udmurt State University.
Universitetskaya st., 1, Izhevsk, 426034
Мирсаетов Олег Марсимович – доктор технических наук, профессор, заместитель директора по научной работе Института нефти и газа им. М.С. Гуцериева.
ул. Университетская, 1, Ижевск, 426034
Oleg M. Mirsaetov - Doctor of Technical Sciences, Professor, Deputy Director for Research of the Institute of Oil and Gas named after M.S. Gutseriev.
Universitetskaya st., 1, Izhevsk, 426034
Колесова Светлана Борисовна – кандидат экономических наук, доцент, директор Института нефти и газа им. М.С. Гуцериева.
ул. Университетская, 1, Ижевск, 426034
Svetlana B. Kolesova - PhD in Economics, Associate Professor, Director of the Institute of Oil and Gas named after M.S. Gutseriev.
Universitetskaya st., 1, Izhevsk, 426034
Бартенев Олег Архипович – кандидат физико-математических наук, доцент, профессор Института нефти и газа им. М.С. Гуцериева.
ул. Университетская, 1, Ижевск, 426034
Oleg A. Bartenev - PhD in Physics and Mathematics, Associate Professor, Professor at the Institute of Oil and Gas named after M.S. Gutseriev.
Universitetskaya st., 1, Izhevsk, 426034
Солнечные модули, которые используются на фотоэлектрических станциях, являются первичными источниками энергии, и именно от их эффективной работы зависит выработка электроэнергии станцией. При эксплуатации солнечные модули могут подвергаться различным природным и техногенным воздействиям. В результате чего их эффективность может снижаться, либо они могут выходить из строя. Мировая практика мониторинга состояния источника энергии на солнечной электростанции, основанная на измерениях электрических параметров цепочек-стрингов, состоящих из последовательно соединённых солнечных модулей, не в полной мере отражает изменений их возможных состояний. Информация о работоспособности отдельных модулей практически отсутствует. В связи с этим разработка математических моделей соединений фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), методов детализированного контроля и диагностики технического состояния солнечных модулей с целью своевременного выявления нарушений и последующего повышения эффективности их эксплуатации в условиях неоднородного освещения, являются актуальными задачами, требующими новых решений.
Было получено аналитическое уравнение полной вольт-амперной характеристики фотоэлектрического преобразователя в явном виде с применением W-функции Ламберта для прямой и обратной ветви. Был разработан электронный измерительный блок, позволяющий в автоматическом режиме записывать вольтамперную характеристику преобразователей включая отрицательную ветвь. При последовательном соединении ФЭП в условиях неоднородного освещения их поверхности некоторые наименее освещенные ФЭП перестают работать как источники энергии и становятся «паразитными» нагрузками. Основная масса ФЭП продолжают генерировать энергию и пропускать ток через менее освещённые ФЭП, вызывая высокие потери энергии в виде рассеивания тепла, что может привести к образованию локальных точек перегрева и термическому повреждению ФЭП. Показано существенное влияние обратной ветви вольт-амперной характеристики фотоэлектрического преобразователя на вырабатываемую мощность. Предложен способ составления солнечных модулей из фотоэлектрических преобразователей в условиях их эксплуатации при неоднородном освещении, техническим результатом является повышение эффективности (КПД) и надёжности работы электростанции за счет снижения частоты замены выходящих из строя солнечных модулей по причине образования локальных точек перегрева. Также разработан блок диагностики для солнечного модуля, позволяющий в автоматическом режиме отслеживать состояние работоспособности каждого модуля и своевременно оповещать о необходимости обслуживания, ремонта или замены солнечных модулей на территории солнечной фотоэлектрической электростанции.
Solar modules, which are used in photovoltaic power plants, are the primary sources of energy, and it is on their efficient operation that the generation of electricity by the station depends. During operation, solar modules can be exposed to various natural and man-made impacts. As a result, its effectiveness may decrease, or its may fail. The world practice of monitoring the state of an energy source at a solar power plant, based on measurements of the electrical parameters of PV-strings consisting of series-connected solar modules, does not fully reflect the changes in their possible states. There is practically no information about the performance of individual modules. In this regard, the development of mathematical models for the connections of photovoltaic converters (PVCs), methods for detailed monitoring and diagnostics of the technical condition of solar modules in order to detect violations in a timely manner and subsequently increase the efficiency of its operation in non-uniform lighting conditions, are urgent tasks that require new solutions.
An explicit analytical equation for the full current-voltage characteristic of a photovoltaic converter was obtained using the Lambert W-function for the forward and reverse branches. An electronic measuring unit was developed that allows automatically recording the current-voltage characteristic of converters, including the negative branch. When solar cells are connected in series under conditions of non-uniform illumination of its surface, some of the least illuminated solar cells stop working as energy sources and become “parasitic” loads. The bulk of the PV cells continue to generate power and pass current through the less illuminated PV cells, causing high energy losses in the form of heat dissipation, which can lead to the formation of hot spots and thermal damage to the PV cells. A significant influence of the reverse branch of the current-voltage characteristic of a photovoltaic converter on the generated power is shown. A method for composing solar modules from photovoltaic converters under their operating conditions with non-uniform illumination is proposed, the technical result is to increase the efficiency and reliability of the power plant by reducing the frequency of replacing failing solar modules due to the formation of local overheating points. A diagnostic unit for the solar module has also been developed, which allows you to automatically monitor the health status of each module and notify in a timely manner about the need for maintenance, repair or replacement of solar modules on the territory of a solar photovoltaic power plant.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.