Eric Rahne, okl. villamosmérnök, 3-as szintű akkreditált termográfiai szakértő (PIM Kft.)
A termográfiáról szóló cikksorozatunk betekintést kíván nyújtani a termográfia elképesztő sokoldalúságába és elméleti, illetve gyakorlati
korlátaiba, Rahne Eric „TERMOGRÁFIA – elmélet és gyakorlati
méréstechnika” című, 650 oldal terjedelmű szakkönyvéből merítve.
A jelenlegi téma a légi termográfia energetikai rendszereken.
Külön kifejtés nélkül érthető, hogy mi ebben a termográfia pótolhatatlan erőssége? Alkalmazásával akár több MW teljesítményű napcellás erőművek viszonylag rövid idő alatt felmérhetők. Amíg például az U-I jelleggörbés ellenőrzések jól kimutatják, hogy baj van és romlik a hatásfok, a hibahelyek és hibatípusok többnyire ezen az úton nem deríthetők fel, modulokra bontva semmiképpen sem. A termográfia ezzel szemben, megfelelő kivitelezést feltételezve, lokalizálhatja a hibahelyeket és többféle, egymástól eltérő hibajelenséget is megkülönböztethet. Főleg a nagy napcella-parkok esetében ezzel lehetővé válik a hatékony üzemeltetés és gazdaságos karbantartás.
A napcellás rendszerek ellenőrzése a témakör alapján hasonlít a villamos berendezések termográfiai állapotfelméréséhez. Lényege az, hogy az alul méretezett vagy sérült vezetékek, a rossz kötések a megnövekedett átmeneti ellenállásuk miatt, valamint legtöbb esetben az elektromos szempontból meghibásodott készülékek is, a megengedettnél (vagy a szokásosnál) magasabb hőfokra melegszenek fel. Az ebből adódó, a villamos berendezések felméréséhez alkalmazott értékelési sablonok és határértékek a bekötésekre, kábelezésre, elosztókra/gyűjtőkre, szabályozókra és konverterekre itt is érvényesek. Azonban maga a napcellákra, modulokra nem érvényesíthetők ezek. Jelen fejezetben ezért kifejezetten a napcellákhoz szükséges elméleti háttérrel és gyakorlati tudnivalókkal foglalkozunk.
A legnagyobb különbség az eddig bemutatott termográfiai alkalmazásokhoz képest az a körülmény, hogy intenzív napsütés szükséges a kültéri mérés végzéséhez. Ez teljesen ellentétes azzal, hogy szinte minden más termográfiai alkalmazás során hangsúlyozzuk, napsütésben és főleg a mérendő tárgy közvetlen napbesugárzása esetén ne végezzük termográfiai méréseket. Ezt a napsütés reflexiója, illetve a tárgy felhevülése miatt kerüljük el. A napcellás rendszerek bevizsgálása esetében viszont pont a napbesugárzás szükséges ahhoz, hogy a hibajelenségek okozta hőmérséklet-eltérések megjelenjenek. Azok észlelését pedig a napsugárzás üvegfelületi tükröződése nehezíti, mely csak gondosan megválasztott megfigyelési szöggel ellensúlyozható.
Szokásos alkalmazási feltételek, mérési körülmények
villamos rendszerelemek szintjén:
napcellák és modulok szintjén:
Mielőtt nekilátunk a napcellákkal kapcsolatosan termográfiával elvégezhető mérések, ill. vizsgálatok és azok eredményei értékelésének részletes tárgyalásához, tekintsünk át a kapcsolatos tudnivalókat. Elsősorban következzen néhány háttér-információ a napcellákról és a napcellás rendszerekről, melyek a hibajelenségek és az ezekkel kapcsolatos hőhatások szignifikáns okozói.
Napcellák működése
A napcellák a belső fotoelektromos effektust kihasználják ki. A jelenleg piacvezető cellatípusok szilíciumon (Si) alapulnak, melynek a fény felé irányított rétegét foszfor (P) atomokkal szennyezik n-réteget alkotva, a „hátsó” rétegét pedig bór (B) atomokkal szennyezve p-réteggé alakítják. A pn-határréteg villamos térerőnek köszönhetően a beérkező fotonok révén szétszakított elektron-lyuk-párok elektronjai az eleve elektrontöbblettel rendelkező n-réteg, a cellánk negatív pólusa felé gyorsulnak. Közben a lyukak elektronhiányt okoznak a p-rétegben. A két réteg egy elektromos fogyasztó közbeiktatásával történő összeköttetése révén az elektronok visszakerülnek a p-rétegbe, ahol megtörténik a lyuk-elektron párok rekombinációja (1. ábra).
Napcellamodulok (szolármodulok) szokásos kialakítása
A napcellák az eredetileg az elektronikai gyártáshoz készült szilícium-szeletek (wafer) mérete miatt többnyire 6 x 6” (156 x 156 mm) területűek. Az egy cellával elérhető feszültség körülbelül 0,5 V DC értékű. Mivel ez a vezetékeken bekövetkező feszültségesés miatt az energiatermelés célú felhasználáshoz kevés lenne, egy ún. szolármodulban vagy panelben 60 darab cellát kötnek sorba. Ezzel már egy 30 V körüli egyenfeszültség áll rendelkezésre. Az így összeállított polikristályos szolármodulok árama 1000 W/m2 besugárzás esetében eléri a 8 A.
A minél jobb hatásfokú energiaátvitel érdekében még a 30 V-nál is nagyobb feszültség szükséges, ezért a szolármodul-mezőkben akár 24 modult is szokás sorba kapcsolni. Egy ilyen modulsor, sztring vagy ág feszültsége már 720 V DC. Azonban ez egyben 1440 napcella sorba-kapcsolását jelenti, mely azzal a veszéllyel jár, hogy egyetlen sérült, működésképtelen cella az egész modulsor minden cellájának teljesítményére kihatással lesz. Ugyanis a sérült cella áramtermelő helyett ellenállásként szerepel, tehát fogyasztóvá válik.
A nevezett problémát azzal szokás enyhíteni, hogy minden egyes modulban 3 belső ág, ún. substring kerül kialakításra, melyek egyénként kerülő vagy áthidaló, ún. Bypass-diódákkal vannak párhuzamosan kapcsolva. Kieshet tehát valamelyik belső ágban egy cella, akkor ez az ág a diódának köszönhetően nem csökkenti a modul többi ágán átfolyó áramot, csupán, mint energiatermelő esik ki. Így sem tökéletes a kép, mert 20 darab cella esik ki az egy hibás cella miatt, de ez még mindig jobb, mint 1440 cella korlátozása.
Amennyiben áramköri szakadás vagy beárnyékolás miatt kiesik egy-egy belső ág, akkor a 2. ábra szerint működésbe lép az érintett ág kerülő diódája. A modul kimeneti feszültsége a teljes modul névleges feszültségének 1/3-ával esik vissza, tovább csökkenve a dióda 0,3 ... 0,9 V feszültségesésével. Egy névlegesen 30 V DC kimeneti feszültségű modul tehát ilyen esetben már csak 19,1 ... 19,7 V DC feszültséget tud adni. Ez ugyan veszteség, de még mindig jobb, mintha az egész modul esne ki.
A szolárrendszerek hibái nemcsak a hatásfokot rontó problémák formájában jelentkezhetnek, hanem felmerülhetnek üzembiztonsági kockázatot, akár tűzveszélyt okozó súlyos rendellenességek is. A hibák többféle okokra vezethetők vissza, amely a gyártástól a szállításon és telepítésen át a rossz üzemeltetési vagy meteorológiai behatásokig is terjedhetnek. Ezekről és a hibák vizsgálati módszereiről lesz szó a cikksorozat következő részében.
Rahne Eric (PIM Kft.)
pim-kft.hu
termokamera.hu
A publikáció tartalmát szerzői jogok védik, ennek (akár csak részben történő) felhasználása, elektronikus vagy nyomtatott tovább-publikálása csak a forrás és a szerző nevének feltüntetése mellett, valamint a szerző előzetes írásos engedélyének megléte esetén megengedett. A szerzői jogok (Copyright) megsértése jogi következményekkel jár.
Copyright © PIM Professzionális Ipari Méréstechnika Kft.
2026 | Minden jog fenntartva
Impresszum | Adatkezelés