Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů

Problematika fotovoltaiky (FV) je na katedře elektrotechnologie řešena delší dobu. Již několik let probíhá výuka předmětů zaměřených na oblast fotovoltaických a byla již realizována řada bakalářských, diplomových i disertačních prací z této oblasti. Laboratoře jsou vybaveny jak profesionálními přístroji, tak i přístroji vyrobenými v rámci řešení studentských projektů. Účelem laboratoří je vzdělávat studenty v oblasti fotovoltaiky, ale také poskytovat služby veřejnosti.

Dne 5. listopadu 2010 byla slavnostně otevřena nová laboratoř zaměřená na diagnostiku fotovoltaických modulů (LDFS). U jejího zrodu stála společnost Decci a. s., která poskytla Fakultě elektrotechnické ČVUT, jako věcný dar, základní přístrojové vybavení.

Začátkem roku 2014 dosáhla laboratoř akreditace pro měření Volt-Ampérových charakteristik, izolačního odporu a elektrické pevnosti fotovoltaických modulů, a to jak pro krystalické křemíkové, tak i pro tenkovrstvé PV moduly, jejichž diagnostika je stále problematická. Během svého provozu došlo k výraznému posílení přístrojové i znalostní základny laboratoře, a to jednak díky vlastnímu vybavení a jednak díky spolupráci s dalšími pracovišti, zejména pak Univerzitním centerem energeticky efektivních budov (UCEEB), kde probíhá v rámci laboratoře testování měničů. Vedle podobně zaměřených laboratoří, které jsou v Rožnově pod Radhoštěm a Brně, je tato jedinou, která nabízí akreditované zkoušky tenkovrstvých PV modulů. V roce 2020 došlo k upgradu stávajícího zařízení na model PASAN High^LIGHT, který umožňuje měření vysokokapacitních modulů včetně bifaciálních. Laboratoř je tak nejlépe vybaveným pracovištěm v České republice.

pasan.feld.cvut.cz

akreditace laboratoře

Další částí laboratoře je také vybavení pro testování baterií – LFSEZ.

Laboratoře katedry jsou vybaveny přístrojovým vybavením pro měření fotovoltaických článků i celých fotovoltaických modulů. Pracoviště jsou průběžně inovována a doplňována o nová zařízení.

Profesionální tester FV modulů PASAN Sun Simulator 3c

PASAN Sun Simulator 3c je zařízení sloužící k měření volt-ampérových charakteristik fotovoltaických modulů. Pro běžná měření se používají tzv. standardní testovací podmínky (STC):

Základní údaje:

• teplota článků 25 °C,
• spektrum AM 1.5,
• intenzita záření 1000 W/m2.

Z naměřených charakteristik jsou následně vypočítány parametry PV modulu. Kromě měření za STC umožňuje zařízení měřit FV moduly i při jiných intenzitách záření, což může být užitečnéři modelování chování FV elektráren.

Podobně jako tester modulů umožňuje měření volt-ampérových charakteristik FV článků. Kromě ovládání intenzity záření je možné měřit i teplotu článků, a tak určit teplotní koeficienty článků a teplotní závislosti jednotlivých parametrů.

HiPot firmy Sefelec je vysokonapěťový tester, který je mimo jiné možné použít pro základní měření FV modulů z hlediska bezpečnosti. Jedná se o měření elektrické pevnosti, izolačního odporu a vodivosti rámu PV modulu.

Light beam induced voltage – LBIV a light beam induced current – LBIC jsou metody umožňující zjistit homogenitu rozložení rekombinačních center ve fotovoltaických článcích. Článek je osvětlován tenkým paprskem světla (laserové, popřípadě LED diody) a podle metody je měřena buď napěťová (LBIV) nebo proudová (LBIC) odezva článku na bodové osvětlení. Při postupném osvětlení a proměření celého článku je možné zkonstruovat mapu, ze které lze vyčíst, které oblasti článku generují elektrické energie více a které méně. Při použití zdrojů světla o různých vlnových délkách (v případě zařízení na Katedře elektrotechnologie v oblasti IR až UV) je možné zjistit homogenitu rozložení rekombinačních center v různých hloubkách článku.

Měřením neosvětlených článků je možné získat energetickou hladinu dominantní poruchy a její koncentraci. Princip metody spočívá v měření VACH při různých teplotách, ze kterých jsou získávány hodnoty generačně-rekombinačního proudu. V případě neosvětlených článků je tento proud závislý jen na teplotě a je možné z něj stanovit energetickou hladinu dominantní poruchy. Porovnáním se známými hladinami příměsí v křemíku je pak možné určit charakter dominantní příměsi. Z výsledků lze stanovit také efektivní dobu života nosičů náboje. Kromě pracoviště pro testování článků je laboratoř vybavena také možností testování neosvětlených modulů, a to prostřednictvím experimentálního pracoviště a dále pomocí profesionálního testeru PASAN High^LIGHT.

Volt-ampérové charakteristiky je možné měřit i přímo v místě instalace. Pro taková měření se využívá analyzátorů solárních modulů, které mají možnost připojení detektorů pro měření intenzity záření, popřípadě teplotních čidel. Data jsou obvykle ukládána v simulátoru a detailně zpracovávána pomocí počítače zejména z důvodu nutnosti přepočtu dle aktuálních podmínek měření. Vysoká závislost FV zařízení na okolních podmínkách značně komplikuje možnost přesného stanovení parametrů měřených modulů, a tudíž se tato měření používají zejména pro orientační měření, která mají odhalit vadné moduly. V LDFS se používá analyzátoru solárních modulů PROVA 210 a dále měřicího zařízení Eurotest, které kromě voltampérových charakteristik modulů a stringů umožňuje také testování izolačního stavu.

Do fotovoltaických laboratoří se můžete podívat v rámci celé řady předmětů – např.  Aplikace solárních systémů, Aplikace elektrochemických zdrojů, nebo v rácmi mezifakultního oboru inteligentní budovy v předmětu Fotovoltaické systémy. Samozřejmostí je možnost studentských prací (projekt, bakalářská práce, diplomová práce, disertační práce). Více o výuce viz stránky LFSEZ.

Místnost T2:G1-S161, ve které naleznete laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů, se nachází v přízemí spojovacího krčku do halových laboratoří.