Modulok valós hőmérsékletének mérése termográfiával

Magyarországi kutatók termográfia segítségével elemezték a különböző típusú napelem modulok termografikus viselkedését, és állításuk szerint sikerült igazolniuk, hogy az elméleti modellek nem elegendőek a panelek maximum, minimum és átlagos hőmérsékletének méréséhez. Elemzésük szerint a keret nélküli üveg-üveg szerkezetű modulok hőmérséklete volt a legmagasabb, míg a polikristályos, üveg hátlapos, kerettel ellátott paneleké a legalacsonyabb.

2020. január 31., forrás: mnnsz.hu

Magyarország Szent István Egyetemének kutatói kültéri üzemeltetési feltételek mellett végezték el a napelem modulok termografikus viselkedésének termográfiával történő elemzését, amely azt mutatta, hogy a hőmérséklet előrejelzésére leggyakrabban használt szoftver nem éri el az elvárt pontossági szintet.

A kutatók a különböző szabadon álló napelem modulokat infravörös képalkotás révén elemezték. A maximum, a minimum és az átlagos besugárzási intenzitás értéke 1135 W/m2, 107 W/m2 és 815 W/m2 volt, míg a vizsgálat lefolytatása alatt az környezet átlagos hőmérséklete 19 °C. Az egyes modulok apertúrafelület fölötti maximum, minimum és átlaghőmérsékletét a Report Generator Lite szoftverrel mérték.

Átlaghőmérsékletek

A csoport közlése szerint az átlaghőmérsékletek hasonlóan alakultak az összes elemzésnek alávetett modulnál. A legmagasabb átlaghőmérsékletet, 53,32 °C fokot az amorf szilíciumból gyártott paneleknél tapasztaltak, míg a polikristályos modulok esetében rögzítették a legalacsonyabb átlagos hőmérsékletet, 49,35 °C fokot.

A keret nélküli üveg-üveg szerkezetű moduloknál mérték a legmagasabb hőmérsékletet, míg a polikristályos, üveg hátlapos, kerettel ellátott paneleknél a legalacsonyabbat. „Az átlagos maximum hőmérséklet alakulása azonban ettől eltérő trendet mutatott, ott a 105 Wp teljesítményű polikristályos üveg-tedlar anyagú moduloknál rögzítették a legmagasabb hőmérsékletet, a 48,31 °C fokot“ – írták a kutatók.

Továbbá a kutatók azt találták, hogy az amorf szilícium panelek a többi modulhoz képest viszonylag egységes hőmérsékletet mutattak, és a vizsgálat időtartama alatt mért legmagasabb hőmérsékleti gradiens 14,77 °C fok volt. A hőmérsékleti gradiens azt határozza meg, hogy egy adott területen milyen irányba és milyen sebességgel módosul a hőmérséklet.

A tudósok megállapították, hogy e fent említett értéket a legmagasabb átlaghőmérséklettel, az 53,32 °C fokkal leírt időszakban rögzítették. „Ezért megállapítható, hogy a modul hőmérséklete és a környezet hőmérséklete közötti különbség a modul keretével együtt határozza meg a modul hőmérsékletének egységességét“ – fejtették ki.

Hőmérsékleti gradiens mérése

A legmagasabb hőmérsékleti gradienst a keret nélküli moduloknál mérték, az amorf szilíciumból gyártott, üveg-üveg szerkezetű paneleknél ennek értéke elérte a 14.8 °C fokot. A keret nélküli monokristályos paneleknél 14,27 °C fokos hőmérsékleti gradienst rögzítettek, míg a legalacsonyabb értékeket, 13,93 és 12,68 °C fokot két polikristályos, kerettel ellátott panel esetében mérték. „A polikristályos üveg-tedlar anyagú (60 Wp) modulok mutatták a legalacsonyabb hőmérsékletbeli eltérést, 10,1%-ot, míg a legmagasabb fokú kiegyenlítetlenséget a polikristályos üveg-tedlar anyagú (105 Wp) moduloknál figyelték meg. A vizsgált modulok esetében a maximum és minimum hőmérséklet közötti átlagos eltérés 10,6%-ot mutatott“ – jegyezték meg a tanulmányban.

Elméleti modellek értékelése

A kutatócsoport azt is elmagyarázta, hogy a hőmérsékleti előrejelzéseket négy elméleti módszerrel is elvégezték: a Homer, a Ross, a PVsyst és a Sandia szoftverrel. „Mind a négy vizsgált modul esetében a maximális modulhőmérsékletre vonatkozó tapasztalati értékek magasabbak a négy elméleti módszer által előrejelzett értékeknél“ – ismertette, majd hozzátette, hogy a modellek valamennyi napelem modul esetében alulbecsülték a maximum hőmérsékleteket. A kutatók megállapításai szerint az összes modul esetében a Homer modell adta a legpontosabb előrejelzést a modulok átlaghőmérsékletére vonatkozóan.

A tudósok azt állapították meg, hogy a Sandia modell rendszerint alulbecsli a hőmérsékletet, ugyanakkor pontosabb értékeket ad a minimum hőmérsékletekre, míg a másik három modell túl magas értékeket ad a minimum hőmérséklet becslésekor.

Arra a következtetésre jutottak, hogy a napelem modul hőmérséklete a napelem modul típusától függően akár 14,8 °C fokkal is eltérhet, ha a pontos méréshez nem támaszkodnak a termográfiára. „Ez azt jelzi, hogy a modul egyenáramban megadott kimenő teljesítményét 6,7%-kal alul- vagy felülbecsülhetik az hőmérsékleti együtthatótól függően“ – írták.

Az eredményeket a Különböző napelem modulok termografikus viselkedésének termográfiával történő elemzése (Thermal behavior analysis of different solar PV modules via thermographic imaging) című tanulmány formájában a Journal of Renewable and Sustainable Energy című folyóiratban tették közzé.

Forrás: pv-magazine