Bibliografická citace práce: ŠPINAR, M. Ověření provozní výkonnosti a optimalizace FVE. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2016. 90 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Jan Morávek.
Jako autor uvedené diplomové práce dále prohlašuji, ţe v souvislosti s vytvořením této diplomové práce jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně moţných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení části druhé, hlavy VI. Díl 4 Trestního zákoníku č. 40/2009 Sb. Tímto bych chtěl poděkovat slečně Kristýně Kupkové za uţitečné informace a pomoc při tvorbě softwaru pro simulaci FVE. Dále chci poděkovat Mgr. Petrovi Pospíšilovi za umoţnění realizace nutných měření na daných FVE a poskytnutí měřící techniky. Hlavní poděkování patří vedoucímu práce Ing. Janovi Morávkovi, který se mnou ochotně komunikoval a průběţně mi dával zpětnou vazbu na obsah diplomové práce. ……………………………
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ
Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav elektroenergetiky
Diplomová práce
Ověření provozní výkonnosti a optimalizace FVE Marek Špinar
vedoucí: Ing. Jan Morávek Ústav elektroenergetiky, FEKT VUT v Brně, 2015
Brno
BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Faculty of Electrical Engineering and Communication Department of Electrical Power Engineering
Master’s Thesis
Verification of operational performance and optimization of photovoltaic power plant by
Marek Špinar
Supervisor: Ing. Jan Morávek Brno University of Technology, 2016
Brno
Abstrakt
6
ABSTRAKT Diplomová práce se zabývá problematikou provozní výkonnosti dvou fotovoltaických elektráren. V práci je uvedena historie fotovoltaiky včetně důleţitých objevů. Dále obsahuje principiální popis fotovoltaického jevu, pouţívané materiály a technologii výroby nejvíce zastoupeného materiálu ve fotovoltaickém průmyslu – křemíku. Jsou popsány základní části FVE a její parametry. Dále práce řeší, jakým způsobem má být provedena prvotní a pravidelná kontrola FVE s ohledem na poţadavky příslušných předpisů. Jsou uvedeny způsoby diagnostiky potenciálních závad, metody měření a příklad monitorovacího softwaru. Praktická část diplomové práce je zaměřena na měření a porovnání výkonnosti FVE Kurdějov a FVE Šakvice II. Z exportovaných dat je určena provozní výkonnost pro roky 2014 a 2015. Obsahem práce je rovněţ měření voltampérových charakteristik všech řetězců připojených k invertorům, které se nacházejí na uvedených elektrárnách. Výsledkem je vytipování řetězců s podezřením na sníţení výkonu. Na základě těchto zjištění jsou vytvořena doporučení k optimalizaci FVE za účelem zvýšení provozní výkonnosti. Posledním bodem diplomové práce je simulační software fotovoltaické elektrárny. Tento SW určuje potenciálně vyrobitelnou elektrickou energii za daný den, pro který je dostupný export dat. Výpočet je specifikován zadáním vybraných parametrů simulované FVE.
KLÍČOVÁ SLOVA:
provozní výkonnost, fotovoltaická elektrárna, fotovoltaický jev, diagnostika závad, voltampérová charakteristika, invertor, export dat, software
Abstract
7
ABSTRACT The Master´s thesis deals with issues of operational performance of two photovoltaic power plants. In the thesis is stated the history of photovoltaics, description of photovoltaic effect, used materials and production technology of the most used material in PV industry – Silicon. The basic parts and parameters of photovoltaic power plant are described. Thesis also solves, how could be done the first and periodically control due to relevant directives. The ways of diagnostics potentional failures, methods of measuring and the exam of monitoring system are stated. Practice part is focused on measuring and comparing operational performance of FVE Kurdějov and FVE Šakvice II. Operational performance was calculated from exported data for years 2014 and 2015. The thesis also contains measuring of each string connected to inventors, which are installed on the power plant. The result is an identification of strings with decreased operational performance. Based on that was created recommendations for optimalization and increase of the performance. The last part is software for simulation of photovoltaic power plant. This SW calculates potentional energy, which could be produced in a day with available data export. The calculation is defined by parameters, which are assigned.
KEY WORDS:
operational performance, photovoltaic power plant, photovoltaic effect, diagnostics of failures, current-voltage characteristic, inverter, data export, software
Obsah
8
OBSAH SEZNAM OBRÁZKŮ................................................................................................................................10 SEZNAM TABULEK ................................................................................................................................12 SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK .......................................................................................................13 1 ÚVOD .......................................................................................................................................................15 2 ZÁKLADNÍ POJMY ..............................................................................................................................17 2.1 HISTORIE FOTOVOLTAIKY ..............................................................................................................17 2.2 PRINCIP PRÁCE FOTOVOLTAICKÝCH ČLÁNKŮ ...............................................................................18 2.3 POLOVODIČOVÉ MATERIÁLY ..........................................................................................................20 2.3.1 KŘEMÍK ...................................................................................................................................21 2.3.2 GALIUM ARSENID ...................................................................................................................21 2.3.3 KADMIUM TELURID ................................................................................................................21 2.3.4 HETEROSTRUKTURY ...............................................................................................................22 2.4 APLIKACE FOTOVOLTAICKÝCH SYSTÉMŮ .....................................................................................22 2.5 JEDNOTLIVÉ KOMPONENTY FVE....................................................................................................23 2.5.1 FOTOVOLTAICKÉ PANELY .......................................................................................................23 2.5.2 INVERTORY .............................................................................................................................29 2.5.3 NOSNÉ KONSTRUKCE ..............................................................................................................33 3 VLASTNOSTI FVE A JEJICH DIAGNOSTIKA ...............................................................................34 3.1 FOTOVOLTAICKÉ SYSTÉMY SPOJENÉ S ELEKTROROZVODNOU SÍTÍ – MINIMÁLNÍ POŢADAVKY NA SYSTÉMOVOU DOKUMENTACI, ZKOUŠKY PŘI UVÁDĚNÍ DO PROVOZU A KONTROLU ...................34 3.1.1 MINIMÁLNÍ POŢADAVKY NA SYSTÉMOVOU DOKUMENTACI...................................................34 3.1.2 OVĚŘOVÁNÍ ............................................................................................................................36 3.1.3 TESTOVÁNÍ .............................................................................................................................38 3.2 KONTROLA FVE TERMOKAMEROU ................................................................................................41 3.2.1 POSTUP KONTROLY .................................................................................................................41 3.2.2 INTERPRETACE VÝSLEDKŮ .....................................................................................................41 4 MONITORING PROVOZNÍCH STAVŮ FVE ...................................................................................43 4.1 MONITORING DLE ČSN EN 61 724 .................................................................................................43 4.1.1 MĚŘÍCÍ SYSTÉM ......................................................................................................................43 4.1.2 DOKUMENTACE ......................................................................................................................43 4.1.3 PŘÍMÉ VELIČINY......................................................................................................................44 4.1.4 ODVOZENÉ PARAMETRY .........................................................................................................45 4.1.5 BENCHMARKING .....................................................................................................................47 4.2 MONITOROVACÍ SYSTÉM PROTECTION SOLAR CONTROL..................................................48 4.2.1 POPIS PROSTŘEDÍ SYSTÉMU ....................................................................................................48 5 PROVOZNÍ ZKUŠENOSTI A DIAGNOSTIKA ZÁVAD..................................................................54 5.1 TERMOGRAFIE .................................................................................................................................55 5.2 ELEKTROLUMINISCENCE (ELCD TEST) .........................................................................................57 5.3 FLASH TEST ......................................................................................................................................57 5.4 MĚŘENÍ VA CHARAKTERISTIK .......................................................................................................58
Obsah
9
6 POROVNÁNÍ ROČNÍ VÝKONNOSTI DANÝCH FVE ....................................................................60 6.1 FVE KURDĚJOV ...............................................................................................................................60 6.2 FVE ŠAKVICE II ...............................................................................................................................60 6.3 OVĚŘENÍ PROVOZNÍ VÝKONNOSTI PR ...........................................................................................61 7 OPTIMALIZACE ...................................................................................................................................64 7.1 MĚŘENÍ VA CHARAKTERISTIK JEDNOTLIVÝCH ŘETĚZCŮ ...........................................................64 7.1.1 VÝSLEDKY MĚŘENÍ VA CHARAKTERISTIK NA FVE KURDĚJOV.............................................64 7.1.2 VÝSLEDKY MĚŘENÍ VA CHARAKTERISTIK NA FVE ŠAKVICE II ............................................65 7.2 NÁVRH OPTIMALIZAČNÍHO ŘEŠENÍ ................................................................................................66 7.2.1 DOPORUČENÍ PRO OPTIMALIZACI ...........................................................................................66 8 SIMULAČNÍ SOFTWARE FVE ...........................................................................................................69 8.1 POPIS VÝPOČTU ................................................................................................................................69 8.1.1 ZÁKLADNÍ VZOREC PRO VÝPOČET ..........................................................................................69 8.2 GRAFICKÉ PROSTŘEDÍ PROGRAMU ................................................................................................71 9 ZÁVĚR .....................................................................................................................................................73 POUŢITÁ LITERATURA ........................................................................................................................75 PŘÍLOHA A ...............................................................................................................................................78 PŘÍLOHA B................................................................................................................................................79 PŘÍLOHA C ...............................................................................................................................................80 PŘÍLOHA D ...............................................................................................................................................81 PŘÍLOHA E................................................................................................................................................82 PŘÍLOHA F ................................................................................................................................................83 PŘÍLOHA G ...............................................................................................................................................84 PŘÍLOHA H ...............................................................................................................................................85 PŘÍLOHA I.................................................................................................................................................86
Seznam obrázků
10
SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 2-1 Princip fotogenerace [12] ............................................................................................... 18 Obr. 2-2 Princip nábojové separace [12] ...................................................................................... 19 Obr. 2-3 Náhradní schéma fotovoltaického článku [12] ............................................................... 19 Obr. 2-4 Princip činnosti křemíkového fotovoltaického článku [15] ............................................. 20 Obr. 2-5 Polykrystalické ingoty [17] ............................................................................................. 25 Obr. 2-6 Monokrystalický ingot [18] ............................................................................................. 25 Obr. 2-7 Struktura přední strany článku pro zvýšení účinnosti [14] ............................................. 26 Obr. 2-8 Detail sériového propojení článků (vlevo) a řez panelem [14] ....................................... 26 Obr. 2-9 Monokrystalický panel (vlevo) a polykrystalický panel [19] .......................................... 27 Obr. 2-10 Voltampérová a výkonová charakteristika fotovoltaického panelu [12] ....................... 28 Obr. 2-11 Vliv intenzity osvětlení na účinnost panelu [12] ........................................................... 29 Obr. 2-12 Pokles účinnosti panelu s rostoucí teplotou [12] .......................................................... 29 Obr. 2-13 Modulové uspořádání jednotlivých typů inventorů [12] ............................................... 31 Obr. 2-14 Závislost účinnosti invertoru na jeho zatížení [15] ....................................................... 32 Obr. 4-1 Záhlaví webového rozhraní PSC [24] ............................................................................. 48 Obr. 4-2 Přehled elektráren [24] ................................................................................................... 49 Obr. 4-3 Stav elektrárny Šakvice II [24] ........................................................................................ 50 Obr. 4-4 Informace o elektrárně Šakvice II [24] ........................................................................... 51 Obr. 4-5 Statistiky a data [24] ....................................................................................................... 51 Obr. 4-6 Graf roční produkce [24] ................................................................................................ 52 Obr. 4-7 Základní přehled střídačů [24]........................................................................................ 52 Obr. 4-8 Všechny údaje o střídačích [24] ...................................................................................... 52 Obr. 4-9 Jednopólové schéma elektrárny [24] .............................................................................. 53 Obr. 5-1 Příklad termokamery [23] ............................................................................................... 55 Obr. 5-2 Termografický snímek panelu s poškozenými články [26] .............................................. 56 Obr. 5-3 Termografický snímek deklarující sepnutou by-pass diodu [27] .................................... 56 Obr. 5-4 Porovnání panelů při ELCD [22] ................................................................................... 57 Obr. 5-5 Měření VA charakteristik jednotlivých řetězců ............................................................... 58 Obr. 5-6 příklad VA charakteristiky řetězce změřeného analyzátorem PROVA 1011 ................... 59 Obr. 6-1 FVE Kurdějov (vlevo) a FVE Šakvice II [29], [30] ........................................................ 61 Obr. 7-1 Parametry panelů řady CS6P [30] .................................................................................. 67 Obr. 7-2 VA charakteristika (modře) a výkonová křivka nejslabšího řetězce ................................ 68
Seznam obrázků
11
Obr. 8-1 Uživatelské rozhraní po spuštění programu .................................................................... 71 Obr. 8-2 Ukázka výpočtu (14. 3.2016; FVE Kurdějov).................................................................. 72 Obr. 8-3 Ukázka výpočtu (1.3.2016; FVE Šakvice II )................................................................... 72
Seznam tabulek
12
SEZNAM TABULEK Tab. 3-1 Minimální hodnoty izolačního odporu [20]..................................................................... 40 Tab. 5-1 Výkupní ceny elektrické energie z FVE ............................................................................ 54 Tab. 6-1 Ukázka exportních dat ..................................................................................................... 61 Tab. 6-2 Porovnání provozní výkonnosti za rok 2014.................................................................... 63 Tab. 6-3 Porovnání provozní výkonnosti za rok 2015.................................................................... 63 Tab. 7-1 Příklad výsledků měření na FVE Kurdějov ..................................................................... 65 Tab. 7-2 Příklad výsledků měření na FVE Šakvice II .................................................................... 65 Tab. 7-3 Změřené parametry nejslabšího řetězce .......................................................................... 67 Tab. 8-1 Porovnání hodnot z elektroměru a vypočtených hodnot pomoci simulačního SW .......... 70
Seznam symbolů a zkratek
SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK OZE
Obnovitelný zdroj energie
OSN
Organizace spojených národů
EU
Evropská unie
SS
Stejnosměrné napětí
FVE
Fotovoltaická elektrárna
ISS
International space station (Mezinárodní vesmírná stanice)
PM
Polovodičový přechod
PV
Fotovoltaický
VA
Volt ampérová
AC
Střídavý
DC
Stejnosměrný
ES
Elektrizační soustava
MPP
Maximum power point (Bod maximálního výkonu)
STC
Standard Test Condition (Standardní testovací podmínky)
AM 1,5
Spektrum slunečního záření
FF
Fill Factor (Činitel plnění)
PSC
Protection Solar Control
PDS
Provozovatel distribuční soustavy
PR
Provozní výkonnost
ELCD
Elektroluminiscenční metoda detekce poruch
SW
Software
EGAP
Šířka zakázaného pásu
PSi
Křemíkový polovodič typu P
NSi
Křemíkový polovodič typu N
Ec
Energie vodivostního pásu
Ev
Energie valenčního pásu
U
Napětí
I
Proud
P
Výkon
D
Dioda
RP
Paralelní odpor
RS
Sériový odpor
13
Seznam symbolů a zkratek
RL
Odpor zátěţe
W
Watt
V
Volt
A
Ampér
Hz
Hertz
GPa
GigaPascal
eV
Elektronvolt
°C
Stupeň Celsia
K
Kelvin
14
Úvod
15
1 ÚVOD V současné době je kladen stále větší důraz na sniţování dopadů konvenční výroby elektrické energie na ekosystém naší planety jak ze strany vlády České republiky a Evropské unie, tak i z pohledu globálního znečišťování atmosféry vypouštěním skleníkových plynů. Konvenční výroba elektrické energie, typicky spalování uhlí v kondenzačních elektrárnách příp. teplárnách, ale i rozvoj průmyslu, chovu dobytka, globalizace a dopravy má na svědomí změnu klimatu a s ní související sérii dnes těţko představitelných rizik, které lze omezit sníţením vypouštěných emisí, rozvojem elektro mobility nebo zvyšováním podílu elektrické energie vyrobené z OZE. Za obnovitelný zdroj se povaţuje v největší míře zdroj takové formy energie, která má svůj původ v termojaderných přeměnách odehrávajících se v nitru Slunce. Tato forma energie se následně na Zemi projeví slunečním svitem, který lze přeměnit ve fotovoltaické elektrárně na elektřinu. Energie slunce také ohřívá rozdílné povrchy na různou teplotu, čímţ se vytvoří místa s různým atmosférickým tlakem, jehoţ vyrovnávání způsobí vznik větru, který lze na elektřinu přeměnit ve větrné elektrárně. Dalším příkladem můţe být biomasa, kdy se sluneční energie díky fotosyntéze přetransformovala do energie chemické, která je uvolňována hořením a částečně přeměněna na elektrickou energii. Dalším zdrojem energie můţe být energie zemského nitra (geotermální energie) nebo interakce Země-Měsíc ve slapových elektrárnách. Rozvoj všech těchto technologií je tedy nezbytný pro udrţitelný rozvoj ţivota na Zemi. V současné době lze hovořit spíše o zavádění OZE do elektrizační soustavy vzhledem k tomu, ţe z globálního hlediska je elektřina stále vyráběna především z konvenčních zdrojů, tedy spalováním uhlí. Důvodů, proč tomu tak je, lze najít několik. Mezi základní nevýhody OZE jsou povaţovány příčiny jako např. velice problematická predikovatelnost výroby, lišící se intenzity během dne i roku, vysoké investiční náklady a v neposlední řadě také omezené moţnosti akumulace. Fotovoltaika je zcela výjimečným oborem získávající elektrickou energii přímo ze slunečního záření a pomineme-li nutnost „neekologické“ výroby fotovoltaických panelů, patří fotovoltaika k nejčistším a nejšetrnějším způsobům výroby elektrické energie, která je v současnosti provozována. Podpora výroby elektřiny z OZE je významnou prioritou EU z důvodu bezpečnosti a diverzifikace zásobování elektřinou, ochrany ţivotního prostředí a sociální a hospodářské soudrţnosti. Rostoucí spotřeba elektrické energie vyţaduje zvyšování podílu vyrobené elektřiny z OZE. S tím souvisí několik opatření nutných ke splnění Kjótského protokolu k Rámcové úmluvě OSN o změně klimatu. Směrnice EU a Rady č. 2009/28/ES ze dne 23. 4. 2009 stanovuje závazné národní cíle, kterých má být dosaţeno v jednotlivých zemích EU ohledně podílu energie z OZE na hrubé konečné spotřebě elektrické energie. Cílem je 20 % energie z OZE pro EU jako celek, národní cíl pro českou republiku činí 13 %. [1] V České republice patří mezi nejvíce zastoupené způsoby výroby elektřiny z OZE vodní a fotovoltaické elektrárny. V omezenější míře pak elektrárny větrné a spalující biomasu. Tzv. boom fotovoltaických elektráren v ČR z let 2009 a 2010, kdy byly stanoveny, a garantovány po dobu 20 let provozu elektrárny vysoké výkupní ceny elektřiny zapříčinil, ţe přišel enormní nárůst instalovaného výkonu ve fotovoltaických elektrárnách prakticky z nuly na více neţ 2 GWp. Provoz fotovoltaické elektrárny nevyţaduje zvláštní provozní náklady, jelikoţ vstupní forma energie je pouze sluneční svit. Ovšem realizace FVE vyţaduje značné investiční náklady, které však postupný pokrok technologie výroby fotovoltaických panelů do jisté míry sniţuje. Výroba
Úvod
16
elektrické energie pomocí fotovoltaiky se tak stává stále dostupnější a jiţ dnes můţeme vidět její rozšíření v několika sférách po celém světě. S efektivním provozem FVE souvisí také nutnost vynaloţení určitého úsilí na její údrţbu včetně tvorby ukazatelů výkonnosti. Cílem práce je vyhodnocení provozní výkonnosti dvou FVE o srovnatelném instalovaném výkonu stojících nedaleko od sebe. Na základě zjištění konkrétních hodnot provozních výkonností byla zvolena metoda, kdy se změří VA charakteristiky jednotlivých částí FVE. Způsob realizace cílů práce byl zvolen na základě dostupných dat, měřících přístrojů a podmínek jak časových, tak osvitových, vzhledem k nutnosti vysoké hodnoty osvitu pro realizaci měření a nemoţnosti přerušení provozu FVE.
Základní pojmy
17
2 ZÁKLADNÍ POJMY 2.1 Historie fotovoltaiky Fotovoltaika, tj. přímá přeměna slunečního záření na elektrickou energii, má jiţ dnes nezastupitelné místo v elektroenergetice. Důraz na zvyšování podílu výroby elektrické energie z OZE představuje jeden z důvodů, proč se význam fotovoltaiky neustále zvyšuje v celosvětovém měřítku. Od objevu tzv. fotoelektrického jevu (který lze povaţovat za historicky první krok k rozvoji fotovoltaiky) v roce 1839 pozorovaný Alexandrem Edmondem Becquerelem uplynulo více neţ 100 let, neţ bylo moţné vůbec uvaţovat o moţném vyuţití fotovoltaického jevu k výrobě elektrické energie. [1] Přispěl k tomu především rozvoj polovodičové technologie po roce 1940. Fyzikální princip fotoelektrického jevu popsal roku 1905 Albert Einstein, kdy právě za práci pro rozvoj teoretické fyziky a objev zákonitostí fotoelektrického jevu získal roku 1921 Nobelovu cenu za fyziku. [2] Einsteinovu hypotézu experimentálně potvrdil Robert Andrews Millikan v roce 1916 za pomoci Einsteinových rovnic, do kterých dosadil elementární elektrický náboj (změřený nejdříve roku 1909) a určil na tu dobu velmi přesně Planckovu konstantu. Za výzkum elementárního elektrického náboje a fotoelektrického jevu dostal roku 1923 Nobelovu cenu za fyziku. [3] Všechny tyto experimenty se věnovaly tzv. vnějšímu fotoelektrickému jevu (fotoemisi), kdy se elektrony z valenčního pásu ozářeného kovu uvolňují do okolí. Kromě tohoto případu lze rozlišit ještě další 2 příbuzné jevy – fotoionizaci a fotovoltaický jev. K fotoionizaci dochází při ozáření elektromagnetickým zářením o dostatečně vysoké frekvenci. Fotovoltaický jev nastává, kdyţ foton s dostatečnou energií uvolní elektron z valenčního pásu do vodivostního pásu, po kterém zbude tzv. díra, kterou lze povaţovat za elementární kladný náboj. Díru zaplní sousední elektron z valenční vrstvy, po kterém opět zůstane díra. Foton tedy zapříčinil výskyt pohyblivého páru elektron-díra, který působením elektrického pole a připojením elektrod vyvolá průchod proudu. Fotovoltaický jev poprvé pozorovali William Grylls Adams a jeho ţák Richard Evans Day v roce 1876 na PN přechodu vytvořeném mezi selenem a platinou. V tomto případě vznikalo napětí pouze působením světla bez přítomnosti vnějšího elektrického pole. [4] V roce 1940, kdy se začala rozvíjet polovodičová technologie, vyrobil Russell Shoemaker Ohl PN přechod na bázi křemíku s účinností okolo 1 % a vynález si nechal patentovat. [5] Vůbec první fotovoltaický článek pouţitelný k výrobě elektřiny byl vyroben roku 1954 v Bellových laboratořích. Byl vyroben z monokrystalického křemíku s účinností kolem 6 %. Od roku 1958 se fotovoltaické články pouţívají k napájení druţic ve vesmíru, kde má fotovoltaika nezastupitelné místo dodnes. Např. celkový instalovaný výkon fotovoltaických panelů na mezinárodní vesmírné stanici (ISS) je 110 kWp. [6] První rozsáhlejší aplikace fotovoltaiky do energetického konceptu zapříčinila ropná krize v 70. letech minulého století. Od té doby probíhá intenzivní výzkum s cílem rostoucí účinnosti a ţivotnosti panelů a zároveň klesající ceny a energetické náročnosti výroby panelů. [7] Nejstarší fotovoltaické elektrárny pocházejí z počátku 80. let, kdy se jako hlavní materiál k jeho výrobě pouţíval (a dodnes pouţívá) krystalický křemík. U těchto panelů výrobci garantují ţivotnost minimálně 30 let, coţ tyto nejstarší instalace dokazují. Skutečný rozmach
Základní pojmy
18
fotovoltaických elektráren se zapříčinil aţ zavedením různých forem podpory jako dotační programy poprvé v Japonsku a následně výkupní ceny v Německu. [8]
2.2 Princip práce fotovoltaických článků Fotogenerace. Fotovoltaické články jsou v podstatě velkoplošné polovodičové diody, jejichţ materiál absorbuje energii slunečního záření resp. fotonu. Aby fotovoltaický jev mohl nastat, je nutné, aby dopadající foton měl dostatečnou energii k oddělení elektronu z valenční vrstvy a tedy vytvoření páru elektron-díra. Tato energie potřebná k vytvoření páru elektron-díra je charakterizována tzv. šířkou zakázaného pásu. U izolantů je šířka zakázaného pásu příliš velká na to, aby mohl foton excitovat elektron do vodivostního pásu. Naproti tomu u kovů je nemoţné případně vytvořený pár elektron-díra separovat, neboť okamţitě dojde k rekombinaci. Aplikace polovodičů umoţňuje díky vhodné šířce zakázaného pásu vznik fotovoltaického jevu. Šířka zakázaného pásu je charakterizována materiálem polovodiče. Dopadající světlo však neobsahuje pouze fotony, které mají dostatečnou energii k excitaci elektronu, ale ve spektru světla se nacházejí i fotony s nedostatečnou energií, které po dopadu na článek vyvolají pouze teplo. Maximální proudová hustota Jph je pak dána počtem fotonů dopadajících na fotovoltaický článek s energií větší, neţ je šířka zakázaného pásu EGAP. Tato proudová hustota klesá s rostoucí šířkou zakázaného pásu, ovšem čím je EGAP vyšší, tím je generovaný pár elektron-díra stabilnější a nedochází k samovolnému zániku páru. [9] Princip fotogenerace ukazuje Obr. 2-1.
Obr. 2-1 Princip fotogenerace [12]
Základní pojmy
19
Nábojová separace. Dalším nezbytným krokem je separace páru elektron-díra. To je zajištěno přechodem PN, kdy je jeho vnitřním elektrickým polem přitahován elektron k jedné elektrodě a díra k druhé, jak je patrné z Obr. 2-2.
Obr. 2-2 Princip nábojové separace [12] Fotovoltaický článek lze namodelovat jako náhradní obvod, který je patrný z Obr. 2-3. Ozářená část článku generuje proud o hustotě Jph, přičemţ se kladně nabíjí oblast P a záporně oblast N. Tím se přechod otevře a dioda je v propustném směru. Zbytkový generovaný proud teče diodou, nicméně většinový generovaný proud je odváděn ke kontaktům. Vliv odporu materiálu a sběrnic je nahrazen sériovým odporem RS, technické nedokonalosti během výroby pak svodovým odporem RP.
Obr. 2-3 Náhradní schéma fotovoltaického článku [12] Nejpouţívanější křemíkový článek, který je obsaţen v drtivé většině fotovoltaických panelů je zobrazen na Obr. 2-4, odkud je patrný jeho princip. Napětí článku je dáno jeho materiálem. Pro křemík je napětí na kontaktech rovno cca 0,5 V [12]. Přední kovový kontakt je na článek nanesen technologií sítotisku, pod kterým se nachází polovodič typu N. Velkou část článku zaujímá oblast polovodiče typu P, pod kterým je nanesen kovový kontakt kladné elektrody.
Základní pojmy
20
Obr. 2-4 Princip činnosti křemíkového fotovoltaického článku [15]
2.3 Polovodičové materiály Polovodičové materiály se tedy vyznačují šířkou zakázaného pásu umoţňující excitaci elektronu do vodivostního pásu a zároveň nábojovou separaci. Polovodiče jsou rozděleny na 2 druhy:
Intrinzický polovodič (Si, Ge) Příměsový polovodič o Typu N o Typu P
Intrinzický (vlastní) polovodič je naprosto čistý polovodič bez obsahu 3- mocného nebo 5- mocného prvku. Příměsový polovodič typu P je takový, kdy je obohacen o 3- mocný prvek (např. Ga, In). 3- mocný prvek je takový, který má ve své valenční vrstvě pouze 3 elektrony a výsledný polovodič má tedy více kladných děr neţ elektronů. Naproti tomu polovodič typu N je obohacen prvkem s 5 valenčními elektrony (např. As, Sb), a proto v polovodiči typu N převládají elektrony nad kladnými děrami. Polovodičový materiál je charakterizován šířkou zakázaného pásu. Optimální hodnota pro celkovou energetickou konverzi při nejvyšší účinnosti, která by zahrnovala i separaci elektronu a díry je cca 1,5 eV, kdy se účinnost blíţí 30 %. Polovodiče, které se vyznačují touto dosud nejvyšší účinností, jsou Galium Arsenid (GaAs), Kadmium Telurid (CdTe) a Indium Fosfid (InP). Bohuţel Galium Arsenid a Indium Fosfid jsou příliš drahé pro výrobu velkého mnoţství velkoplošných fotovoltaických článků a Kadmium Telurid je nepouţitelný kvůli své toxicitě. Fotovoltaické články na bázi křemíku, které jsou extrémně čisté a disponují účinností více, neţ 25 % jsou na výrobu velice obtíţné a z důvodů vysokých nákladů jsou komerčně nepouţitelné. Dosud nejrozšířenější křemíkové články se svou účinností pohybují v rozmezí 15 – 19 %. [9]
Základní pojmy
21
2.3.1 Křemík První komerčně vyráběné fotovoltaické články byly z křemíku, který je aţ do současnosti hlavním polovodičovým materiálem a své dominantní postavení si pravděpodobně udrţí i v budoucnosti. Má nejširší technologickou základnu a dominantní postavení na trhu s fotovoltaickými materiály. Počátkem moderního vyuţití křemíku jako materiálu pro fotovoltaické články se stal rok 1954, kdy pracovníci Bell Telephone Laboratories dosáhli účinnosti přeměny monokrystalického křemíkového článku 6 %. Období cca do roku 1975 znamenalo jen malý posun v technologii vývoje komerčně vyuţívaných křemíkových článků. Důvodem byl důraz kladený na vývoj fotovoltaických článků pro pouţití v kosmickém průmyslu. Větší zvýšení účinnosti bylo dosaţeno aţ v 80. letech, kdy se vědcům podařilo vyrobit článek s účinností přesahující 20 %. Zlom přišel v roce 1992, kdy byly zdokonaleny parametry jako napětí naprázdno, byl zdokonalen optický návrh článku a samozřejmě technologie samotné výroby článků. V čínské akademii věd v Pekingu byl vyvinut článek z monokrystalického křemíku s účinností 32,5 %. Pro komerční vyuţití byla však výroba stále velmi nákladná, energeticky náročná a návratnost investice do výroby komerčních monokrystalických článků se pohybovala v řádech desítek let. V roce 1981 se objevily první články z polykrystalického křemíku s účinností 12 – 14 %. Polykrystalický křemík byl podstatně levnější neţ monokrystalický, coţ odstartovalo výrobu fotovoltaických článků pro komerční účely. [9]
2.3.2 Galium Arsenid Je druhým nejčastějším materiálem pro výrobu fotovoltaických článků. Jejich vývoj probíhá mnoho let, avšak jejich komerční vyuţití nemůţe konkurovat článkům křemíkovým. Jejich účinnost se pohybuje nad 20 % a z hlediska účinnosti jsou na tom o poznání lépe neţ křemíkové články, ovšem je třeba vzít v úvahu i další faktory, které znemoţňují jejich širší uplatnění. Ve srovnání s křemíkovými články je to podstatně vyšší cena, coţ v důsledku znamená vyšší měrné náklady, téměř 2x větší hustota a vyšší křehkost. Mezi výhody Galium Arsenidu patří tedy vyšší účinnost neţ v případě křemíku. Dále jsou články z GaAs odolnější vůči radiaci a jejich účinnost s rostoucí teplotou klesá jen nepatrně, na rozdíl od křemíkových článků. Nevýhodu vysoké hustoty lze odstranit výrobou velmi tenkých článků, protoţe aktivní tloušťka čipu je cca 60 μm, zatímco u Si je aktivní tloušťka min. 150 μm. Tyto vlastnosti předurčují pouţití GaAs hlavně v kosmickém průmyslu. [9]
2.3.3 Kadmium Telurid Z hlediska šířky zakázaného pásu 1,5 eV při 20 °C a velkému činiteli absorpce je CdTe povaţován za velmi efektivní materiál k přímé přeměně slunečního záření na elektrickou energii. Dosahuje vynikajících hodnot proudové hustoty (aţ 26 A/cm2) a napětí naprázdno (aţ 0,85 V). Tyto výhody však znevaţuje fakt, ţe výroba článku je extrémně náročná a klade velice vysoké poţadavky na dokonalé zvládnutí technologie nanášení jednotlivých vrstev polovodičů. Dalším aspektem, proč se CdTe nestane významnějším materiálem pro komerční energetiku je fakt, ţe se ho v zemské kůře nachází velmi omezené mnoţství a je toxický. V budoucnu by se mohl po dalším vývoji uplatnit ve spotřební elektronice jako např. u kalkulátorů nebo napájení telekomunikačních zařízení.
Základní pojmy
22
2.3.4 Heterostruktury Tato technologie má teoretické kořeny jiţ v počátcích 30. let, avšak jejich experimentální výzkum započal teprve nedávno. V tomto případě je přechod PN tzv. heteropřechod. Heteropřechod je dokonalé spojení 2 polovodičových materiálů na atomární úrovni. Je velice důleţité, aby v místě přechodu bylo minimum defektů, hlavně dislokací. Je tedy nutné, aby v případě, ţe krystalické mříţky obou polovodičů nejsou téměř shodné, bylo pnutím na jejich rozhraní dosaţeno. Toto pnutí, které můţe být v řádu GPa, pak nesmí zapříčinit vznik výše zmíněných dislokací. V praxi je toho docíleno nanášením velmi tenkých vrstev polovodiče v řádu jednotek aţ desítek nanometrů. Heterostruktura je tvořena několika heteropřechody za sebou. Vyuţívá se fyzikálních vlastností polovodičů tvořících heterostrukturu, které umoţňují vznik potenciálových jam, které mohou tvořit vlnovod pro fotony. V kaţdém případě se jedná o zvýšení účinnosti článku. V současné době probíhá výzkum heterostruktur GaAs-GaAlAs, jejichţ účinnost přesahuje 30 % a umoţňuje pouţití koncentrátorů slunečního záření. Koncentrace můţe být na jednotku plochy článku aţ tisícinásobná oproti křemíku. Pro komerční energetiku jsou heterostruktury v současné době stále nepouţitelné vzhledem k jejich velmi vysoké ceně a nestabilitě jejich parametrů. [10]
2.4 Aplikace fotovoltaických systémů Fotovoltaické systémy lze rozdělit do tří základních skupin:
Drobné aplikace mají na fotovoltaickém trhu nezanedbatelný podíl. Jedná se o instalace v řádech jednotek mW aţ desítek W. Miniaturní fotovoltaický článek s výkonem několika mW je součástí většiny kalkulaček. V dnešní době, kdy je vlastnictví mobilního telefonu téměř samozřejmostí se stále více rozšiřují tzv. solární nabíječky. Zpravidla bývají přenosné s výkonem jednotek W a mohou slouţit k nabíjení jak mobilních telefonů, tak mp3 přehrávačů, tabletů apod. Grid-on systémy jsou připojené do elektrizační soustavy a jsou nejvíce uplatňovány v oblastech, kde je hustá rozvodná síť, tedy vzdálenost mezi FVE a přípojným bodem v síti je v řádu jednotek kilometrů. Instalované výkony těchto výroben se u nás pohybují od jednotek kW na střešních instalacích aţ po jednotky (desítky) MW na rozlehlých volně stojících fotovoltaických elektrárnách. Základními prvky Grid-on systému jsou: o Fotovoltaické panely o Invertor, který z DC napětí panelů vyrábí AC napětí 230 V / 50 Hz o Kabeláţ o Elektroměr o Doplňkové vybavení FVE jako např. pyranometr, měřič teploty, komunikace apod. Grid-off systémy se pouţívají všude tam, kde není moţnost odebírat elektrickou energii z ES z důvodu odlehlosti daného objektu. Jejich instalace je opodstatněna nejen ekonomickou nevýhodností budování dlouhého přípojného vedení k objektu, ale také určitou energetickou nezávislostí objektu. Grid-off systémy se dále dělí na systémy s přímým napájením, hybridní systémy a systémy akumulační. o Systém přímého napájení je v podstatě propojení panelu (panelů) se spotřebičem, který je v provozu pouze během dne resp. při dostatečném
Základní pojmy
23
osvitu. Příkladem instalace systému přímého napájení můţe být čerpání vody pro závlahu, dobíjení akumulátorů spotřebičů apod. o Hybridní systém je sloţen z více neţ jednoho zdroje energie. Můţe se např. skládat z fotovoltaického systému a větrné elektrárny nebo kogenerační jednotky. o Akumulační systémy jsou naprosto nezávislé na ES díky akumulaci elektrické energie. Oproti Grid-on systému tento systém vyţaduje instalaci akumulátorů, které uchovají vyrobenou energii na dobu, kdy jiţ není dostatek slunečního svitu, případně na noc. Optimální nabíjení a vybíjení je zajištěno elektronickým regulátorem. Grid-off systém se skládá z následujících částí: o o o o o
Fotovoltaické panely Regulátor dobíjení/vybíjení akumulátorů Akumulátory Invertor (pro připojení běţných spotřebičů 230 V / 50 Hz) Doplňkové vybavení FVE. [11]
2.5 Jednotlivé komponenty FVE Hlavními částmi fotovoltaické elektrárny jsou fotovoltaické panely, které tvoří aţ 70 % celkových nákladů na projekt FVE. Fotovoltaický panel pro Grid-off a Grid-on elektrárnu se od sebe nijak neliší a pouţívají se většinou panely o standardizovaných rozměrech 1640x992x50 mm případně 1640x992x40 mm. Aby FVE dodávala elektrickou energii standardizovaných parametrů a odpovídající kvality, je dalším komponentem FVE tzv. invertor. Jeho úkolem je transformovat DC proud, který je dodáván z panelů, na AC proud, jehoţ parametry jsou dány normou. FVE je dále doplněna o kabeláţ, která je nezbytná pro přívod stejnosměrného proudu na vstup invertoru. V případě Grid-on systému je dalším komponentem FVE distribuční transformátor a vyvedení výkonu. Grid-off systém striktně nevyţaduje střídač, pokud jsou napájené spotřebiče na stejnosměrný proud a lze ho nahradit regulátorem nabíjení akumulátoru, který bývá součástí autonomního systému. Pro oba typy FVE je vhodné, aby byly opatřeny příslušným monitorovacím systémem včetně hlášení poruch nebo výpadků výroby.
2.5.1 Fotovoltaické panely Sériovým nebo paralelním spojením fotovoltaických článků vznikne po jejich hermetickém zapouzdření fotovoltaický panel. Články jsou sério-paralelně elektricky pospojovány tak, aby bylo dosaţeno poţadovaných hodnot napětí a proudu resp. výkonu na výstupu panelu. Panel musí být proveden tak, aby odolal několika vnějším vlivům, jako je např. mechanické namáhání způsobené krupobitím, zasněţením, větrem nebo intenzivním deštěm. Panel také musí odolávat značným změnám teploty včetně mrazu a vysokým teplotám, které zejména v letním období mohou dosahovat aţ hodnoty 80 °C. Z tohoto důvodu se panely skládají z několika ochranných vrstev, které jsou uzavřeny do hliníkového rámu. Je ţádoucí, aby ţivotnost panelu neklesla pod 20 – 25 let, která je garantována výrobcem. [13]
Základní pojmy
24
2.5.1.1 Technologie výroby fotovoltaických panelů Nejrozšířenější materiál fotovoltaických článků je, jak jiţ bylo uvedeno, křemík. Křemík má mnoho výhod, je jedním z nejhojněji zastoupených prvků v zemské kůře, coţ znamená jeho relativně snadnou dostupnost, je netoxický a ze všech polovodičů je ten nejvíce prozkoumaný. V zemské kůře se většinou vyskytuje ve formě oxidu křemičitého SiO2, jinak známém jako křemen či křemičitý písek. Je mechanicky velice pevný a chemicky stabilní. Šířka zakázaného pásu čistého křemíku je EGAP = 1,1 eV. [14] Výroba polykrystalického křemíku Prvním krokem při výrobě křemíku je jeho roztavení v peci při redukci uhlíkem, zjednodušeně lze tento chemický pochod popsat: V peci se směs SiO2 a mletého karbonizovaného uhlí (koksu) roztaví na teplotu přibliţně 2000 °C, zatímco samotný křemík se hromadí v dolní části pece, odkud je v jednotlivých intervalech odléván. Takto získaný surový křemík má čistotu okolo 99 %. Zbývající 1 % tvoří nečistoty jako příměsi Fe, Al, C. Pro pouţití křemíku jako materiálu na fotovoltaické články je třeba mnohem čistšího křemíku s čistotou ppm (part per milion). Jinými slovy je třeba, aby výsledný křemík obsahoval maximálně jednu částici nečistot na 1 milion částic křemíku. V praxi nejrozšířenější metodou čistění je tzv. technologie Siemens s chlorovým cyklem. V prvním kroku této metody proběhne převod na trichloristan a z něj je posléze vyredukován čistý křemík. Chlorový výrobní proces je energeticky velmi náročný a vyţaduje velké nároky na ochranu obsluhy i ţivotního prostředí, nicméně dosud nebyly vyvinuty čistší a šetrnější metody. Výstupním produktem čištění jsou hrudky čistého křemíku, které musí projít kontrolou jejich ohmického odporu, která případně odhalí nedostatečnou jakost. Dalším krokem je vytvoření tzv. ingotů. Ingot je v podstatě odlitý blok čistého křemíku. Postup je vcelku snadný, hrudky čistého křemíku se roztaví a nalijí do forem, ve kterých pozvolna zchladnou definovanou rychlostí. Rychlost chladnutí je řízena indukčním ohřevem, aby se vytvořila co moţná největší zrna křemíku a zároveň, aby se zamezilo vnitřním dislokacím a pnutím. Výsledný produkt, tzv. ingoty lze vidět na Obr. 2-5.
Základní pojmy
25
Obr. 2-5 Polykrystalické ingoty [17] Výroba monokrystalického křemíku Výroba monokrystalického křemíku probíhá tzv. Czochralskiho metodou. Do taveniny, která má teplotu přibliţně 1415 °C, se ponoří malý zárodek monokrystalu, který se velmi pomalu vytahuje při současném otáčení okolo své podélné osy. Celý tento postup probíhá v inertní atmosféře při sníţeném tlaku. Výsledný produkt je na Obr. 2-6.
Obr. 2-6 Monokrystalický ingot [18] Výroba fotovoltaických článků Vyrobené ingoty jsou následně rozřezány na plátky o tloušťce 100 – 150 μm. Difůze příměsí donorů (5- mocných prvků) či akceptorů (3- mocných prvků) do materiálu polovodiče pro vytvoření přechodu PN probíhá v difúzních pecích. Následně je na přední stranu destičky nanesena antireflexní vrstva pro minimalizaci odrazu, aby bylo dopadající sluneční záření maximálně absorbováno. To je mj. důvodem, proč se články s největší účinností jeví jako černé. Přední kontakt je ve tvaru mříţky, aby na článek dopadalo maximum slunečního záření, zatímco zadní kontakt bývá celoplošný. Přední strana článku má kvůli zvýšení účinnosti strukturu obrácených jehlanů, jak je patrné z Obr. 2-7. Díky tomu fotony snadno vstupují na PN přechod, pokud však foton projde, aniţ by excitoval elektron, je odraţen od zadní elektrody. Foton je následně totálním odrazem vrácen zpět na PN přechod, jak je znázorněno v detailu Obr. 2-7.
Základní pojmy
26
Obr. 2-7 Struktura přední strany článku pro zvýšení účinnosti [14] Výroba fotovoltaických panelů Vyrobené fotovoltaické články se skládají do panelů (modulů) podle poţadované hodnoty výkonu. Celkový výkon tedy závisí především na rozměrech modulu, od kterého se odvíjí i celkový počet článků. Na přední straně panelu je tzv. temperované sklo, které je mechanicky velmi odolné. Na sklo se následně pokládá plastová EVA (etylvinylacetát) fólie, na kterou se následně skládají jednotlivé fotovoltaické články. Fotovoltaické články jsou následně propojeny vodivými cestami většinou do série tak, ţe vrchní kontakt ve tvaru mříţky je spojen se spodním plošným kontaktem následujícího článku tak, jak ukazuje Obr. 2-8. Na propojené články je následně poloţena opět EVA fólie. Následně je nanesena vrstva Tedlaru, polymeru a opět Tedlaru. Uspořádání panelu ukazuje Obr. 2-8. Celý panel je uzavřen do hliníkového rámu a utěsněn silikonem. Porovnání polykrystalického a monokrystalického panelu ukazuje Obr. 2-9. Nakonec je z panelu odsán vzduch a zadní strana panelu je opatřena svorkovnicí s by-pass diodami a vývody kladného a záporného pólu. [14]
Obr. 2-8 Detail sériového propojení článků (vlevo) a řez panelem [14]
Základní pojmy
27
Obr. 2-9 Monokrystalický panel (vlevo) a polykrystalický panel [19]
2.5.1.2 Parametry fotovoltaických panelů Účinnost Mezi základní parametry fotovoltaického panelu patří jeho účinnost. Účinnost udává, kolik dopadající energie je panel schopen přeměnit na elektrickou energii. To je dáno jeho aktivní plochou, se kterou je úzce svázán jeho další základní parametr, kterým je jeho výkon. Účinnost je obecně vyšší u monokrystalických panelů, která se pohybuje mezi 15 – 20 % u běţně vyráběných komerčně dostupných panelů. U panelů polykrystalických se účinnost pohybuje od cca 14 do 17 %. Výkon dnešních panelů standardizovaných rozměrů, tedy 1640x992 mm, se pohybuje cca od 245 do 265 W. Mezi další parametry patří napětí naprázdno UOC, proud nakrátko ISC, faktor plnění, příp. jeho ţivotnost nebo vliv stárnutí na výkonnost panelu. Napětí nakrátko se u běţných (standardizovaných) panelů pohybuje do 40 V, proud nakrátko pak do 9 A. [12] Parametry fotovoltaického panelu přehledně ukazuje jeho VA charakteristika, patrná z Obr. 2-10. Parametry panelu jsou uváděny v souvislosti s danými standardizovanými podmínkami. Udávají se při STC (Standard Test Condition). Zkratka STC v překladu znamená „Standardní testovací podmínky“ kterými jsou:
Osvit 1 kW/m2 Teplota panelu 25 °C Spektrum AM 1,5 Global (udává míru znečištění atmosféry). [15]
Mezi další důleţitý parametr fotovoltaických panelů patří tzv. činitel plnění, označován zkratkou FF z anglického slova Fill-Factor. Je charakterizován jako podíl skutečného maximálního výkonu a výkonu určeného z napětí naprázdno a proudu nakrátko. Vţdy nabývá hodnot menších neţ 1.
Základní pojmy
28
Obr. 2-10 Voltampérová a výkonová charakteristika fotovoltaického panelu [12] Vliv teploty na účinnost panelu Na průběh VA charakteristiky a jeho výkonové charakteristiky má zásadní vliv teplota panelu. Vlivem zvýšené teploty se také zvýší difúzní hodnota minoritních nosičů, následkem čehoţ se zmenší energetická mezera polovodiče a zvýší se hodnota potřebného fotoproudu. Následek tohoto jevu je však zanedbatelný. Významný vliv na sníţení účinnosti má pokles napětí naprázdno UOC. Za jasného dne bez vlivu vnějšího chlazení (bezvětří), kdy teplota okolního vzduchu dosahuje 40 °C, můţe povrchová teplota panelu dosahovat aţ 80 °C. Při této teplotě jiţ dochází ke změně elektrických vlastností článku vedoucích ke sníţení výkonové charakteristiky panelu směrem dolů, jak ukazuje Obr. 2-12. Pro panely (články) z krystalického křemíku je pokles UOC cca 0,4 % / K, pokles výkonu nabývá hodnot přibliţně 0,5 % / K. Vliv intenzity slunečního záření Účinnost panelu dále závisí na intenzitě dopadajícího slunečního záření a na velikosti sériového a paralelního odporu. V případě, ţe je hodnota sériového odporu RS malá, účinnost panelu s rostoucí intenzitou roste do svého maxima a nadále jiţ klesá. V případě velkého sériového odporu RS účinnost panelu s rostoucí intenzitou klesá, coţ se nejvíce projevuje u tenkovrstvých technologií. [12] Moţné průběhy účinnosti panelů v závislosti na intenzitě slunečního záření ukazuje Obr. 2-11.
Základní pojmy
29
Obr. 2-11 Vliv intenzity osvětlení na účinnost panelu [12]
Obr. 2-12 Pokles účinnosti panelu s rostoucí teplotou [12]
2.5.2 Invertory Invertor neboli střídač slouţí k přeměně stejnosměrného napětí generovaného panely na střídavé napětí odpovídajících parametrů pro jeho paralelní provoz s elektrizační soustavou ES. Moderní invertory mají i několik dalších doplňkových funkcí, mezi které patří monitoring provozních stavů (v provozu/mimo provoz) a sítě, okamţitý výkon, celková vyrobená energie v kWh, doba provozu, účiník atd. Invertory lze v podstatě rozdělit do 3 skupin:
Centrální Řetězcové Modulové
Základní pojmy
30
2.5.2.1 Typy invertorů Centrální Výhody centrálních invertorů spočívají v tom, ţe kompletní technologie FVE (kromě fotovoltaických panelů a kabeláţe) je uloţena na jednom místě resp. pod jednou střechou. Tedy v případě poruchy odpadá její zdlouhavé hledání a obsluha je většinou ihned informována o poruše a příslušné nápravné kroky podniká z místa instalace centrálního střídače. Nevýhodou můţe být fakt, ţe porucha na invertoru můţe mít za následek výpadek celé FVE i v případě, ţe porucha postihla jen její část. Z tohoto důvodu výrobci konstruují centrální invertory do modulového uspořádání. Při poruše se opraví/vymění pouze vadný modul a zbytek FVE zůstává i během poruchy na části zařízení nedotčen. Další nevýhodou je nutnost rozsáhlé DC kabeláţe, která je nutná k vyvedení výkonu ze stovek aţ tisíců panelů do objektu, kde se nachází centrální střídač. Uspořádání s pouţitím centrálního invertoru je patrné z Obr. 2-13 (A). Řetězcové Řetězcové invertory jsou instalovány nikoliv v jednom objektu jako v případě centrálních, ale jsou rozprostřeny zpravidla po celém areálu FVE buď jednotlivě, nebo v tzv. hnízdech. Dle výkonu střídače jsou k němu připojeny tzv. řetězce tvořené z několika, většinou sériově propojených panelů. Počet propojených panelů a jejich konfigurace se řídí poţadovanými hodnotami na vstupu invertoru. Jako výhody lze uvést jejich nezávislost na tom, zda je na části zařízení FVE porucha, protoţe kaţdý invertor dodává výkon pouze z panelů, ke kterým je připojen. Na opačné straně nicméně stojí nutnost fyzické kontroly v celém areálu FVE. Modulové schéma je patrné z Obr. 2-13 (B). Modulové Tento typ invertoru byl poměrně dlouhou dobu nedostupný, kvůli jeho vysokým pořizovacím nákladům. Jedná se o tzv. mikroinvertor, který je vţdy připojen k jednomu fotovoltaickému panelu. Pouţití mikroinvertorů lze nalézt pouze v malých aplikacích FVE např. na střechách. Velké komerční FVE jsou zpravidla osazeny invertory centrálními nebo řetězcovými. Největší výhodou mikroinvertorů je variabilita jejich pouţití. Fakt, ţe MPP tracker se řídí hodnotami pouze z jednoho panelu, dává předpoklad jeho maximálnímu vyuţití. Mj. má mikroinvertor své opodstatnění i jako doplněk řetězcových příp. centrálních invertorů. Problematika zastínění u prvních dvou zapříčiní, ţe i nepatrný stín zasahující do části řetězce nebo zakrývající byť jen část panelu, negativně ovlivňuje výtěţnost celého řetězce. Řešením je pouze re-konfigurace s pouţitím mikroinvertoru, pokud je ţádoucí nesniţovat počet panelů. Uspořádání s modulovými invertory je na Obr. 2-13 (C).
Základní pojmy
31
Obr. 2-13 Modulové uspořádání jednotlivých typů inventorů [12]
2.5.2.2 Parametry invertorů V současné době je na trhu nepřeberné mnoţství různých typů střídačů s výkonem od 200 W (mikroinvertory) po stovky kW aţ jednotky MW v případě centrálních střídačů. Střídače se od sebe dále liší svou účinností, počtem MPP trackerů, rozsahem MPP trackerů atd. Důleţitým kritériem při výběru je nejen jeho účinnost, ale i další faktory, které je třeba zohlednit ještě před nákupem. Účinnost V katalogových listech výrobců střídačů se lze setkat s několika účinnostmi. Obvykle se jedná o účinnost maximální a evropskou příp. kalifornskou. Maximální účinnost je splněna při jmenovitých hodnotách napětí a proudu na vstupu střídače a u dnešních invertorů se pohybuje v rozmezí od 90 do 99 %. Větší vypovídající hodnotu má však účinnost evropská, která je měřena při proměnlivých klimatických podmínkách a je průměrem účinností invertoru při různých hodnotách zatíţení. Měří se při 5, 10, 20, 30, 50 a 100 % nominálního výkonu. Hodnoty evropské účinnosti jsou tedy reálnější vzhledem k podmínkám, ve kterých bude invertor pracovat. Na druhou stranu je však nutné podotknout, ţe účinnost je měřena při optimálním napětí na DC straně, které je během provozu FVE silně ovlivněno okolní teplotou, která se během roku výrazně mění. Závislost účinnosti na zatíţení invertoru ukazuje Obr. 2-14.
Základní pojmy
32
Obr. 2-14 Závislost účinnosti invertoru na jeho zatížení [15] Rozsah MPP Udává rozsah napětí, ve kterém je invertor schopen pracovat s deklarovanou účinností. Z důvodu, ţe se během dne mění vstupní napětí, je třeba, aby invertor pracoval s vysokou účinností v co moţná nejširším rozsahu hodnot vstupního napětí k maximalizaci výroby. MPP je zkratkou anglických výrazů „Maximum power point“ – v překladu „bod maximálního výkonu“. Účinnost přizpůsobení MPP Velmi důleţitý parametr udávající, jak je invertor schopen sledovat změny klimatických podmínek a následně na ně reagovat. Platí, ţe čím je delší prodleva mezi změnou podmínek a odpovídající reakcí střídače, tím je účinnost přeměny niţší. Tuto funkci v invertoru obstarává tzv. MPP tracker, který sleduje vstupní hodnoty napětí a na základě těchto údajů sleduje bod maximálního výkonu tím, ţe přizpůsobuje hodnotu vstupního odporu invertoru. Invertory transformátorové / beztransformátorové Invertory s nejvyššími hodnotami maximální účinnosti jsou většinou beztransformátorové, jelikoţ u nich nedochází ke ztrátám energie ve vinutí a buzením transformátoru. Nevýhodou beztransformátorových invertorů je fakt, ţe nejsou nijak galvanicky oddělené od panelů, které jsou vystaveny atmosférickým vlivům, především bleskům. Transformátorové invertory jsou nezbytné v kombinaci s tenkovrstvými technologiemi a např. v Itálii je pouţití invertorů bez transformátoru zakázáno. Pouţití většího počtu výkonových stupňů Někteří výrobci zabudovávají do svých invertorů větší počet výkonových dílů. Je to z důvodu optimální účinnosti během často se měnících klimatických podmínek (oblačnost, mlhy), které panují i v České republice. Při niţším zatíţení pracuje ten niţší výkonový stupeň, který má v danou chvíli nejvyšší účinnost. Při větších zatíţeních se přepínají jednotlivé výkonové stupně dle jejich okamţité účinnosti. Tato koncepce je výhodná i z hlediska prodlouţení ţivotnosti střídače, protoţe se vţdy zatěţuje ten „nejméně opotřebený“ výkonový stupeň. [16]
Základní pojmy
33
Počet MPP trackerů Počet MPP trackerů udává, kolik sestav (řetězců) panelů je moţno připojit na vstup invertoru za současného sledování bodu maximálního výkonu. Ideální je stav, kdy jeden MPP tracker sleduje jeden řetězec (string). V praxi však bývá k jednomu MPP trackeru připojeno stringů hned několik z důvodu vysokých investičních nákladů. [16] Sběr a analýza dat Nezbytná funkce k efektivnímu provozu FVE. V případě poruchy nebo výpadku invertoru je nutné, aby odpovědná osoba byla včas informována a měla moţnost operativně reagovat a sníţit tak důsledky poruchy, kterými jsou v drtivé většině finanční ztráty za nevyrobenou elektrickou energii. Většina výrobců nabízí ke svým invertorům také komunikační modul, který zajišťuje sledování provozních stavů online. [16]
2.5.3 Nosné konstrukce Nezanedbatelnou část FVE tvoří nosné prvky fotovoltaických panelů. Dají se rozdělit na několik skupin:
Konstrukce pro sedlové střechy o Vhodná pro střechy se sklonem okolo 35 ° a orientací na jih příp. jihozápad. Fotovoltaické panely jsou připevněny k hliníkové konstrukci, která je ukotvena speciálními háky ke střeše. Mezi střešními instalacemi patří k nejrozšířenějším vzhledem k jednoduchosti instalace a nízké ceně. Konstrukce pro ploché střechy o Většinou je konstrukce tvořena ocelovými pozinkovanými profily, které jsou zavětrované a podélně spojeny hliníkovým profilem pro uchycení panelů. Konstrukce je ke střeše upevněna chemickými kotvami nebo je celá konstrukce zatíţena betonovými bloky. Konstrukce pro volná prostranství o Velice podobná konstrukce jako v případě konstrukce pro ploché střechy pouze s tím rozdílem, ţe konstrukce je připevněna k zemi závrtnými šrouby, pozinkovanými profily zatlučenými do země nebo betonovými základy. Polohovatelné systémy o Pro zvýšení výtěţnosti instalovaných panelů se vyuţívá polohovatelných systémů neboli trackerů. Celá konstrukce se během dne natáčí kolmo ke slunci, coţ má ze zkušenosti za důsledek zvýšení výtěţnosti o 30 – 35 %. Trackery mohou být provedeny jako jednoosé nebo dvouosé podle toho, do jaké míry „kopírují“ pohyb slunce po obloze. Nevýhodou jsou vysoké počáteční náklady, nezbytná údrţba a nutnost přesnosti trackeru. [12]
Vlastnosti FVE a jejich diagnostika
34
3 VLASTNOSTI FVE A JEJICH DIAGNOSTIKA Účinnost FVE se během její ţivotnosti sniţuje vlivem několika různých faktorů. Mezi ty základní patří mj. pokles účinnosti panelů vlivem degradace materiálu polovodičových článků. Účinnost FVE jako celku závisí samozřejmě i na dalších faktorech a účinnostech jednotlivých prvků FVE jako jsou invertory, transformátory a v neposlední řadě také činné ztráty na kabeláţi. Do 10 let by neměla klesnout účinnost panelu pod 90 % a během své garantované ţivotnosti pod 80 %. [12] S účinností FVE je úzce propojena také její výkonnost. Je zřejmé, ţe kaţdý provozovatel FVE má zájem na tom, aby jeho FVE měla co moţná nejdelší ţivotnost, minimální pokles účinnosti během svého provozu a co moţná nejvyšší provozní výkonnost. Za účelem záruky, ţe bude zajištěn určitý standard, co se týče oprávněnosti výstavby FVE a jejího efektivního provozu byla vydána norma ČSN EN 62 446, jenţ definuje minimální poţadavky na systémovou dokumentaci, na zkoušky při uvádění FVE do provozu a postupy pravidelných kontrol. [20]
3.1 Fotovoltaické systémy spojené s elektrorozvodnou sítí – Minimální poţadavky na systémovou dokumentaci, zkoušky při uvádění do provozu a kontrolu Norma definuje, jaké minimální poţadavky jsou kladeny na dokumentaci a informace, které mají být předány zákazníkovi po instalaci FVE připojené do elektrorozvodné sítě. Dále norma popisuje, jaké minimální zkoušky musí být provedeny při uvedení FVE do provozu, kontrolní kritéria a dokumentaci, která je předpokládaná pro ověření bezpečné instalace a bezpečné obsluhy FVE. Normu lze také pouţít jako podklad pro pravidelné přezkušování. [20]
3.1.1 Minimální poţadavky na systémovou dokumentaci Náplní této kapitoly je popis minimálního obsahu dokumentace, která by měla být poskytnuta po instalaci fotovoltaického systému připojeného do elektrorozvodné sítě. Tyto informace jsou klíčovými systémovými daty dostupnými zákazníkovi, inspekčnímu orgánu a hlavnímu inţenýrovi projektu. V dokumentaci jsou rovněţ obsaţeny informace poskytující obsluhu systému a jeho údrţbu. [20]
3.1.1.1 Systémová data Základní informace o systému Minimální základní informace, které by měly být obsaţeny na titulní straně systémové dokumentace:
Identifikátor projektu Jmenovitý výkon (kW DC / kVA AC) Fotovoltaické panely a invertory – výrobce, typ a jejich počet Datum instalace Datum uvedení do provozu Jméno zákazníka Webová adresa Informace o projektantovi. [20]
Vlastnosti FVE a jejich diagnostika
35
Minimální informace, které musí být dostupné všem osobám, které jsou zodpovědné za projekt jako takový. Minimální informace:
Projektant, firma (právnická osoba) Projektant, kontaktní osoba (fyzická osoba) Projektant, poštovní adresa, telefonní číslo a emailová adresa. [20]
Informace o společnosti provádějící realizaci Minimální informace, které musí být dostupné všem osobám, které jsou zodpovědné za projekt jako takový. Minimální informace:
Název společnosti provádějící realizaci projektu (právnická osoba) Kontaktní osoba společnosti (fyzická osoba) Poštovní adresa, telefonní číslo a emailová adresa. [20]
3.1.1.2 Schéma zapojení Jako minimum musí být uvedeno alespoň jednopólové schéma zapojení s popisem umoţňujícím detailní porozumění schématu. [20] Pole FVE – obecná specifikace Schéma musí obsahovat následující informace o poli FVE:
Typ panelů Celkový počet panelů Počet řetězců (stringů) Počet panelů v jednom řetězci. [20]
Informace o řetězci Schéma musí obsahovat následující informace o řetězci:
Typ a průřez kabeláţe v řetězci Informace o ochraně proti nadproudům, je-li pouţita Typ blokovací diody, je-li to důleţité. [20]
Elektrické údaje o poli FVE Schéma musí obsahovat následující informace o poli FVE:
Typ a průřez hlavního kabelu Umístění rozvaděčů (jsou-li pouţity) Typ DC odpínače, jeho umístění a mezní hodnoty napětí a proudu Informace o ochraně proti nadproudům, je-li pouţita. [20]
Uzemnění a ochrana proti přepětí Schéma musí obsahovat následující informace o uzemnění a ochraně proti přepětí:
Informace o všech bodech uzemnění – průřez a typ uzemnění, informace o pospojování zemnící soustavy, je-li zabudována Informace o jakémkoliv připojení na jiţ existující prvek ochrany proti úderu blesku Informace o všech pouţitých ochranách (na AC i DC straně), jejich umístění, typu a mezních hodnotách. [20]
Vlastnosti FVE a jejich diagnostika
36
AC strana Schéma musí obsahovat následující informace o AC straně:
Informace o AC odpínači, jeho typu a mezních hodnotách Informace o ochraně proti nadproudům, jejich umístění, typu a mezních hodnotách Informace o proudovém chrániči (je-li pouţit), typu a jeho mezních hodnotách. [20]
3.1.1.3 Přístrojová dokumentace Musí být obsaţeny přístrojové dokumentace následujících prvků systému:
Přístrojová dokumentace všech pouţitých fotovoltaických panelů Přístrojová dokumentace všech pouţitých invertorů Přístrojová dokumentace všech dalších důleţitých prvků systému. [20]
3.1.1.4 Informace o mechanických prvcích systému Musí být obsaţeny informace o všech mechanických a konstrukčních částech systému. [20]
3.1.1.5 Informace týkající se provozu a údrţby systému Musí být obsaţeny alespoň následující informace:
Postupy ověřování správné funkce systému Seznam bodů, jak postupovat v případě poruchy systému Postup při nouzovém vypnutí/odpojení Doporučení k údrţbě a čištění systému, je-li to nutné Doporučení týkající se opatření související s budoucími zásahy (např. u střešních instalací) Záruční listy fotovoltaických panelů a invertorů, na kterých je uvedeno časové období trvání záruky Dokumentace o aplikovaných pracovních postupech během realizace nebo dokumentace deklarující odolnost vůči povětrnostním vlivům. [20]
3.1.1.6 Výsledky zkoušek při uvádění systému do provozu Musí být obsaţeny kopie výsledků veškerých provedených zkoušek během uvádění systému do provozu. Minimální poţadavky na zkoušky jsou uvedeny v následující kapitole. [20]
3.1.2 Ověřování Většina zkoušek prováděných na fotovoltaickém systému připojeném do elektrorozvodné sítě by měla být prováděna v souladu se standardem IEC 60364-6, který definuje základní poţadavky zkoušky při uvedení do provozu a následnou pravidelnou kontrolu všech elektrických zařízení. Zkoušky při prvním uvedení do provozu se provádějí po dokončení instalace, rekonstrukce nebo po dokončení všech změn prováděných před uvedením do provozu. Pravidelné zkoušky ověřují, je-li daná instalace v takovém stavu, aby spolehlivě plnila svoji funkci v uspokojivé míře. Kaţdá instalace se kontroluje před samotným testováním a probíhá bez připojení fotovoltaického systému na elektrorozvodnou síť. Kontrolu provádí kvalifikovaná osoba, která ověří níţe uvedené body specifické pro fotovoltaické systémy. [20]
Vlastnosti FVE a jejich diagnostika
37
3.1.2.1 Kontrola DC strany Kontrola DC strany zahrnuje alespoň následující body:
Všechny části DC strany systému jsou v souladu se standardem IEC 60364 a především se standardem IEC 60364-7-712. Všechny části DC strany systému jsou určeny pro kontinuální provoz při maximálním moţném napětí a při maximálním moţném poruchovém proudu. Je-li na DC straně pouţita ochrana třídy ochrany II nebo ekvivalentní izolace (ano/ne). Kabeláţ jednotlivých řetězců, kabeláţ pole FVE, hlavní kabely DC strany musí být zvoleny a instalovány tak, aby se minimalizovalo riziko zemních spojení a zkratů. Obvykle se v návaznosti na tento poţadavek pouţívá kabelů s dvojitou izolací. Elektrická vedení musí být zvolena a instalována tak, aby odolávaly vnějším vlivům, jako je vítr, námraza, vysoká teplota a vliv slunečního záření. Pro systémy bez nadproudové ochrany na úrovni řetězce je nutno ověřit, zda maximální dovolený zpětný proud panelem je větší neţ maximální moţný zpětný proud v řetězci. Zároveň je třeba ověřit, ţe průřez kabelu odpovídá maximálnímu moţnému poruchovému proudu, který jim můţe protékat. Pro systémy s nadproudovou ochranou je třeba ověřit, zda jsou všechny ochrany zvoleny a namontovány správně dle místních předpisů a pokynů výrobce. DC odpínač je umístěn na DC straně invertoru. Jsou-li nainstalovány blokovací diody, jejich maximální dovolené závěrné napětí je alespoň 2x větší, neţ napětí řetězce při STC, kterého jsou blokovací diody součástí. Je-li jeden pól DC strany uzemněn, musí být provedeno oddělení AC a DC strany. Místo připojení uzemnění musí být ošetřeno proti korozi. [20]
3.1.2.2 Ochrana proti přepětí a úrazu elektrickým proudem Kontrolují se alespoň následující body:
Proudový chránič typu B, je-li instalován a není-li oddělena AC a DC strana systému. Pro minimalizaci bleskových přepětí se vyţaduje, aby byla plocha všech kabelových smyček co moţná nejmenší. Vyţadují-li to místní předpisy, zkontrolujte, zda ochranná uzemnění rámů PV pole, rámů PV modulů či nosných konstrukcí jsou správně nainstalovány a propojeny se zemí. Vyţadují-li to místní předpisy, musí být ochranná uzemnění konstrukčních prvků pole FVE, rámy fotovoltaických panelů a nosné konstrukce správně nainstalovány a připojeny do země. [20]
3.1.2.3 Kontrola AC strany Kontrola AC strany systému musí zahrnovat alespoň tyto kroky:
Kontrola, jakým způsobem je provedena izolace invertoru na AC straně. Kontrola, zda všechny vodiče a spínací prvky FVE jsou připojeny tak, ţe FVE je účinně připojena k zátěţi jakoţto elektrorozvodné síti. Kontrola, ţe všechny provozní parametry všech invertorů jsou nastaveny v souladu s lokálními podmínkami. [20]
Vlastnosti FVE a jejich diagnostika
38
3.1.2.4 Značení a identifikace Kontrola prokáţe, ţe je dodrţeno označení alespoň:
Všech obvodů, ochran, spínačů a komunikačních terminálů. Všech DC skříní štítkem označujícím, ţe je daná skříň napájena z fotovoltaického pole, a proto se mohou jednotlivé části zůstat ţivými i po odepnutí invertoru od elektrorozvodné sítě. Hlavního AC odpojovače. Místa propojení v případě duální spolupráce zdrojů.
Dále by mělo být v areálu FVE umístěno jednopólové schéma FVE, nastavení ochran invertorů, pokyny k jejich instalaci, postup nouzového vypnutí. Dále je třeba, aby všechna označení byla řádně připevněná a trvanlivá. [20]
3.1.3 Testování Měřící nástroje a monitorovací zařízení včetně měřících metod musí být voleny v souladu s odpovídajícími částmi standardu IEC 61557. Zkušební metody, které jsou uvedeny v následujícím textu jsou povaţovány za referenční, nicméně mohou být pouţity i alternativní metody v případě, ţe neposkytují méně přesné výsledky měření, neţ referenční metody. V případě, ţe se během testování objeví porucha, všechny předchozí testy musí být opakovány v případě, ţe existuje reálná moţnost, ţe výsledky předchozích testů byly touto poruchou ovlivněny. Testovací sekvence se skládá z několika částí a musí být provedena postupně: a) Měření všech AC obvodů dle IEC 60364-3, po kterých následuje testování DC obvodů v poli FVE b) Měření spojitosti ochranného uzemnění, je-li instalováno c) Ověření polarity d) Měření napětí naprázdno řetězce e) Měření proudu nakrátko řetězce f) Test funkčnosti g) Měření izolačního odporu DC obvodů. [20]
3.1.3.1 Měření spojitosti ochranného obvodu či zemnící soustavy Tam, kde je provedeno ochranné pospojování na DC straně jako je např. pospojování rámů a konstrukčních prvků, by měla být provedena kontrola spojitosti všech těchto částí včetně kontroly připojení k hlavnímu zemniči. [20]
3.1.3.2 Ověření polarity Polarita všech DC kabelů se kontroluje schváleným měřicím přístrojem. Po tom, co je ověřena správná polarita, musí být na všech kabelech zkontrolováno jejich správné označení a připojení k jednotlivým prvkům FVE jako jsou např. odpínače a invertory. [20]
3.1.3.3 Měření napětí naprázdno řetězce Měření má být provedeno vhodným přístrojem před sepnutím všech odpínačů a před instalací nadproudových řetězcových ochran, jsou-li součástí. Naměřené hodnoty jsou následně porovnány
Vlastnosti FVE a jejich diagnostika
39
s očekávanými hodnotami. Porovnání slouţí ke kontrole správnosti instalace, nikoliv k ověření výkonnosti panelu/pole FVE. Ověřování výkonnosti není náplní normy. U systémů, které obsahují více stejných řetězců, lze mezi sebou porovnávat jednotlivá napětí naprázdno za předpokladu, ţe jsou osvitové podmínky na všech řetězcích stejné. V opačném případě lze měření odloţit nebo měřit osvit na kaţdém řetězci s tím, ţe je stanoven referenční řetězec. Nebo lze pouţít měřicí přístroj v kombinaci s pyranometrem, kdy se naměřené osvitové podmínky přepočtou na STC podmínky. [20]
3.1.3.4 Měření proudu řetězce Stejně jako u měření napětí naprázdno, musí být i měření proudu nakrátko provedeno vhodným přístrojem. Porovnáním více řetězců lze opět zkontrolovat správnost instalace. Předpokladem je opět stejný osvit porovnávaných řetězců, kdy se za stejně provedené řetězce povaţují ty, které se svými naměřenými daty neliší o více neţ 5 % při stálých osvitových podmínkách. Pokud nelze dosáhnout stejných osvitových podmínek na porovnávaných řetězcích, opět je na výběr několik moţností:
Odloţení měření Měření můţe být realizováno více měřicími přístroji, kdy je jeden řetězec zvolen jako referenční Měřicí přístroj v kombinaci s pyranometrem, kdy se naměřené osvitové podmínky přepočtou na STC podmínky. [20]
Měření zkratového proudu Při měření zkratového proudu se do řetězce zavede dočasný zkrat připojením zátěţového spínaného zařízení pomocí zkratovacího kabelu. Spínací zařízení i zkratovací kabel musí být dimenzovány na vyšší hodnoty, neţ které se mohou v obvodu objevit. Zkratový proud je následně změřen klešťovým ampérmetrem nebo ampérmetrem v sérii se zkratovaným obvodem. [20] Provozní zkouška Za normálního provozu (s aktivním MPP trackerem invertorů) se měří proud daného řetězce klešťovým ampérmetrem. Naměřené hodnoty se porovnají s očekávanými jako kontrola správnosti instalace. V případě, ţe systém obsahuje více stejných řetězců, lze je mezi sebou porovnávat stejným způsobem, jako tomu bylo při měření napětí naprázdno a zkratového proudu. [20]
3.1.3.5 Ověření funkčnosti Během testu má být ověřeno:
Spínací a další kontrolní prvky musí být kontrolovány na správnou provozní funkci, správnost jejich montáţe a připojení. Všechny invertory v daném systému musí být kontrolovány na svou správnou provozní funkci. Kontrolní postupy definuje výrobce invertoru. Zkouška výpadku sítě: během provozu se odpojí hlavní vypínač na AC straně, čímţ FVE okamţitě přestane vyrábět, následně se FVE opět připne k síti a ověří se, zda se systém vrátí do normálního provozu. [20]
40
Vlastnosti FVE a jejich diagnostika
3.1.3.6 Měření izolačního odporu pole FVE Obvody na DC straně systému jsou během denního světla pod napětím, proto je během tohoto testu zvýšené riziko úrazu elektrickým proudem. Je důleţité porozumět celému procesu měření ještě před započetím práce. Je doporučeno dodrţet následující bezpečnostní zásady:
Omezit přístup do pracovního prostoru. Nedotýkat se a zamezit ostatním osobám v dotyku kovových částí jakoukoliv částí těla během testování. Nedotýkat se a zamezit ostatním osobám v dotyku zadní části panelů, laminátových prvků jakoukoliv částí těla během testování. Během testu se můţe v pracovním prostoru vyskytnout napětí. Zařízení musí mít samovybíjecí schopnost. Vhodné osobní oblečení/vybavení je pouţíváno během trvání celé zkoušky. [20]
Metody testování Zkouška má být provedena minimálně pro kaţdé pole FVE. Je však moţné provádět i kontrolu jednotlivých řetězců, je-li to vyţadováno. Testovací metoda 1 -> Zkouška izolačního odporu mezi záporným pólem a zemí následována zkouškou mezi kladným polem a zemí. Testovací metoda 2 -> Zkouška mezi zemí a zkratovaným kladným a záporným pólem. [20] Zkušební postup Před zkouškou je nutno omezit přístup nepovolaným osobám. Odpojit DC stranu od invertorů a zároveň odpojit veškeré prvky, které by mohli ovlivnit výsledky měření, jako jsou např. ochrany proti přepětí. [20] Dovolené hodnoty izolačního odporu jsou v závislosti na pouţité metodě uvedeny v Tab. 3-1. Metoda testování
Napětí systému (UOC stc x 1,25) [V]
Zkušební napětí [V]
Minimální izolační odpor [MΩ]
< 120 120 - 500 > 500 < 120 120 - 500 > 500
250 500 1000 250 500 1000
0,5 1 1 0,5 1 1
Testovací metoda 1
Testovací metoda 2
Tab. 3-1 Minimální hodnoty izolačního odporu [20]
3.1.3.7 Kontrolní zpráva Po ukončení všech výše uvedených úkonů musí být vypracována kontrolní zpráva, která musí obsahovat alespoň následující:
Shrnutí informací popisujících systém (jméno, adresa, atd.) Seznam obvodů, které byly podrobeny kontrole a testování. Záznam o kontrole.
Vlastnosti FVE a jejich diagnostika
41
Záznam o výsledcích testů kaţdého testovaného obvodu. Doporučený interval mezi další kontrolou. Podpis oprávněné osoby provádějící kontrolu. [20]
Prvotní a pravidelné kontroly Záznam o provedení prvotní kontroly se řídí kapitolou 3.1 a mj. musí obsahovat informace o osobě zodpovědné za provedení, konstrukci a ověření systému. Tento záznam rovněţ poskytuje doporučení, jak dlouhé by měly být intervaly mezi jednotlivými kontrolami. Délka intervalu se odvíjí od několika skutečností, jako např. typ systému a jeho zařízení, typ provozu apod. [20]
3.2 Kontrola FVE termokamerou Účelem kontroly FVE termokamerou je detekovat teplotní anomálie na fotovoltaických panelech během jejich provozu. Takovéto teplotní anomálie mohou indikovat problém v rámci panelu a/nebo v rámci pole FVE. Jako příklad těchto anomálií lze uvést by-pass diody, které jsou sepnuty a přemosťují 1/3 panelu vlivem vnitřního úbytku napětí na některém z článku/článků, porucha by-pass diody, porucha ve smyslu přerušení pájky, studené spoje a další poruchy, které jsou charakterizovány zvýšenou teplotou v místě jejich výskytu. Tato kontrola je vhodná jako součást prvotní kontroly i pravidelných kontrol, které mohou potvrdit podezření a identifikovat příčinu moţného poklesu výkonu daného panelu/řetězce/pole FVE. [20]
3.2.1 Postup kontroly Předpokladem pro správné měření teplotních anomálií termokamerou je normální pracovní reţim FVE (reţim MPP). Osvit měřeného panelu/řetězce/pole FVE by měl být minimálně 400 W/m2 a povětrnostní podmínky během měření musí být stabilní. V ideálním případě by měl být minimální osvit 600 W/m2 a více. Díky tomuto dostatečnému osvitu je zajištěno, ţe proud generující fotovoltaickými panely bude dostatečně velký na to, aby způsobil ohřev místa poruchy natolik, ţe bude detekovatelný termokamerou. V závislosti na konstrukci panelu se stanoví, na které jeho straně jsou teplotní anomálie více rozeznatelné. Stanoví se měřením termokamerou na obou stranách panelu. Během kontroly panelů je třeba věnovat pozornost především blokovacím diodám, svorkovnicím na panelu (junction boxům), elektrickým kontaktům nebo kterémukoliv jinému prvku, který vykazuje neúměrně vyšší teplotu neţ jeho okolí. V případě, ţe kontrola probíhá z přední strany panelů, musí být zajištěno, ţe měřený panel nebude zastíněn. [20]
3.2.2 Interpretace výsledků Teplota panelu se během dne velmi mění, a proto je absolutní standardní teplota nepříliš vypovídající pro identifikaci teplotních anomálií. V tomto případě se za nejdůleţitější povaţuje rozdíl teplot mezi horkým (postiţeným) místem a jiným nepostiţeným místem za běţného provozu. Je nutno vzít v úvahu skutečnost, ţe teplota panelu se odvíjí od osvitu, rychlosti větru a okolní teploty. Všechny tyto jevy mohou být během dne značně proměnlivé. Zjištěné teplotní anomálie musí být zřetelně označeny buď přímo na postiţených částech, nebo musí být zaznačeny v plánech příslušné FVE tak, aby byla zajištěna její snadná lokalizace. Kaţdou zjištěnou teplotní anomálii je třeba prověřit a zjistit její příčinu pomocí vizuální kontroly
Vlastnosti FVE a jejich diagnostika
42
nebo formou měření na úrovni panelu nebo řetězce. Ve většině případů je uţitečným nástrojem změření VA charakteristik postiţených panelů a porovnání s VA charakteristikami panelů bez teplotních anomálií. [20]
3.2.2.1 Horká místa (hot-spoty) Teplota panelu by měla být víceméně po jeho celé ploše stejná s výjimkou oblasti umístění svorkovnice (junction boxu), kde je vyveden výkon panelu. Rovněţ je pochopitelné, ţe hrany a nosníky budou mít jiné teploty, neţ aktivní plocha panelů. Tzv. hot-spoty, které obvykle indikují problém elektrického charakteru, představují zvýšený sériový odpor, zkratový odpor nebo poškození článku. V kaţdém případě je třeba vyšetřit kaţdý panel, na kterém je teplé místo (hot-spot). [20]
3.2.2.2 By-pass diody Je-li kterákoliv by-pass dioda sepnutá, je třeba zkontrolovat, zda není část panelu zastíněna nebo nějak znečištěna. Neprokáţe-li se ani jedna z uvedených skutečností, je pravděpodobné, ţe se jedná o vadnou diodu nebo panel. [20]
3.2.2.3 Propojení kabelů Místa propojení kabelů mezi jednotlivými panely by neměly být výrazně teplejší, neţ jsou kabely v celé své délce. V případě zjištění teplejší oblasti spoje kabelů je třeba zkontrolovat, zda není spoj uvolněný nebo zkorodovaný. [20]
Monitoring provozních stavů FVE
43
4 MONITORING PROVOZNÍCH STAVŮ FVE Pro řádný provoz jakékoliv fotovoltaické elektrárny je nezbytné kromě zajištění základních předpokladů, jako je např. její pravidelná údrţba nebo řádné uvedení do provozu také monitorovací systém. Monitorovací systém je v současné praxi naprosto nezbytnou součástí kaţdé větší FVE, jehoţ základním úkolem je informovat odpovědnou osobu o všech provozních stavech dané FVE v reálném čase. Poţadavky na monitorovací systém se mohou lišit dle individuálních poţadavků investorů nebo technologickým moţnostem vyuţitelných v místě instalace FVE (typicky nalezení alternativního řešení v případě, ţe v místě FVE je nedostatečné pokrytí internetem nebo GSM sítí). Otázka, jak zhodnotit, zda veličiny naměřené na FVE jsou vhodného typu, jsou vhodným způsobem zpracovány nebo je správně zvolena četnost měření do určité míry řeší norma ČSN EN 61 724 s názvem Kontrola fotovoltaického systému – Směrnice pro měření, výměnu dat a analýzu. [21]
4.1 Monitoring dle ČSN EN 61 724 Uvedená norma popisuje přímé veličiny, které je vhodné u dané FVE měřit. Zároveň jsou zde také uvedeny doporučené způsoby ukládání dat. Mimo monitorování přímých dat je v normě rovněţ doporučováno, jaké nepřímé veličiny je vhodné sledovat, aby bylo moţné mezi sebou jednotlivé FVE porovnávat a dosáhnout tak co moţná nejvyšší vypovídající hodnoty, kterou daný monitorovací systém poskytuje. [21]
4.1.1 Měřící systém Uvedená norma poţaduje automatický systém měření, u kterého se jeho přesnost kontroluje ve dvouletých intervalech postupem z Dodatku A normy. Jinou moţností je kontrola, na které se domluví výrobce a zákazník – nejčastější způsob. Většinou se jedná o běţnou kontrolu měřícího systému, která můţe být spojena s kalibrací čidel. U veličin, které se mění v závislosti na intenzitě slunečního záření, je poţadováno, aby interval vzorkování byl maximálně 1 minuta. U ostatních hodnot postačuje interval 1 - 10 minut. Jako interval ukládání dat norma doporučuje 1 hodinu, nicméně z praktických důvodů je rozumnější ukládat data mnohem častěji. Integrované hodnoty po 1 hodině nemají dostatečnou přesnost a v případě výpadku FVE rovněţ není takto dlouhý interval pouţitelný. Většina systémů ukládá data po 1 minutě, coţ je v obou případech naprosto dostatečné. [21]
4.1.2 Dokumentace Tato část normy je věnována nárokům na zaznamenávání dalších důleţitých údajů, které nelze zaznamenat automaticky. Jedná se o údaje jako mimořádné události, výměny komponent, poruchy, servisní zásahy, re-kalibrace čidel, čištění panelů atd. K tomu běţně slouţí provozní deník v papírové formě, který by měl mít k dispozici kaţdý, kdo se oprávněně pohybuje v areálu FVE. Je vhodné, aby byla data zálohována a ukládána/editována přímo v uţivatelském rozhraní monitorovacího systému, jinými slovy, aby monitorovací systém umoţňoval správu elektronického deníku. [21]
Monitoring provozních stavů FVE
44
4.1.3 Přímé veličiny Jedná se o tzv. okamţité hodnoty vzorkované v intervalu 1 minuty nebo kratším. Je třeba rozlišit rozdíl mezi „intervalem vzorkování“ a „intervalem ukládání dat“. Interval vzorkování definuje, jak dlouho trvá danému snímači reakce na jiţ proběhnutou fyzikální změnu. Za reakci se povaţuje např. zobrazení dané veličiny na zobrazovací jednotce. Interval ukládání dat je o poznání delší neţ interval vzorkování. Typicky 1 minuta. Je to z důvodu, ţe není potřeba ukládat kaţdou aktualizaci fyzikálních změn na FVE, které se na úrovni vzorkovací frekvence čidla takřka nezmění a během intervalu mezi uloţením 2 vzorků se změní minimálně. [21] Hovoříme-li o přesnosti měření, je třeba vzít v úvahu přesnost celého měřícího řetězce, tedy přesnost, s jakou je analogová hodnota z čidla přenesena do převodníku, kde dojde k její digitalizaci. Během digitalizace vţdy dochází k určité chybě, která je však u drtivé většiny výrobců čidel hluboko pod maximální přípustnou hodnotou chyby, kterou poţaduje norma. Nejvíce se chyba vzniklá mezi čidlem a převodníkem můţe projevit u čidel teploty panelů. Pro zamezení nepřípustně velké chyby měření musí být dodrţena doporučení výrobce, vhodná volba průřezu ţil, po nichţ probíhá komunikace a dodrţení maximální dovolené délky kabelu. S příchodem bezdrátové komunikace tento problém odpadá, stejně tak jako v případě osvitových čidel nebo čidel měřících rychlost větru. [21]
4.1.3.1 Intenzita slunečního záření: Intenzita slunečního záření se snímá tzv. referenčními články nebo pomocí tzv. pyranometrů. Téměř kaţdá FVE je tímto čidlem vybavena. Pyranometr reaguje na širší světelné spektrum neţ fotovoltaický panel a dává komplexnější informaci o dopadajícím záření, neţ referenční článek, který v podstatě kopíruje VA charakteristiku panelu. V praxi se čidla osvitu pouţívají především pro kontrolu, zda FVE pracuje s výkonem, který odpovídá okamţitým osvitovým podmínkám, a nejsou kladeny vysoké poţadavky na přesnost měření. Z tohoto důvodu se jako čidla osvitu více uplatňují levnější referenční články disponující dostatečnou přesností, kterou norma stanovuje jako 5 % měřené hodnoty. [21]
4.1.3.2 Venkovní teplota Za venkovní teplotu se povaţuje teplota ve stínu. Jedná se o důleţitý údaj pro diagnostiku systému. Díky venkovní teplotě se stanoví tepelné namáhání jednotlivých komponent, především střídačů a ostatních částí, které jsou vystaveny velkým výkyvům teplot. Příkladem můţe být provoz FVE v zimě, kdy přes noc nevyrábí a přes den pracuje FVE na plný výkon. Norma poţaduje minimální přesnost měření venkovní teploty ± 1 °C. [21]
4.1.3.3 Rychlost větru Měření rychlosti větru nachází své uplatnění u FVE s trackery. Příliš vysoká rychlost větru způsobí, ţe se panely nastaví do vodorovné polohy, aby nedošlo k jejich poškození. Norma poţaduje přesnost měření větru u těchto typů FVE 0,5 m/s pro rychlosti větru do 5 m/s a méně neţ 10 % měřené hodnoty pro rychlosti vyšší. U elektráren se statickým uloţením panelů, kterých je v ČR naprostá většina, má měření rychlosti větru pouze informativní význam. [21]
4.1.3.4 Teplota panelů Teplota panelů je měřena příloţným čidlem na zadní straně panelu. Přesnou pozici a typ čidla určí projektant, který se rozhodne v souladu s IEC 61829. Chyba měření by měla být max. ± 1 °C. Pro měření teploty se můţe volitelně vyuţít referenčního článku a na něm
Monitoring provozních stavů FVE
45
umístěného čidla s kompenzací. Při pouţití referenčního článku s čidlem lze obdrţet relevantní hodnoty bez nutnosti vést kabel přímo k panelům. [21]
4.1.3.5 Napětí a proud Norma přímo nevyţaduje, aby tyto parametry byly měřeny na střídavé straně, nicméně drtivá většina střídačů poskytuje údaje o svém vstupu a výstupu po komunikační sběrnici. Díky tomu jsou střídavé i stejnosměrné hodnoty běţnou součástí měřených hodnot. Vzhledem k tomu, ţe lze vypočítat účinnost střídače z velikosti napětí a proudu na vstupu a výstupu střídače, je třeba vzít v úvahu především nepřesnosti přístrojových transformátorů proudu a napětí, které mohou vypočtenou účinnost značně zkreslit. Běţně střídače svou účinností limitují k 98 %. [21]
4.1.3.6 Výkony Při výpočtu stejnosměrného výkonu je nutné pracovat s okamţitými hodnotami napětí a proudu. Norma doporučuje pouţívání stejnosměrného wattmetru z důvodu poţadavku normy, aby přesnost měření byla lepší neţ 2 % měřené hodnoty. Norma uvaţuje 5 zdrojů / spotřebičů energie:
Pole FVE (zdroj) Místní zátěţ (spotřebič) Distribuční síť (zdroj i spotřebič) Místní úloţiště energie (zdroj i spotřebič) Záloţní zdroje. [21]
4.1.4 Odvozené parametry Z okamţitých a kumulovaných hodnot lze počítat různé tzv. odvozené parametry. Jedná se o pomůcku, která umoţňuje porovnávání FVE mezi sebou, tzv. benchmarking. Tyto odvozené parametry se dělí do dvou hlavních skupin, a to na mnoţství elektrické energie a na indikátory výkonnosti systému. [21]
4.1.4.1 Globální ozáření Je vyjádřeno v kWh/m2 za daný časový úsek. Tato hodnota představuje celkovou sluneční energii, která dopadla na jednotku plochy za den. Veličina je určena jako součet součinů okamţitého osvitu s intervalem vzorkování, resp. intervalem ukládání dat. Je zřejmé, ţe během oblačného dne bude hodnota tím nepřesnější, čím budou jednotlivé intervaly delší. [21]
4.1.4.2 Mnoţství energie Zde se jedná o mnoţství kumulované hodnoty elektrické energie v kWh, která vychází z výkonových parametrů měřených v reálném čase. Pro běţné instalace bez měření vlastní spotřeby, bez úloţiště energie nebo bez záloţních zdrojů se tedy jedná o výkony na vstupech do střídačů a výstupech do sítě. Stejnosměrné veličiny se získávají z hodnot na střídačích, střídavé pak z fakturačního elektroměru. Z těchto odvozených parametrů, které jsou z hlediska monitorovacího systému měřené hodnoty, se pak vypočítávají nejzajímavější údaje:
Monitoring provozních stavů FVE
46
Účinnost BOS (Balance of system) Vyjadřuje účinnost celého systému FVE, kromě účinnosti panelů. Tedy bere v úvahu účinnosti kabeláţe, pojistek, stringových boxů, rozvaděčů, invertorů, transformátorů atd. Účinnost BOS charakterizuje pouze efektivitu přeměny energie mezi fotovoltaickými panely a elektrorozvodnou sítí. Neuvaţuje účinnosti panelů, vliv úhlu dopadu slunečního záření atd. Jedná se o bezrozměrnou veličinu a pro vyhodnocování provozu FVE je důleţitá její závislost na intenzitě slunečního záření. Účinnost BOS nelze měřit příliš přesně v absolutních hodnotách, jelikoţ stejnosměrné parametry nejsou v invertorech měřeny s dostatečnou přesností. [21] Dalšími odvozenými parametry jsou indikátory výkonnosti systému. Jedná se o normalizované parametry vztaţené na jmenovitý výkon panelů. Právě tyto hodnoty umoţňují porovnávat FVE v různých lokalitách a s různými konfiguracemi. [21] Denní střední výnos Jedná se o poměrně neobvyklou veličinu. Představuje počet hodin za daný den, po který by FVE musela pracovat se jmenovitým výkonem, aby vyrobila stejné mnoţství elektrické energie, jako za celý den skutečně vyrobila. Vyhodnocují se 3 denní střední výnosy:
Výnos pole Ya, tedy počet hodin za den, během kterých by FVE pracovala při jmenovitém výkonu, aby vyrobila stejné mnoţství elektrické energie, jako za celý den skutečně vyrobila na výstupu z panelů. Celkový výnos Yt, tedy počet hodin za den, během kterých by FVE pracovala při jmenovitém výkonu, aby vyrobila stejné mnoţství elektrické energie, jako za celý den skutečně vyrobila na výstupu do sítě (včetně účinnosti kabeláţe, invertorů atd.). Referenční výnos Yr, tedy počet hodin za den, během kterých by osvit dosahovat referenčních podmínek, při kterém panely dosahují jmenovitého výkonu. Jinými slovy počet hodin za STC podmínek, během kterých by se vyrobilo stejné mnoţství elektrické energie, jako se skutečně vyrobilo za celý den. [21]
Normalizované ztráty Udávají se v hodinách za den a představují celkový čas, během nějţ by FVE musela podávat jmenovitý výkon, aby pokryla denní kumulované ztráty, kterými jsou:
Ztráty v poli panelů, tedy referenční výnos, od kterého je odečten výnos pole. Jinými slovy to jsou ztráty způsobené tím, ţe účinnost panelů je podstatně niţší neţ 100 %. Ztráty v BOS, tedy ztráty mezi výstupem z panelů a výstupem do sítě. [21]
Účinnost Rp Jedná se o poměr celkového výnosu k výnosu referenčnímu. Jedná se o hodnotu počítanou z kumulovaných hodnot (podíl energií za určité období). V monitorovacím systému je tedy třeba uchovat naměřené hodnoty z osvitového čidla i hodnoty z elektroměru. V závislosti na tom, jak dlouho tato data uchováváme, jsme schopni účinnost počítat k intervalu, který nás zajímá (aktuální měsíc, minulý měsíc, minulý rok atd.). [21] Střední účinnost pole FVE Je podíl výroby pole a energie, která na pole během daného období dopadla. Je to údaj představující jakost panelů, který je uţitečný v porovnání s účinností panelů při jmenovitém výkonu, kterou udává výrobce. Rozdílem jsou ztráty v diodách, kabeláţi a vadné části panelů. [21]
Monitoring provozních stavů FVE
47
Celková účinnost FVE Je součin střední účinnosti pole a účinnosti, s níţ je energie přenášena od zdroje ke spotřebičům. Prakticky je to součin střední účinnosti pole a účinnosti BOS, neboli poměr mezi energií, která byla dodána do sítě a energií, která dopadla na aktivní plochu panelů. [21]
4.1.5 Benchmarking Jedná se o anglický pojem, kterým je nazýváno porovnávání ať jiţ samotných invertorů v rámci jedné FVE, tak porovnávání jednotlivých FVE. Výnosy, ztráty a účinnosti mohou být vypočteny k libovolnému časovému období. V praxi se většinou porovnávají meziroční výsledky, ze kterých se porovnávají dlouhodobé vlivy sniţující účinnost FVE. Je třeba zdůraznit, ţe vzhledem k omezené přesnosti přístrojových transformátorů proudu a napětí v invertorech, chybám měření v ostatních prvcích se vţdy jedná o relativní měření. Tedy můţeme porovnávat ztráty, výnosy a další veličiny v rámci jedné FVE a v daném časovém období, přičemţ sledujeme vývoj těchto veličin resp. zlepšování či zhoršování funkce FVE. Pro váţně míněný benchmarking by bylo nutné, aby na všech FVE v rámci porovnání byla instalována stejná technologie se stejnou chybou měření. Další moţností je zajištění samostatného měření s odpovídající přesností a stabilitou. Hlavní příčinou nepřesností při měření intenzity dopadajícího záření a následného výpočtu potenciálního objemu energie, který měla FVE vyrobit je oblačnost. I na velkých FVE jsou počty čidel osvitu řádově jednotky kusů a nelze spolehlivým způsobem změřit a následně přizpůsobit výpočet skutečnosti, ţe některé části FVE jsou ozářeny přímým slunečním svitem, zatímco některé části jsou zastíněny. [21] V dodatku normy je uveden návrh metody pro pravidelnou kontrolu monitorovacího systému, a sice:
Signály, které mají být kontrolovány Test linearity – měření má proběhnout alespoň v 6 bodech rozsahu Test stability měření při konstantním vstupním signálu Test integrace nuly. [21]
Výše uvedená doporučení se pouţívají v závislosti na typu monitorovacího systému, na ekonomické náročnosti a návratnosti opatření, které jsou nutné pro přesné měření. Příklad takovéhoto opatření můţe být např. pravidelná kalibrace měřících přístrojů. Ve většině případů se však monitorovací systém omezuje na detekci provozních poruch a nestandardnímu chování FVE, takţe pravidelnou kalibraci měřících přístrojů lze nahradit pouze pravidelnými servisními kontrolami. [21] Většina provozovatelů FVE se soustředí především na to, aby FVE byla v chodu. Soustředí se tedy pouze na přímé parametry bez hlubší analýzy parametrů odvozených. Aby bylo moţno provádět hlubší analýzu a zároveň byla FVE během své ţivotnosti schopna produkovat výnosy dle projektovaných parametrů, je třeba sledovat především odvozené parametry. Důleţitým kritériem pro výběr monitorovacího systému je právě schopnost počítat odvozené parametry příp. moţnost exportu dat pro externí výpočty. [21] Náročnost rozsáhlých analýz je srovnatelná pro malé i velké FVE, a proto u menších instalací (cca do 100 kWp) nedává hlubší analýza dat ekonomický smysl. Z tohoto důvodu jsou většinou monitorovací systémy menších aplikací omezeny na údaj o osvitu, výkonu a stavu FVE (provoz/výpadek). Naproti tomu u velkých výroben je hlubší analýza o dost opodstatněnější, neboť je zde relativně velký prostor na zvyšování účinnosti. Základní veličiny jsou globální osvit,
Monitoring provozních stavů FVE
48
mnoţství energie, střední účinnost pole FVE, celková účinnost FVE atd. Výsledky se porovnávají buď vzájemně mezi jednotlivými FVE, které jsou umístěny v blízké lokalitě nebo s výsledky certifikovaného auditu. Audit určí podle reálně instalovaných technologií reálně moţný výnos FVE, k němuţ by se měly naměřené výsledky přibliţovat. [21]
4.2 Monitorovací systém PROTECTION SOLAR CONTROL Monitorovací a řídicí systém PROTECTION SOLAR CONTROL (PSC) je produktem firmy Protection & Consulting, s r.o. Byl vytvořen a testován na reálném provozu fotovoltaických elektráren v roce 2009. Důvodem k jeho vývoji byla původně velmi nízká úroveň moţnosti kontrolovat provoz, nacházet nefunkční části FVE a rychle na ně reagovat. [24] Hlavní charakteristiky systému PSC:
Informace o výpadku do 5 sekund. Pokus o automatickou obnovu provozu do 1 minuty po výpadku. Automatická regulace jalového výkonu. Kontrola elektroměru online. Moţnost regulace činného výkonu na povel provozovatele DS. Monitoring všech provozních stavů vedení a rozvaděčů NN a VN. Monitoring jednotlivých invertorů / řetězců. Odeslání oznamovacího e-mailu / SMS. Archivace dat. Automatická fakturace. [24]
4.2.1 Popis prostředí systému Monitorovací systém je dostupný po přihlášení na webových stránkách www.solarcontrol.cz. Je koncipován do několika karet, kdy na kaţdé kartě se uţivatel dozví konkrétní informace, které hledá. Záhlaví webového rozhraní ukazuje Obr. 4-1.
Obr. 4-1 Záhlaví webového rozhraní PSC [24] V záhlaví rozhraní je uveden status uţivatele (Přihlášen) a jeho identifikace. Rolovací nabídka s moţností výběru dané FVE bude vysvětlena dále. Toto záhlaví je zobrazeno na kaţdé stránce v rámci webového rozhranní, stejně tak pás karet. [24]
Monitoring provozních stavů FVE
49
Nyní budou vysvětleny jednotlivé karty a jejich obsah:
4.2.1.1 Přehled Obsahuje přehled všech FVE, které jsou daným systémem monitorovány. Systém indikuje okamţité hodnoty základních veličin:
Stav – indikuje, zda je FVE v provozu nebo nikoliv. Výrobna – identifikuje konkrétní FVE. Výkon [%] – ukazuje okamţitý výkon FVE jako procentuální hodnotu k celkovému instalovanému výkonu. Benchmark [%] – ukazuje procentuální poměr okamţitého výkonu FVE a maximální hodnoty výkonu FVE v daný den. Výkon [kW] – informace o okamţitém výkonu v kW. Vyrobeno [kWh] – informace o celkově vyrobené elektrické energii od počátku daného dne. Teplota [°C] – údaj z čidla teploty umístěného na zadní části panelu. Osvit [W/m2] – údaj z osvitového čidla udávající okamţitou intenzitu dopadajícího záření. Střídače – údaj o provozních stavech střídačů: o P – počet vyrábějících střídačů o C – počet komunikujících střídačů s PSC o E – počet střídačů v chybě o A – celkový počet střídačů na dané FVE. Aktualizováno – datum a čas poslední aktualizace dat. [24]
Obrazovka nabídky „Přehled“ je patrná z Obr. 4-2.
Obr. 4-2 Přehled elektráren [24]
Monitoring provozních stavů FVE
50
4.2.1.2 Stav elektrárny Následující karta blíţe ukazuje parametry elektrárny zvolené v rolovací nabídce pod informacemi o přihlášeném uţivateli. Jako příklad je uvedena FVE Šakvice II, která bude předmětem dalšího zkoumání a optimalizace. Hodnoty z Obr. 4-3 jsou vztaţeny na konkrétní datum a čas. Indikuje stav všech důleţitých částí FVE jako např. skutečnost, zda jsou v činnosti pomocné obvody jako EZS, perimetry nebo kamery. Zároveň je zobrazen grafický průběh výkonu a osvitu daného dne a v den předešlý. [24] Všechny souhrnné informace, které jsou zobrazeny na stránce, jsou patrné z Obr. 4-3.
Obr. 4-3 Stav elektrárny Šakvice II [24]
4.2.1.3 Info Tato karta uţivateli zobrazí základní informace o vybrané FVE. Rozdíl oproti informacím na předchozí kartě je takový, ţe data na Obr. 4-4 nejsou aktualizována, jelikoţ se nemění a charakterizují FVE jako takovou. Je zde uveden počet a typ pouţitých panelů, střídačů, orientace panelů atd. [24]
Monitoring provozních stavů FVE
Obr. 4-4 Informace o elektrárně Šakvice II [24]
4.2.1.4 Statistiky a data Jsou zde obsaţeny základní informace o údajích z elektroměrů a predikce výroby.
Obr. 4-5 Statistiky a data [24]
51
Monitoring provozních stavů FVE
52
Součástí karty „Statistiky a data“ je rovněţ grafické znázornění na Obr. 4-6. Okno pro exporty dat za libovolné období s moţností exportu dat jak v rámci celé FVE, tak i v rámci jednotlivých střídačů.
Obr. 4-6 Graf roční produkce [24]
4.2.1.5 Střídače Zde jsou k dispozici informace o jednotlivých střídačích. Základní přehled na Obr. 4-7 identifikuje konkrétní střídač dle jeho sériového čísla s uvedením jeho okamţitého výkonu, vyrobené celkové a denní energii a o IP adrese, na které je umístěna komunikační sběrnice daného střídače. Moţnost volby na kartě „Všechny údaje“ (Obr. 4-8) dávají přehled o konkrétních veličinách vybraných střídačů, kterými jsou např. napětí na AC straně, hodnota izolačního odporu atd.
Obr. 4-7 Základní přehled střídačů [24]
Obr. 4-8 Všechny údaje o střídačích [24]
Monitoring provozních stavů FVE
53
4.2.1.6 Schéma Karta „Schéma“ zobrazuje jednopólové elektrické schéma dané FVE včetně indikace stavu ochran a jednotlivých prvků. Jednopólové schéma elektrárny včetně ukázky indikace stavu ochran na VN straně ukazuje Obr. 4-9.
Obr. 4-9 Jednopólové schéma elektrárny [24]
4.2.1.7 Fakturace Zde jsou zobrazeny fakturační údaje a výkaz výnosů pro ERÚ včetně všech doplňkových dat týkajících se výkupu elektřiny z OZE. [24]
4.2.1.8 Nastavení notifikací Zde si uţivatel nastaví, jaká upozornění vyţaduje a tím si systém optimalizuje pro své potřeby. [24]
Provozní zkušenosti a diagnostika závad
54
5 PROVOZNÍ ZKUŠENOSTI A DIAGNOSTIKA ZÁVAD Provozní zkušenosti se ve většině instalací FVE v ČR datují od roku 2009 – 2010. S koncem roku 2010 přišel také pokles výkupních cen elektřiny z fotovoltaických elektráren. Pokles výkupních cen byl cca na polovinu, nicméně výši výkupní ceny kaţdoročně stanovuje ERÚ. Konkrétní výši výkupní ceny elektřiny z FVE o instalovaném výkonu nad 100 kWp uvádí Tab. 5-1. V roce 2012 jiţ nebyly projekty velkých FVE v ČR lukrativní z hlediska výše výkupní ceny a s tím související návratnosti investice. [25] datum uvedení FVE do provozu od 1. 1. 2006 1. 1. 2008 1. 1. 2009 1. 1. 2010 1. 1. 2011
do 31. 12. 2005 31. 12. 2007 31. 12. 2008 31. 12. 2009 31. 12. 2010 31. 12. 2011
výkupní cena [Kč / MWh] 7 566 15 876 15 484 14 422 13 424 5 954
Tab. 5-1 Výkupní ceny elektrické energie z FVE S provozními zkušenostmi úzce souvisí právě nutnost odpovídající údrţby a potřeba diagnostiky závad. Před samotným uvedením FVE do provozu a poţadavcích na kontroly během její ţivotnosti se věnuje kapitola 3.1. Tato kapitola bude zaměřena na konkrétní postupy prováděné v reálných podmínkách, jejichţ cílem je najít, změřit a následně vyhodnotit váţnost případné závady nebo poruchy. [22] Prudký rozvoj fotovoltaiky v posledních letech přilákal na trh velké mnoţství výrobců fotovoltaických panelů a s tím rovněţ vyvstala otázka kvality. Téměř všichni výrobci mají stejné nebo podobné záruky na panely, a pokud porovnáme katalogové listy daných panelů, zjistíme, ţe jsou prakticky identické. Na první pohled se tedy můţe zdát, ţe jediným rozdílem mezi nimi je cena. Skutečnost vyplývající z provozních zkušeností je ovšem jiná, a proto je technická kontrola nezbytnou součástí analýzy rizik spojených s investicí do FVE. Moţné příčiny:
Rozdílnost výrobních a kontrolních technologií jednotlivých výrobců fotovoltaických panelů. Mechanické namáhání panelů při jejich dopravě, manipulaci a instalaci. Plagiátorství renomovaných značek výrobců. Zásahy ţivelných vlivů. Nevhodná instalace atd. [22]
Při pouţití takovýchto panelů se muţe stát, ţe jiţ v prvotní fázi realizace FVE je ohroţena investice a elektrárna nebude dosahovat poţadovaných výnosů. Investor má vţdy moţnost provést technickou kontrolu nakoupených či nainstalovaných fotovoltaických panelů. Pro tuto kontrolu existuje řada sofistikovaných metod měření, jejichţ výsledkem je objektivní pohled na „kondici“ FVE. Mezi základní metody diagnostiky závad patří:
Termografie Elektroluminiscence Flash test Měření VA charakteristik. [22]
Provozní zkušenosti a diagnostika závad
55
5.1 Termografie Termografie spočívá v pohledu na fotovoltaické panely v infračerveném spektru. Zařízení k tomu určené se nazývá termokamera a je uvedena na Obr 5-1. Termokamera umoţňuje měřit teplotu povrchu fotovoltaických panelů a nejen těch. Vyuţívá se v řadě jiných odvětví, například k odhalení úniku tepla z budov. Při pouţití ve fotovoltaice má termografie nezastupitelné místo v diagnostice, protoţe v drtivé většině případů je to právě termokamera, která odhalí přítomnost problému jiţ při provozu FVE a lze tedy provádět měření bez zásahu do instalace, nutnosti demontáţe panelu nebo omezeni provozu. [22] Pomocí termokamery lze objevit například defekty elektrických komponent, jako jsou by-pass diody a „junction boxy“, dále s ní lze odhalit mechanické vady jako je delaminace nebo poškození jednotlivých článků, které se projevuje tepelnou anomálií. Typickým příkladem jsou tzv. horká místa neboli „hot-spoty“. Termografie můţe rovněţ lokalizovat nevhodné pájecí body, které mohou způsobit problémy v dlouhodobém horizontu. [22] Výstupem termografické kontroly jsou snímky určující teplotu na povrchu měřeného objektu. Termografie je přijímána i výrobci a dodavateli jako dostatečný důkaz vady, který je akceptován jako jeden z podkladů pro případnou reklamaci. [22]
Obr. 5-1 Příklad termokamery [23] Pro ilustraci ukazuje Obr. 5-2 termografický snímek panelu s poškozenými články vykazujícími teplotní anomálie (tzv. hot-spoty).
Provozní zkušenosti a diagnostika závad
56
Obr. 5-2 Termografický snímek panelu s poškozenými články [26] Na Obr. 5-3 je patrný termosnímek panelu, u kterého je sepnuta by-pass dioda. Ze snímku je patrné, ţe přemostěná část panelu vykazuje vyšší teplotu. Defektní článek, u nějţ došlo k úbytku napětí nad hodnotu 0,6 V, zapříčinil sepnutí by-pass diody a následné přemostění sekce, kde se defektní článek nachází. Vyšší teplota je způsobena tím, ţe z této části panelu není odváděn výkon, jehoţ velikost lze předpokládat cca 80 W. Dopadající záření v podstatě jen ohřívá neaktivní přemostěnou část a panel vyrábí 2/3 svého výkonu. Stejný důsledek můţe způsobit i vadná (proraţená) dioda, kdy přemosťuje 1/3 panelu bez ohledu na to, zda se na panelu nachází defektní článek nebo ne. V tomto případě je nutné zjistit skutečnou příčinu výměnou by-pass diody a v případě přetrvávání problému vyměnit vadný panel.
Obr. 5-3 Termografický snímek deklarující sepnutou by-pass diodu [27]
Provozní zkušenosti a diagnostika závad
57
5.2 Elektroluminiscence (ELCD test) ELCD test – Electroluminiscence Crack Detection Test Elektroluminiscenční měření umoţňuje detekci resp. zviditelnění materiálových a výrobních vad jednotlivých fotovoltaických článků daného panelu. S pomocí ELCD lze vyhodnotit jednak kvalitu výrobního procesu jednotlivých článků resp. celého panelu, tak i případné defekty, které vznikly aţ po výrobním procesu. Tyto pozdější defekty mohou vzniknout např. při manipulaci nebo instalaci fotovoltaických panelů na FVE. Oproti termografii je nutné daný panel demontovat a dopravit do příslušné laboratoře. [22] ELCD dokáţe odhalit vady, které nelze odhalit ostatními metodami (Flash Test, Termografie, Měření VA charakteristik). Právě vady jako mikropraskliny mají zásadní vliv na dlouhodobou stabilitu výkonových parametrů fotovoltaických panelů. Jednotlivá porovnání panelů ukazuje Obr. 5-4.
Obr. 5-4 Porovnání panelů při ELCD [22] ELCD jako jediná metoda měření umoţňuje detekci:
Zlomených článků a detekci mikroprasklin Odtrţených kontaktů páskové sběrnice Chybějícího nebo přerušeného sítotiskového sběrného prouţku Nehomogenit a příměsí v krystalickém křemíku. [22]
5.3 Flash test Jedná se o základní test výkonnosti panelů, který se provádí ve specializované laboratoři. V laboratoři, kde se daný panel podrobuje měření, jsou nasimulovány STC podmínky. Tedy:
Intenzita osvitu 1000 W/m2 Spektrum 1,5 (koeficient nahrazující znečištění atmosféry) Teplota 25 °C
Výstupem měření je hodnota výkonu panelu. [22]
Provozní zkušenosti a diagnostika závad
58
5.4 Měření VA charakteristik Měření se provádí přímo v areálu FVE, takţe je většinou prováděno v součinnosti s termografií. Odhalí-li termografie podezřelý panel nebo je-li během měření jednotlivých řetězců zjištěn nestandardní pokles výkonu řetězce, je třeba vytipovat panel (panely), které pokles způsobují. Následně je u daných panelů změřena VA charakteristika. Dnešní analyzátory fotovoltaických panelů jiţ nabízejí moţnost definování poţadovaných minimálních parametrů a pracovník vidí ihned po dokončení testu procentuální pokles výkonnosti panelu. Jako podklad pro případnou reklamaci se výrobci nebo dodavateli uvede právě snímek panelu z termografie a k tomu připojené hodnoty z VA charakteristiky, kterými mohou být např. přepočtené maximální hodnoty výkonu na STC podmínky. Z důvodu, ţe není moţné v době měření dodrţet STC podmínky, je analyzátor vybaven osvitovým čidlem a teploměrem. Z těchto 2 hodnot osvitu a teploty je následně proveden přepočet na hodnoty při STC podmínkách. Nutným poţadavkem je dodrţení minimálního osvitu během celého měření minimálně 800 W/m2. Tato hodnota je ve většině případů uvedena v reklamačních podmínkách výrobce/dodavatele panelů nebo jsou přímo uvedeny v manuálu k analyzátoru. Zajištěním, ţe měření bude provedeno za těchto osvitových podmínek, je zárukou relevantních výsledků, které jsou podkladem pro případnou reklamaci. Analyzátor provede proměření kompletní VA charakteristiky, tedy od napětí naprázdno aţ po proud nakrátko. Při analýze je tedy prováděno měření:
Maximálního výkonu Napětí naprázdno Napětí pro maximální výkon Měření zkratového proudu Proudu pro maximální výkon. [22]
Hodnoty jsou měřeny v reálném čase s moţností exportu do PC pro následné zpracování. Většina dnes nabízených analyzátorů umoţňuje mimo měření panelu také měření celých řetězců. Pouţitý analyzátor, kterým byly měřeny VA charakteristiky na 2 porovnávaných FVE ukazuje Obr. 5-5.
Obr. 5-5 Měření VA charakteristik jednotlivých řetězců
Provozní zkušenosti a diagnostika závad
59
Výstupem z analyzátoru můţe být např. VA charakteristika měřeného prvku (panelu/řetězce), procentuální hodnota výkonnosti prvku oproti nominálním hodnotám, přepočet výkonu na STC podmínky atd. SW dodaný s analyzátorem umoţňuje následnou práci s VA charakteristikami, jako např. zobrazení bodu maximálního výkonu, napětí naprázdno atd. Příklad VA charakteristiky nepoškozeného řetězce uvádí Obr. 5-6.
Obr. 5-6 příklad VA charakteristiky řetězce změřeného analyzátorem PROVA 1011
Porovnání roční výkonnosti daných FVE
60
6 POROVNÁNÍ ROČNÍ VÝKONNOSTI DANÝCH FVE Tato kapitola se věnuje porovnání dvou FVE, kaţdé o výkonu cca 1 MWp. První měřená je FVE Kurdějov, která je porovnána z pohledu provozní výkonnosti s FVE Šakvice II. Zvolená metoda porovnání 2 FVE byla zvolena z důvodu relativní jednoduchosti výpočtu a zároveň přesnými výsledky na úrovni jednotlivých dní, měsíců i let. Díky moţnosti exportovat souhrnná data výroby i několik let zpět na denní bázi byl zvolen výpočet, který počítá provozní výkonnost v jednotlivé dny. Níţe jsou uvedeny základní parametry posuzovaných elektráren:
6.1 FVE Kurdějov
Instalovaný výkon Typ panelů Počet panelů Typ invertorů Počet invertorů Sklon panelů Rozloha areálu FVE Uţitná plocha panelů Průměrná energie dopadajícího sl. záření na m2 Datum uvedení do provozu
0,861 MWp CS6P-230 (230 Wp; poly) 3744 SMA SMC 11000 TL-RP 78 30 ° 18 378 m2 6055 m2 1,08 MWh/rok 11/2010
6.2 FVE Šakvice II
Instalovaný výkon Typ panelů Počet panelů Typ invertorů Počet invertorů Sklon panelů Rozloha areálu FVE Uţitná plocha panelů Průměrná energie dopadajícího sl. záření na m2 Datum uvedení do provozu
1,049 MWp CS6P – 235M (235 Wp; mono) 4464 SMA SMC 11000 TL-RP 96 30 ° 26 284 m2 7 263 m2 1,08 MWh/rok 12/2010
FVE Kurdějov se rozkládá na třech oplocených pozemcích. FVE Šakvice II je samostatný areál sousedící s další FVE, která však není náplní této diplomové práce. Letecké snímky obou elektráren jsou patrné z Obr. 6-1. Obě FVE se nacházejí u obce Hustopeče v okresu Břeclav. GPS souřadnice:
FVE Kurdějov: FVE Šakvice II:
48°57'02.7"N 16°45'18.5"E 48°53'03.5"N 16°43'44.9"E
Porovnání roční výkonnosti daných FVE
61
Obr. 6-1 FVE Kurdějov (vlevo) a FVE Šakvice II [29], [30]
6.3 Ověření provozní výkonnosti PR Bylo provedeno ověření provozní výkonnosti obou FVE za roky 2014 a 2015. Vstupní data byla získána z exportů dat, která jsou dostupná na webových stránkách monitorovacího systému rozebraného v kapitole 4.2. Aby bylo dosaţeno co moţná nejvyšší přesnosti, výpočet byl proveden pro kaţdý den za roky 2014 a 2015. Pro přehlednost výsledků byla stanovena provozní výkonnost pro kaţdý měsíc zprůměrováním denních hodnot a následně určena jediná hodnota roční provozní výkonnosti jako průměrná hodnota měsíčních výkonností. Číslo v závorce pod touto hodnotou udává medián hodnot. Příklad exportu dat ve formátu xls jako zdroje vstupních dat je uveden v Tab. 6-1. Datum 02.05.2015 02.05.2015 02.05.2015 02.05.2015 02.05.2015 02.05.2015 02.05.2015 02.05.2015 02.05.2015 02.05.2015 02.05.2015
Čas 12:00:33 12:01:33 12:02:33 12:03:33 12:04:33 12:05:33 12:06:33 12:07:36 12:08:33 12:09:33 12:10:33
výkon [kW] 458,265 450,733 459,907 459,907 467,734 485,736 512,63 560,379 638,22 752,156 784,213
Energie celkem [MWh] 5328,768986 5328,773297 5328,778873 5328,778873 5328,782169 5328,791089 5328,800164 5328,812162 5328,830893 5328,858522 5328,874711
UAC_max [V] 238 239,4 239,4 239,4 239,5 239,5 240,1 242,6 242,7 242,7 243,1
f [Hz]
Teplota [°C]
50,0085 50,0081 50,0029 50,0029 50,0001 49,9911 49,9853 49,9848 49,9862 49,9884 49,9911
28,83 28,83 28,83 28,83 29,53 29,53 29,53 29,53 31,43 31,43 31,43
Tab. 6-1 Ukázka exportních dat
Osvit [W/m2] 548 548 548 548 855 855 855 855 786 786 786
Porovnání roční výkonnosti daných FVE
62
V Tab. 6-1 je uveden pouze zlomek hodnot, které do výpočtu vstupují. Monitorovací systém ukládá vzorky pro kaţdou minutu. Tedy v případě celého exportu z data 2. 5. 2015 se od začátku do konce výroby uloţilo 842 řádků s naměřenými hodnotami. V tabulce je uveden interval 10 minut, ve skutečnosti byla PR vypočtena za interval od 6:06 do 20:07, tedy za interval cca 14 hodin. Provozní výkonnost byla určena dle vztahu: ) Kde:
)
[ ]
E
celkový objem elektrické energie vyrobené FV elektrárnou za relevantní období dle údajů zaznamenaných měřícím zařízením (Wh)
GE
celková agregovaná energie slunečního záření zjištěná z údajů solárního čidla instalovaného v rámci FVE za relevantní období dopadající v lokalitě FVE na plochu fotovoltaických panelů. V případě umístění více čidel v rámci FVE je pro určení celkové agregované energie pouţit aritmetický průměr všech naměřených veličin (Wh/m2)
A
celková plocha všech instalovaných panelů v rámci FVE (m2)
Effm
účinnost nových panelů pouţitých v rámci FVE ke konverzi slunečního záření na elektrickou energii dle údajů výrobce v katalogovém listu daného panelu (%)
U0
celková agregovaná energie slunečního záření za relevantní období dopadající v lokalitě FVE na plochu panelů, kterou nebylo moţno konvertovat na elektrickou energii a dodat do sítě výlučně z některého z následujících důvodů: v důsledku odpojení FVE nebo sníţení napájecího výkonu PDS nezaviněným zhotovitelem v důsledku okolnosti vylučující odpovědnost ve smyslu § 374 Obchodního zákoníku. v důsledku zhotovitelem nezaviněného poškození VN vedení připojujícího FVE do sítě třetí osobou mezi přípojným bodem PDS a oplocením FVE. [12]
Pozn.: Hodnoty provozních výkonností u kvalitně provedené FVE bez závad se očekávají v rozmezí hodnot 0,85 a více. Naopak FVE s PR niţší neţ 0,8 se jiţ povaţuje za neuspokojivou. Příklad výpočtu provozní výkonnosti pro FVE Šakvice II dne 2. 5. 2015: )
)
Tímto postupem tedy bylo stanoveno pro obě FVE 365 hodnot PR za rok. Tedy celkem 1460 hodnot PR, z čehoţ vycházejí následné hodnoty PR v rámci jednotlivých měsíců a let. Porovnání provozní výkonnosti za rok 2014 ukazuje Tab. 6-2.
Porovnání roční výkonnosti daných FVE
Šakvice II
63
Kurdějov
leden únor březen duben květen červen červenec srpen září říjen listopad prosinec
PR [%] 82,018 88,922 86,017 84,801 81,528 78,973 75,973 76,005 72,882 82,293 80,117 80,348
leden únor březen duben květen červen červenec srpen září říjen listopad prosinec
PR [%] 79,384 94,122 85,170 94,301 92,640 88,932 84,918 87,494 87,592 86,998 80,779 94,353
PR (2014)
80,823
PR (2014)
88,057
(80,938)
(87,543)
Tab. 6-2 Porovnání provozní výkonnosti za rok 2014 V Tab. 6-2 můţeme pozorovat relativně nízkou provozní výkonnost FVE Šakvice II. Z tohoto důvodu bylo provedeno měření VA charakteristik jednotlivých řetězců na obou FVE. Důkazem nadále nízké provozní výkonnosti FVE Šakvice II je porovnání PR z roku 2015, které ukazuje Tab. 6-3. Pro porovnání je v závorce uveden medián PR. Šakvice II
Kurdějov
leden únor březen duben květen červen červenec srpen září říjen listopad prosinec
PR [%] 77,385 89,371 86,417 83,567 80,920 79,935 74,588 73,179 78,102 80,964 84,300 77,911
leden únor březen duben květen červen červenec srpen září říjen listopad prosinec
PR [%] 84,930 97,778 93,318 89,155 86,463 80,975 78,682 77,701 90,909 93,758 97,804 94,926
PR (2015)
80,553
PR (2015)
88,867
(80,428)
(90,032)
Tab. 6-3 Porovnání provozní výkonnosti za rok 2015 Dílčí výsledky provozní výkonnosti FVE Kurdějov a FVE Šakvice II pro kaţdý den v letech 2014 a 2015 jsou uvedeny v Příloze A, B, C a D.
Optimalizace
64
7 OPTIMALIZACE Aby bylo moţné FVE optimalizovat, je nutné provést identifikaci příčin, které způsobují pokles provozní výkonnosti FVE Šakvice II. Z důvodu nutnosti porovnání všech řetězců bylo provedeno měření VA charakteristik jak řetězců na FVE Šakvice II, tak i na FVE Kurdějov. Měření bylo provedeno na FVE Kurdějov především z důvodu, aby zde byla moţnost porovnání s výkonnostmi řetězců FVE, která si dle provozní výkonnosti stojí dobře. Moţností, jak identifikovat příčiny poklesu výkonnosti na FVE bez toho, aby nebyl značně omezen její provoz, není mnoho. Vedle provedení termografie, která není náplní této práce, zbývá měření VA charakteristik. Z důvodu rozsáhlosti obou FVE je nemyslitelné měřit VA charakteristiku kaţdého panelu, ale jednotlivých řetězců. Pořízenými výsledky a následným přepočtem na procentuální hodnotu výkonu při STC podmínkách se dosáhne toho, ţe můţeme jednotlivé řetězce porovnávat vůči sobě, i kdyţ bylo měření provedeno za jiných podmínek (různý osvit a teplota).
7.1 Měření VA charakteristik jednotlivých řetězců Na obou FVE bylo provedeno měření VA charakteristik všech řetězců, které se na FVE nacházejí. Cílem bylo vytipovat řetězce s niţší výkonností, čímţ by mohlo být pravděpodobně způsobeno, ţe FVE nepracuje natolik efektivně, jak by měla. Ke kaţdému invertoru, který je instalován na FVE, jsou připojeny 3 řetězce. Z důvodu snadné lokalizace konkrétního řetězce je ke kaţdému invertoru resp. jeho sériovému číslu přiřazena procentuální výkonnost 3 řetězců, které jsou k němu připojeny.
7.1.1 Výsledky měření VA charakteristik na FVE Kurdějov Na FVE Kurdějov, kde je instalováno 78 invertorů, je tedy celkem 234 řetězců, kaţdý po 16 panelech. Pro přehlednost naměřených a vypočtených výsledků nejsou posuzovány přímo VA charakteristiky pro kaţdý řetězec zvláště, ale z naměřených hodnot je provedeno porovnání skutečně naměřené hodnoty maximálního výkonu a vypočtené hodnoty k nominálnímu výkonu vypočteného dle katalogového listu pouţitých panelů. Jinými slovy je naměřený maximální výkon přepočten na STC podmínky a porovnán s maximálním výkonem vypočteným na základě teploty a osvitu, coţ pouţitý analyzátor umoţňuje. Výsledek tohoto porovnání charakterizuje procentuální hodnota naměřeného maximálního výkonu řetězce k výkonu nominálnímu dle katalogového listu. Vypočtené procentuální poměry všech řetězců uvádí Příloha E. Příklad výsledků ukazuje Tab. 7-1.
65
Optimalizace
číslo invertoru řetězec na invertoru výkonnost stringu oproti vůči STC [%] 2001657309 2001723970 A B C A B C 97,44 96,37 93,14 93,79 93,4 94,82 2001657784 2001723656 101 97,59 98,14 96,77 97,34 94,61 2001723792 2001723630 101,3 97,41 98,41 98,41 98,02 98,59 2001723794 2001723406 97,68 96,13 96,72 92,73 94,76 92,57 2001371691 2001723381 96,87 100,3 101,2 93,88 94,03 92,72 2001723806 2001723863 100,5 97,94 98,48 95,83 94,41 94,35
2001723636 B C 98,18 93,29 2001723791 A B C 98,11 100,5 99,48 2001700469 98,31 97,75 99,56 2001172992 93,19 92,63 92,46 2001724014 96 94,06 94,69 2001723860 97,22 96,4 96,16 2001723804 101,4 101,2 101,3 A 96,92
Tab. 7-1 Příklad výsledků měření na FVE Kurdějov
7.1.2 Výsledky měření VA charakteristik na FVE Šakvice II Na FVE Šakvice II bylo provedeno naprosto identické měření, jako v případě FVE Kurdějov. Byly změřeny řetězce připojené k celkem 96 invertorům, které jsou na FVE instalovány. Celkem 288 řetězců. Přehled naměřených hodnot ukazuje Příloha F. Zde se potvrdil předpoklad sníţené výkonnosti FVE. Průměrný poměr maximálního naměřeného a nominálního výkonu je 94,4713 %, zatímco na FVE Kurdějov je průměr 97,398 %. Ukazatelem, kdy řetězec je povaţován výkonově za nedostatečný, byl stanoven průměrný poměr poníţený o 3 %. V případě FVE Šakvice II hovoříme o hranici 91,6372 %. Všechny řetězce s poměrem niţším jsou zvýrazněny v Příloze F a je u nich doporučeno provést dodatečnou analýzu příčin. Příklad výsledků měření uvádí Tab. 7-2. 2001723929 A B C 98.68 97,2 99,1 2001700442 98,78 98,16 98,77 2001723430 97,46 95,97 98,35 2001723857 94,17 94,15 96,1 2001723651 95,44 95,27 95,34 2001723808 95,87 96,18 96,31 2001723644 91,39 92,61 92,79 2001723628
2001658898 A B C 94,07 94,82 97,31 2001658319 96 102,6 96,03 2001658905 96,11 92,78 92,93 2001658365 91,87 91,53 92,79 2001658226 90,85 90,92 82,45 2001658312 91,22 91,85 92,5 2001658908 92,69 93,58 92,13 2001658902
2001658236 A B C 94,91 95,3 95,04 2001658246 94,16 94,62 94,61 2001658310 94,07 94,6 95,04 2001657683 96,1 95,54 94,69 2001658503 95,39 94,39 93,85 2001656552 96,91 99,11 98,97 2001658363 98,4 98,08 87,69 2001658352
Tab. 7-2 Příklad výsledků měření na FVE Šakvice II
Optimalizace
66
7.2 Návrh optimalizačního řešení Optimalizace spočívá ve výměně panelů se sníţenou výkonností, případně v jejich re-konfiguraci. Například by bylo vhodné panely rekonfigurovat tak, aby se v jednotlivých řetězcích nacházely panely s co moţná nejvíce podobným výkonem dle naměřených hodnot. Tímto by se docílilo lepší činnosti MPP trackeru invertoru, čímţ by došlo k nárůstu výkonu řetězce. Bylo by vhodné rozdělit vytipované panely do jednotlivých řetězců dle jejich výkonu, ať se jedná o panely s velkým nebo sníţeným výkonem. Vliv zastínění panelů nebyl potvrzen, a proto se neuvaţuje v rámci optimalizačního řešení pouţití na část FVE mikroinvertorů nebo regulátorů výkonu vytipovaných panelů. Příkladem regulátoru výkonu panelu je např. Tigo Energy Maximizer. Z naměřených hodnot na FVE Šakvice II je patrný pokles poměru výkonu jednotlivých řetězců ve srovnání s FVE Kurdějov. Přehled všech naměřených hodnot pro jednotlivé invertory resp. řetězce je patrný z Přílohy E a F. Na základě změřených hodnot bylo zjištěno následující:
U 19 řetězců (viz. Příloha F) zjištěn nedostatečný výkon K invertoru č. 2001658300 byly póly všech 3 připojených řetězců povoleny a docházelo k opalování kontaktů a sníţené výrobě -> vyřešeno na místě Řetězec „C“ na invertoru č. 2001723394 vykazuje dle pouţitého analyzátoru VA charakteristik známky průrazu panelu na kostru -> VA analyzátorem nelze změřit charakteristiku řetězce, coţ je doprovázeno chybovou hláškou Řetězec „C“ na invertoru č. 2001700404 vykazuje stejné známky poruchy jako předchozí řetězec „C“ na invertoru č. 2001723394. Konkrétní příčina nebyla zjištěna z důvodu omezených časových moţností. Skutečnost, ţe muselo být změřeno celkem 288 řetězců během vyhrazeného dne s vhodnými osvitovými podmínkami pro měření a zároveň byl umoţněn přístup na FVE, vylučoval detailnější způsob diagnostiky konkrétní příčiny.
7.2.1 Doporučení pro optimalizaci Vytipované řetězce s poměrem výkonu pod 91,6372 % jsou označeny jako nedostatečné a je u nich třeba provést diagnostiku na základě dostupných informací. Omezené podmínky nedovolily změřit VA charakteristiky jednotlivých panelů v daných řetězcích. Tímto postupem se identifikuje defektní resp. nejslabší panel, který je příčinou poklesu. Ukazatelem můţe být např. sníţené napětí naprázdno, posun pracovního bodu panelu, tvar křivky atd. Pro ilustraci byl vybrán nejslabší naměřený řetězec s poměrem výkonu 89,34 %. Jedná se o řetězec „B“ na invertoru č. 2001658900. VA charakteristiku ukazuje Obr. 7-2. Z charakteristiky není patrná deformace křivky, nicméně maximální výkon nedosahuje nominálních hodnot dle katalogového listu panelů. Další důleţité parametry, které byly změřeny, ukazuje Tab. 7-3.
67
Optimalizace
UOC [V] ISC [A] Pmax [W] UMPP [V] IMPP [A] Fill Factor Teplota [°C] Osvit [W/m2] RS [Ω]
528,23 8,552 3102,0813 406,71 7,627 0,686 38,3 996 9,1951
Tab. 7-3 Změřené parametry nejslabšího řetězce Řetězce jsou sloţeny z 16 panelů zapojených do série. Dle katalogového listu na Obr. 7-1 lze určit nominální hodnoty panelu při STC podmínkách.
Obr. 7-1 Parametry panelů řady CS6P [30] Porovnáním naměřených hodnot a katalogového listu byl zjištěn pokles napětí naprázdno UOC . Dle katalogových hodnot je roven 595,2 V (hodnota UOC panelu 37,2 V násobená počtem 16 panelů v řetězci). Naměřená hodnota napětí naprázdno řetězce po přepočtu na STC podmínky je rovna 552,26 V. Úbytek napětí v řetězci je tedy ΔU = 42,94 V. Výkon řetězce by po přepočtu na STC podmínky měl dosahovat hodnoty P max = 3, 531 kW. Ve skutečnosti je však maximální výkon pouze 3,102 kW. Ztráty výkonu jsou v tomto případě ΔPmax= 429 W. Z tab. 7-3 jsou patrné další parametry, jako např. relativně nízká hodnota faktoru plnění, napětí a proud v bodě maximálního výkonu atd.
68
Optimalizace
Charakteristika řetězce "C" na invertoru č. 2001658900 9
3500
8
3000
7 2500 5
2000
4
1500
P [W]
I [A]
6
3 1000 2 500
1 0
0 0
100
200
300
400
500
600
U [V]
Obr. 7-2 VA charakteristika (modře) a výkonová křivka nejslabšího řetězce Na základě těchto zjištění je vhodné takto postupovat u všech zjištěných řetězců a vzhledem k tomu, ţe ţádná ze změřených charakteristik nevykazovala deformaci křivky, ale pouze sníţené hodnoty parametrů, je pravděpodobné, ţe příčinou poklesu je právě jeden panel v řetězci, u kterého se zjistí sníţený výkon následným změřením VA charakteristiky. Na 2 řetězcích připojených k invertorům č. 2001723394 a 2001700404, u kterých nebylo moţné změřit VA charakteristiku, by bylo vhodné lokalizovat poruchu měřením napětí vůči zemi všech pólů jednotlivých panelů. V místě, kde by bylo zjištěno napětí rovno nule, je daný panel přizemněný/proraţený na kostru a je třeba zajistit jeho výměnu nebo opravu. Povolené spoje na svorkovnici pro připojení řetězců k invertoru č. 2001658300 byly dotaţeny ihned po detekci této poruchy, ţádné další opatření v tomto případě zatím není třeba.
Simulační software FVE
69
8 SIMULAČNÍ SOFTWARE FVE Přílohou této DP je výpočtový SW v programu Matlab. Jedná se o simulační program, který vypočítá po zadání odpovídajících parametrů FVE (např. výkon pouţitých panelů, počet panelů, pokles výkonu s teplotou, stáří FVE atd.) předpokládané mnoţství vyrobené elektrické energie za den, ze kterého pochází pouţitý export dat. Program pracuje s exportem dat na bázi minutových vzorků hodnot teploty a osvitu. Z důvodu univerzálnosti pouţití na exporty dat různých systémů je vytvořeno roletkové menu s moţností výběru daných sloupců hodnot pro výběr teploty, osvitu a výkonu. Díky tomu lze výpočtový SW vyuţívat univerzálně na různé druhy exportů dat resp. není podstatné, ve kterém sloupci se nacházejí naměřené hodnoty teploty, osvitu a výkonu. Omezením pro pouţití simulačního SW je pouze vstupní formát exportu, který má být ve formátu xls.
8.1 Popis výpočtu Program pracuje s minutovými vzorky naměřených hodnot, v podstatě provádí integraci obdélníkovou metodou, kdy šířka jednoho obdélníku je 1 minuta. Výška obdélníku závisí na okamţitém osvitu a teplotě, kdy je na základě těchto hodnot určena okamţitá účinnost přeměny. Následně je vypočtena energie, kterou má FVE teoreticky vyrobit za interval vzorku, tedy 1 minutu na 1 čtverečním metru aktivní plochy. Součtem dílčích minutových vzorků a následným vynásobením aktivní plochou celé FVE je vypočtena teoreticky vyrobitelná energie za daný den.
8.1.1 Základní vzorec pro výpočet Celá podstata simulačního SW se odvíjí od vztahu, kde je účinnost při STC (zadaná hodnota) násobena koeficienty v závislosti na okamţitých hodnotách teploty (data z exportu) a stáří elektrárny (zadané hodnoty). Je určena teoretická účinnost přeměny pro kaţdou minutu, která je násobena okamţitým osvitem (W/m2), časovým intervalem 1 minuty a aktivní plochou všech panelů (m2) v rámci FVE. Výsledná hodnota elektrické energie se určí jako součet těchto dílčích energií za daný den a následně je přepočtena na hodnotu v MWh. Základní vzorec pro výpočet účinnosti přeměny za daný minutový interval: ( Kde:
)
) (
)
a = účinnost přeměny při STC podmínkách (%) b = koeficient poklesu výkonu (účinnosti) s teplotou (% / °C) c = okamţitá teplota panelů (°C) d = degradace účinnosti panelu s časem (% / den) e = stáří FVE (den)
Nyní je vypočtena teoretická účinnost přeměny během 1 konkrétního vzorku. Následně je vypočtena teoretická energie, kterou by měla FVE na 1 čtvereční metr aktivní plochy vyrobit za 1 minutu, které se exportovaná data pouţité ve vzorci týkají. Vzorec pro výpočet ukazuje následující rovnice:
Simulační software FVE
Kde:
70
Emin = teoreticky vyrobitelná energie za interval jednoho vzorku (kWh) η = účinnost přeměny během daného vzorku (-) O = okamţitý osvit během daného vzorku (W / m2) dt = délka vzorku (min)
V tuto chvíli je daný postup třeba opakovat pro všechny vzorky resp. spočítat hodnoty Emin pro kaţdou minutu, kdy byla FVE daný den v provozu a vyráběla elektrickou energii. Následně je proveden součet všech dílčích hodnot Emin, který je vynásoben aktivní plochou FVE: (∑
)
Výsledkem rovnice je teoreticky vyrobitelná energie za daný den. Příklad vypočtených hodnot v porovnání se skutečnými hodnotami z elektroměru ukazuje Tab. 8-1.
1.3.2016 2.3.2016 3.3.2016 4.3.2016 5.3.2016 6.3.2016 7.3.2016 8.3.2016 9.3.2016 10.3.2016 11.3.2016 12.3.2016 13.3.2016 14.3.2016 15.3.2016 16.3.2016 17.3.2016 18.3.2016 19.3.2016 20.3.2016 21.3.2016 22.3.2016 23.3.2016 24.3.2016 25.3.2016 26.3.2016 27.3.2016 28.3.2016 29.3.2016 30.3.2016 31.3.2016
FVE Šakvice II výpočet elektroměr odchylka [MWh] [MWh] [%] 0,58451 0,47147 19,34 2,16742 1,89697 12,48 0,906167 0,73535 18,85 1,45837 1,26184 13,48 3,55669 3,14618 11,54 2,26297 1,90862 15,66 0,938242 0,77637 17,25 0,89177 0,72535 18,66 2,55061 2,23297 12,45 5,87986 5,22062 11,21 0,99905 0,82358 17,56 1,76104 1,49353 15,19 1,36382 1,15305 15,45 7,11425 6,33787 10,91 2,98796 2,47513 17,16 1,49538 1,2757 14,69 6,97916 5,97648 14,37 6,94847 5,97747 13,97 2,53803 2,20127 13,27 4,65897 3,97542 14,67 1,97969 1,67591 15,35 4,19929 3,46876 17,40 4,35025 3,75701 13,64 2,343 1,99349 14,92 3,05458 2,63215 13,83 2,33465 1,89962 18,63 7,75838 6,42182 17,23 6,61208 5,50693 16,71 6,54034 5,61865 14,09 3,55724 2,9321 17,57 7,31465 5,76271 21,22
FVE Kurdějov výpočet elektroměr odchylka [MWh] [MWh] [%] 0,432032 0,37504 13,19 1,49995 1,20613 19,59 0,581055 0,5569 4,16 0,890036 0,86037 3,33 2,89409 2,77774 4,02 1,90275 1,79086 5,88 0,732378 0,71216 2,76 0,874278 0,75919 13,16 1,87282 1,75548 6,27 5,12684 4,93936 3,66 1,23885 1,19828 3,27 1,49937 1,45613 2,88 0,85559 0,82115 4,03 5,60031 5,42059 3,21 2,53307 1,91185 24,52 0,837986 0,80798 3,58 5,35833 5,16378 3,63 5,31056 5,02899 5,30 1,72141 1,67098 2,93 3,10698 3,13708 -0,97 1,91603 1,77686 7,26 2,76747 2,72372 1,58 2,85872 2,77229 3,02 1,75747 1,84185 -4,80 2,30163 2,2347 2,91 1,4756 1,43953 2,44 6,03762 5,53964 8,25 4,60278 4,20432 8,66 5,21443 4,77267 8,47 2,91437 2,70458 7,20 5,76721 4,95406 14,10
Tab. 8-1 Porovnání hodnot z elektroměru a vypočtených hodnot pomoci simulačního SW
Simulační software FVE
71
8.2 Grafické prostředí programu Program obsahuje uţivatelské rozhraní pro zadání parametrů vstupujících do výpočtu. Po spuštění programu se objeví rozhraní, které je patrné z Obr. 8-1.
Obr. 8-1 Uživatelské rozhraní po spuštění programu V levé části GUI (graphic user interface) uţivatel zadává parametry FVE, které jsou neměnné. Tedy výkon 1 panelu, počet panelů na celé FVE, pokles výkonu s teplotou, pokles výkonu s časem, datum uvedení FVE do provozu. Pro porovnání vypočtených a skutečných hodnot se zadávají rovněţ hodnoty z elektroměru na začátku a na konci dne. Výpočet ve zdrojovém kódu programu pracuje s poklesem účinnosti s teplotou, nikoliv s poklesem výkonu. V kódu je proveden přepočet poklesu výkonu s teplotou na pokles účinnosti s teplotou. Je to z toho důvodu, ţe v katalogovém listu fotovoltaického panelu je uvedena hodnota procentuálního poklesu výkonu panelu, nikoliv účinnosti a přepočet na pokles účinnosti je jiţ zakomponován do zdrojového kódu. Tlačítko „Načíst export dat“ zobrazí nabídku pro výběr cesty k exportu dat. Poţadovaný formát souboru je xls. Po načtení exportu se ve všech 3 roletkových menu objeví názvy sloupců pro identifikaci hodnot. Dle nadpisu uţivatel vybere sloupec s teplotou, osvitem a výkonem. V případě, ţe je na FVE instalováno více čidel teploty nebo osvitu, uţivatel vybere dané názvy sloupců a program počítá s průměrnou hodnotou daných veličin v konkrétním vzorku. Před zahájením výpočtu je třeba vybrat, jaké hodnoty se zobrazí na ose y grafu. Na výběr jsou hodnoty výkonu, osvitu a teploty příp. jejich kombinace. Nyní, kdyţ jsou zadány všechny parametry a vybrány hodnoty z čidel, uţivatel klikne na tlačítko „Vykreslení a výpočet“. Podobu prostředí v této fázi ukazuje Obr. 8-2. Pro ilustraci bylo vybráno vykreslení výkonu společně s osvitem.
Simulační software FVE
Obr. 8-2 Ukázka výpočtu (14. 3.2016; FVE Kurdějov) Uţivatelské rozhraní s grafem průběhu teploty během dne ukazuje Obr. 8-3.
Obr. 8-3 Ukázka výpočtu (1.3.2016; FVE Šakvice II )
72
Závěr
73
9 ZÁVĚR V uvedené práci byly vysvětleny základní pojmy z oboru fotovoltaiky. Byla zmíněna historie a v posloupnosti uvedeny zásadní objevy, které byly nutné k rozvoji získávání energie fotovoltaickými elektrárnami tak, jak jsou v povědomí dnes. Následně byl popsán samotný princip fotovoltaického jevu a jeho dosaţení současnými technologiemi. Po popisu technologie výroby fotovoltaických panelů byly shrnuty jejich parametry včetně ilustračních obrázků. Byly zmíněny rovněţ základní parametry a rozdělení invertorů, které je moţné vyuţívat k součinnosti s fotovoltaickými elektrárnami. Co se týče diagnostiky FVE, byly shrnuty základní body, které vyţaduje norma ČSN EN 62 446 popisující základní poţadavky na technickou dokumentaci a kontrolu FVE. Byly popsány základní poţadavky na obsah projektové dokumentace, která by měla být předána investorovi při přebírání díla. Dále poţadavky, které musí FVE splňovat při prvotní zkoušce i při pravidelné servisní kontrole včetně testování a posloupnosti jednotlivých kroků během této činnosti. Pro správnou funkci FVE jako celku je nezbytné, aby byla obsluha řádně informována nejen o provozních stavech, ale i dalších skutečnostech, jako je např. neoprávněné vniknutí do objektu FVE, neočekávaný výpadek napájení atd. Touto problematikou se zabývá kapitola 4, kde je představen monitorovací systém společnosti, u které byla diplomová práce zpracována. Jedná se o monitorovací software společnosti Protection&Consulting s r.o. Byl zpracován výčet základních vlastností systému, moţností jednotlivých karet a výčet dat, které má uţivatel k dispozici. Vše bylo v textu doplněno o příslušný snímek obrazovky z webového rozhraní SolarControl. Následující kapitoly se jiţ zabývají praktickou částí diplomové práce. V kapitole 5 byly vypočteny provozní výkonnosti porovnávaných elektráren. Vstupní data byla získána z denních exportů dat, ze kterých byla určena provozní výkonnost obou elektráren pro kaţdý den za roky 2014 a 2015. Následně byly vypočtené hodnoty zprůměrovány do jedné hodnoty na měsíční bázi. Pro co moţná nejvyšší vypovídající hodnotu byly měsíční hodnoty provozní výkonnosti, která je definována vztahem pro výpočet PR v kapitole 6, zprůměrovány do jedné hodnoty PR za daný rok. Pro porovnání jsou v Tab. 6-3 uvedeny i hodnoty mediánu, které se příliš neliší od průměrných hodnot. FVE Kurdějov s PR v obou letech cca 88 % byla vyhodnocena jako v pořádku bez nutnosti výrazných zásahů. Naproti tomu FVE Šakvice II za 2 porovnávané roky s hodnotou PR cca 80 % vzbudila podezření na přítomnost neţádoucích jevů. Kompletní hodnoty všech denních PR za rok 2014 a 2015 jsou patrné z Příloh A, B, C a D. Na základě vypočtených výsledků bylo provedeno rozsáhlé měření na obou FVE, kdy byly změřeny VA charakteristiky všech řetězců (288 na FVE Šakvice II a 234 na FVE Kurdějov) a následně byl proveden přepočet na procentuální hodnotu výkonu při STC podmínkách vůči nominálním hodnotám z katalogového listu. Díky tomu bylo moţné jednotlivé řetězce porovnat mezi sebou a vytipovat „nejslabší“ řetězce. Výsledky jednotlivých měření jsou patrné z Přílohy E a F. Na základě změřených dat a zjištěných skutečností byla vypracována doporučení pro optimalizaci FVE Šakvice II. Byla zjištěna nefunkčnost 2 řetězců, kdy je třeba zaměřit se na moţné příčiny v rámci daného řetězce, např. změřením VA charakteristik jednotlivých panelů v řetězci „C“ na invertoru č. 2001723394 a řetězce „C“ na invertoru č. 2001700404. Další moţností je změření napětí vůči zemi všech pólů jednotlivých panelů a lokalizovat tak místo případného průrazu panelu na kostru. Dále byla zjištěna sníţená výkonnost u celkem 19 řetězců
Závěr
74
s poklesem větším neţ 3 % z průměrné hodnoty poměru maximálního výkonu a nominálních hodnot dle katalogového listu pouţitých panelů. Dalším navrhovaným postupem pro optimalizaci FVE Šakvice II je provedení kompletní termografie panelů i DC skříní a na základě zjištěných výsledků je doporučeno změření VA charakteristik panelů vytipovaných řetězců. Simulačním softwarem byla potvrzena sníţená výkonnost FVE Šakvice II. Pro měsíc březen 2016 bylo provedeno porovnání nasimulovaných hodnot s hodnotami z elektroměru. Z těchto hodnot procentuální odchylky (viz. Tab. 8-1) je patrný větší rozdíl oproti hodnotám z FVE Kurdějov. Výpočetní software v některých případech nepracuje s dostatečnou přesností. Pro získání relevantních hodnot z výpočtu je třeba, aby byly zajištěny dostatečné osvitové podmínky. Z Tab. 8-1 je patrný trend vyšší odchylky ve dnech, kdy bylo vyrobeno relativně málo energie, jinými slovy bylo zataţeno. Simulační software neuvaţuje nelinearitu výstupního výkonu panelů v závislosti na intenzitě dopadajícího záření, a proto s klesajícím osvitem klesá i jeho přesnost výpočtu. Zpřesnění vypočtených hodnot by mohlo být docíleno funkcí, která by respektovala nelinearity panelů při různých osvitových podmínkách, instalací většího počtu osvitových čidel, zahrnutím účinností všech prvků FVE do výpočtu atd. Dále by pro zdokonalení programu bylo vhodné zakomponovat krátkodobé a dlouhodobé průměry osvitů. Vzájemným porovnáváním vypočtených a skutečných hodnot by bylo moţné přiblíţit se skutečným hodnotám co nejvíce. Na základě experimentování s různými typy vstupních dat lze vytvořit algoritmus, na jehoţ základě by se dala očekávaná výroba spolehlivě vyčíslit s dostatečnou přesností.
Použitá literatura
75
POUŢITÁ LITERATURA [1]
E. Becquerel (1839). „Mémoire sur les effets électriques produits sous l'influence des rayons solaires“. Comptes Rendus 9: 561–567. Dostupné z: http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k2968p/f561.image Zdroj: http://oze.tzb-info.cz/fotovoltaika/11652-strucna-historie-fotovoltaiky
[2]
A. Einstein. Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt. Dostupné z: http://www.zbp.univie.ac.at/dokumente/einstein1.pdf Zdroj: http://oze.tzb-info.cz/fotovoltaika/11652-strucna-historie-fotovoltaiky
[3]
R. A. Millikan. A Direct Photoelectric Determination of Planck's “h”. Phys. Rev. 7, 355 – Published 1 March 1916. Dostupné z: http://journals.aps.org/pr/pdf/10.1103/PhysRev.7.355 Zdroj: http://oze.tzb-info.cz/fotovoltaika/11652-strucna-historie-fotovoltaiky
[4]
Adams | William Grylls | 1836–1915 | professor of natural philosophy, King's College London. Biographical Information. Dostupné z: http://www.nahste.ac.uk/isaar/GB_0237_NAHSTE_P0910.html Zdroj: http://oze.tzb-info.cz/fotovoltaika/11652-strucna-historie-fotovoltaiky
[5]
This Month in Physics History. April 25, 1954: Bell Labs Demonstrates the First Practical Silicon Solar Cell. Dostupné z: http://www.aps.org/publications/apsnews/200904/physicshistory.cfm Zdroj: http://oze.tzb-info.cz/fotovoltaika/11652-strucna-historie-fotovoltaiky
[6]
Powering the Future. NASA Glenn Contributions to the International Space Station (ISS) Electrical Power System. Dostupné z: http://www.nasa.gov/centers/glenn/about/fs06grc.html Zdroj: http://oze.tzb-info.cz/fotovoltaika/11652-strucna-historie-fotovoltaiky
[7]
Bechník, Bronislav. Historie a perspektivy OZE – fotovoltaika, technologie krystalického křemíku. Dostupné z: http://oze.tzb-info.cz/fotovoltaika/5470-historie-a-perspektivy-oze-fotovoltaikatechnologie-krystalickeho-kremiku Zdroj: http://oze.tzb-info.cz/fotovoltaika/11652-strucna-historie-fotovoltaiky
[8]
Stručná historie fotovoltaiky. TZB-info. [online]. 1.9.2014 [cit. 2015-12-08]. Dostupné z: http://oze.tzb-info.cz/fotovoltaika/11652-strucna-historie-fotovoltaiky
[9]
VANĚK, J.; KŘIVÍK, P.; NOVÁK, V. Alternativní zdroje energie. Brno, skripta FEKT. 2006. p. 1 - 159.
[10] Heterostruktury, které slouţí všem. Vesmír. [online]. 1.2001 [cit. 2015-12-09]. Dostupné z: http://casopis.vesmir.cz/clanek/heterostruktury-ktere-slouzi-vsem#box2 [11] Fotovoltaika – metodická pomůcka Ministerstva pro místní rozvoj k umisťování, povolování a užívání fotovoltaických staveb a zařízení [online]. 2009. [cit. 2015-11-20]. Dostupné z: http://www.mmr.cz/getmedia/fb24933c-905c-4c59-9c3d-7c52c42d53a9/FVEverze-26-11-09 [12] MASTNÝ, Petr, Jiří Drápela, Stanislav Mišák, Jan Macháček, Michal Ptáček, Lukáš Radil, Tomáš Bartošík, Tomáš Pavelka. Obnovitelné zdroje energie. Praha: ČVUT, 2011. ISBN 978-80-01-04937-2
Použitá literatura
76
[13] EkoWATT. Centrum pro obnovitelné zdroje a úspory energie. [online]. [cit. 2015-12-09]. Dostupné z: http://www.ekowatt.cz/cz/informace/energie-slunce—vyroba-elektriny [14] Odbornecasopisy.cz. ELEKTRO: Časopis pro elektrotechniku. [online]. 10.3.2010 [cit. 2015-12-09]. Dostupné z: http://www.odbornecasopisy.cz/res/pdf/40646.pdf [15] ES Ulrich. Princip FV článku. [online]. 28.9.2015 [cit. 2016-05-10]. Dostupné z: http://moodle.hradebni.cz/pluginfile.php/20976/mod_resource/content/0/Obrazky/elektron en_cz.png [16] Fotovoltaický střídač – účinnost není vše. TZB-info. [online]. 20.4.2009 [cit. 2015-12-10]. Dostupné z: http://oze.tzb-info.cz/fotovoltaika/5571-fotovoltaicky-stridac-ucinnost-neni-vse [17] Major cost components of PV cells and current efforts to reduce them. [online]. [cit. 201512-17]. Dostupné z: http://www.energy.org.il/info/about/Israeli_Institute_Reduce_Cost_of_PV.pdf [18] SolarQuotes. Monocrystalline solar panels. [online]. [cit. 2015-12-17]. Dostupné z: https://www.solarquotes.com.au/panels/photovoltaic/monocrystalline/ [19] ET Solar. Product portfolio. [online]. [cit. 2015-12-17]. Dostupné z: http://www.etsolar.com/PV_components-product-portfolio.asp [20] ČSN EN 62 446. Fotovoltaické systémy spojené s elektrorozvodnou sítí – Minimální požadavky na systémovou dokumentaci, zkoušky při uvádění do provozu a kontrolu. Praha: 2010. [21] Monitorování FVE podle normy ČSN EN 61724. TZB-info. [online]. 2.6.2014 [cit. 201604-04]. Dostupné z: http://oze.tzb-info.cz/fotovoltaika/11294-monitorovani-fve-podlenormy-csn-en-61724 [22] Diagnostika FV modulů a FVE. Abot. [online]. [cit. 2016-04-12]. Dostupné z: http://www.abot.cz/cs/sluzby/diagnostika-fv-modulu-a-fve [23] Termokamery. Revizeshop. [online]. [cit. 2016-04-12]. Dostupné z: https://www.revizeshop.cz/termokamery [24] Monitoring fotovoltaických elektráren. PROTECTION SOLAR CONTROL. [online]. [cit. 2016-04-14]. Dostupné z: http://www.solarcontrol.cz/ [25] Výše výkupních cen a zelených bonusů. TZB-info. [online]. 13.11.2014 [cit. 2016-04-19]. Dostupné z: http://www.tzb-info.cz/ceny-paliv-a-energii/91-vyse-vykupnich-cen-azelenych-bonusu [26] Solar photovoltaic solar panel inspections. ScanPro. [online]. [cit. 2016-04-19]. Dostupné z: http://scanpro.com.au/uav-services/pv-solar-panel-inspection/ [27] Diagnosis of PV power plant. SolarTec PV test. [online]. [cit. 2016-04-19]. Dostupné z: http://www.pvtest.cz/en/diagnosis-of-pvpp [28] GoogleMaps. [online]. [cit. 2016-04-19]. Dostupné z: https://www.google.cz/maps/place/48%C2%B057\\\’02.7%22N+16%C2%B045\\\’18.5%2 2E/@48.9507535,16.7529502,725m/data=!3m2!1e3!4b1!4m2!3m1!1s0x0:0×0 [29] GoogleMaps. [online]. [cit. 2016-04-19]. Dostupné z: https://www.google.cz/maps/place/48%C2%B053'03.5%22N+16%C2%B043'44.9%22E/ @48.8843091,16.7269502,726m/data=!3m2!1e3!4b1!4m2!3m1!1s0x0:0x0
Použitá literatura
77
[30] Canadian Solar. Solar panels: CS6P-220/225/230/235/240/245/250M. [online]. 1.3.2008 [cit. 2016-05-09]. Dostupné z: http://helios-resource.ru/solar_panels.files/-pdf-CanadianSolar-CSI-CS6P-220-250.pdf
Přílohy
78
Příloha A Denní PR [%]; FVE Šakvice II; 2015 1
leden únor březen duben květen červen červenec srpen září říjen listopad prosinec 87,514 94,747 86,521 89,253 84,771 75,047 77,075 76,742 72,183 80,546 92,994 79,485
2
78,590 83,687 80,944 91,249 82,609 73,043
76,832
78,165 75,959 80,566 93,048
79,097
3 4
86,893 94,148 91,979 88,959 82,118 70,707 85,778 89,650 85,263 84,589 74,252 75,558
75,020 75,052
70,108 77,935 81,472 93,006 72,745 76,803 78,951 97,197
80,899 77,973
5 6
83,278 98,338 84,030 87,656 76,735 75,078 88,413 98,092 90,857 86,625 80,200 74,573
74,085 76,480
73,040 79,357 85,158 92,141 69,793 79,458 78,045 88,788
83,556 71,333
7
95,074 95,778 84,727 91,147 82,113 72,877
73,733
69,776 78,234 77,176 78,914
75,180
8 9
72,847 88,331 86,233 83,492 77,539 78,015 81,827 84,001 89,717 82,138 83,451 79,544
80,277 78,627
73,009 78,806 77,424 84,467 70,709 83,042 76,451 75,688
71,889 72,472
10 11
85,523 82,808 86,562 81,983 86,070 78,676 85,652 77,705 81,065 81,467 78,937 75,444
78,012 72,836
72,303 77,901 77,712 79,298 71,831 81,382 87,899 76,596
84,718 91,544
12 13
86,032 90,715 86,449 86,241 79,352 75,644 88,276 96,800 82,936 86,960 75,208 72,819
73,649 76,958
71,620 76,259 89,395 84,722 72,509 77,944 78,649 85,639
75,873 78,310
14
87,823 93,549 82,506 82,284 79,463 72,068
74,205
72,634 79,106 67,447 90,170
80,883
15 16
87,553 94,751 88,460 78,357 87,895 81,441 77,369 93,337 90,361 79,424 76,893 79,334
74,676 71,749
74,668 76,047 68,084 75,513 72,407 74,556 71,560 81,281
76,830 76,025
17 18
82,866 95,613 86,762 80,895 82,528 83,290 85,818 82,814 85,575 83,038 77,721 82,537
70,606 69,918
73,388 72,358 82,530 79,074 69,754 77,336 79,786 79,364
67,833 74,684
19
81,025 87,430 89,630 83,150 78,307 81,892
71,432
74,142 76,132 80,980 81,504
77,124
20 21
85,414 94,604 90,091 83,164 78,378 81,628 80,324 95,316 87,188 82,170 82,113 80,366
72,616 69,486
73,847 76,899 82,626 79,568 78,267 79,891 84,250 83,800
70,405 71,482
22 23
76,338 88,416 91,661 83,965 86,580 76,693 84,008 81,568 85,099 81,288 81,427 101,069
68,749 77,488
75,619 78,167 82,082 86,726 72,874 77,151 91,433 83,009
78,109 79,052
24 25
80,183 84,171 88,687 78,594 82,660 98,646 77,40 84,085 85,887 79,625 81,885 91,695
70,618 74,094
77,299 80,418 85,041 91,314 77,772 70,066 83,774 85,874
80,589 74,659
26
69,263 79,964 82,135 80,767 82,769 85,541
75,737
74,701 80,296 86,371 83,911
75,342
27 28
56,415 82,852 83,391 80,424 88,347 85,109 86,509 89,122 92,666 81,171 82,007 79,944
82,554 76,423
75,902 79,485 85,896 82,722 69,827 81,070 86,346 88,188
78,245 76,952
29 30
50,963 75,649
82,762 83,372 78,073 82,200 86,270 83,554 80,226 77,570
73,824 75,555
69,493 84,298 76,546 78,054 71,524 84,515 75,539 76,425
83,737 84,994
31
87,984
82,513
73,862
72,094
85,975
77,448
90,141
Přílohy
79
Příloha B Denní PR [%]; FVE Kurdějov; 2015 leden
únor
březen
duben
květen
červen
červenec
srpen
září
říjen
listopad
prosinec
1
50,953
100,056
99,173
112,467
90,932
79,280
80,202
80,483
50,258
89,078
102,208
95,408
2
85,377
95,041
94,995
94,626
86,218
76,812
76,731
83,171
55,314
89,727
103,014
89,884
3
99,102
100,484
96,846
109,818
92,964
74,680
75,419
74,145
218,167
90,047
103,838
93,717
4
85,219
98,306
97,237
89,100
82,979
77,621
74,989
75,501
83,192
89,970
108,577
95,687
5
98,950
106,514
100,982
93,141
80,440
78,007
74,202
74,746
90,656
93,794
100,390
95,947
6
105,552
106,018
96,475
96,504
87,470
76,806
76,313
73,883
88,876
89,596
96,854
88,258
7
101,059
101,831
94,198
95,487
86,760
75,547
73,758
73,194
93,767
94,312
91,909
92,926
8
67,119
93,664
93,119
93,050
80,077
81,314
88,088
75,519
87,608
95,684
96,359
90,066
9
100,870
89,665
98,234
85,578
90,078
80,765
90,442
74,977
95,221
93,639
93,430
92,279
10
83,141
93,907
89,309
86,901
89,971
80,211
82,248
75,347
84,164
95,541
89,968
101,653
11
98,044
91,519
91,084
85,974
81,891
77,816
78,575
74,375
92,958
94,612
91,135
118,748
12
97,973
96,010
91,802
87,684
82,670
78,092
78,112
75,937
84,119
97,686
99,467
91,743
13
101,072
104,712
95,528
91,420
80,620
76,195
82,936
75,913
84,653
99,091
96,088
96,387
14
95,533
98,561
92,503
84,142
82,672
75,590
78,922
76,773
91,978
81,467
98,536
98,849
15
103,716
96,384
93,029
89,071
91,328
90,240
82,934
78,664
89,958
82,348
91,749
91,833
16
90,187
101,217
96,877
87,234
80,270
80,040
75,403
74,611
82,908
88,378
93,801
95,250
17
94,442
104,057
91,007
91,975
84,462
84,881
74,355
83,313
81,075
96,045
93,175
84,739
18
101,801
95,638
89,125
97,248
81,756
89,433
74,312
80,100
85,459
96,138
98,046
89,873
19
95,696
97,620
93,145
88,850
84,909
84,835
76,429
84,529
85,589
96,673
91,370
94,669
20
98,428
99,178
92,448
84,048
87,426
88,052
79,675
80,008
86,517
96,216
93,429
89,058
21
95,804
102,964
90,740
82,337
93,715
84,733
73,753
80,901
92,732
100,718
98,579
88,167
22
90,010
95,480
96,847
84,698
92,711
83,497
72,212
83,026
87,928
94,186
100,944
93,690
23
95,679
91,533
87,239
82,917
91,817
85,478
80,550
84,072
87,292
101,990
101,859
96,821
24
96,378
94,653
92,825
81,644
88,199
87,838
74,669
85,321
94,147
92,835
100,814
93,160
25
17,357
96,404
91,701
81,216
86,647
83,502
84,841
85,605
86,416
98,135
105,313
91,539
26
80,469
94,855
85,274
78,531
92,360
79,103
78,107
79,579
93,282
92,559
98,070
89,770
27
22,752
95,541
91,120
81,982
92,144
80,650
81,966
81,178
85,634
92,263
97,705
95,887
28
86,804
95,980
95,528
85,620
90,960
77,601
83,392
75,424
91,410
96,830
102,236
93,315
29
42,848
91,022
85,597
80,421
82,804
79,177
74,883
92,600
94,213
101,213
103,440
30
77,104
95,835
85,784
83,976
77,820
78,826
77,722
103,387
92,475
94,033
103,882
31
73,405
87,598
77,610
55,829
81,513
100,257
106,070
Přílohy
80
Příloha C Denní PR [%]; FVE Šakvice II; 2014 leden
únor
březen
duben
květen červen
1
77,978
90,947
86,317 86,278 80,315 82,054
76,759
78,702 67,660 76,839
84,976
65,555
2
74,281
73,235
88,797 84,035 78,321 85,351
77,023
75,547 65,900 78,856
83,880
74,171
3
87,763
98,589
91,499 82,030 83,375 83,127
75,914
79,403 78,104 81,410
89,676
73,741
4
83,157
100,687 85,106 88,697 89,141 77,512
76,797
78,212 71,230 82,095
89,401
87,026
5
84,452
94,685
91,771 91,959 85,079 81,671
79,545
74,355 69,822 85,134
86,018
73,643
6
84,159
93,811
86,248 87,384 81,313 76,682
72,470
80,211 70,515 85,269
75,202
74,464
7
74,355
76,337
90,987 79,591 83,655 75,160
74,552
76,147 70,201 87,760
72,660
76,415
8
75,549
89,607
89,434 79,570 80,629 73,266
74,770
73,807 66,409 77,698
77,917
84,377
9
73,428
80,173
89,738 89,242 82,042 72,854
81,196
73,912 69,504 82,449
81,820
89,864
10
88,680
92,388
88,848 85,301 80,767 72,993
76,780
73,109 70,537 78,781
76,884
82,623
11
89,073
86,971
90,811 84,956 78,983 73,040
81,965
71,222 71,492 82,682
83,230
84,384
12
90,458
89,747
88,768 84,212 81,619 76,947
77,542
79,617 72,716 77,634
85,918
78,382
13
95,660
92,881
86,489 87,442 90,076 78,373
76,919
76,726 74,355 78,501
81,674
90,041
14
80,007
91,197
87,540 88,408 91,799 81,948
75,619
82,963 72,681 87,500
88,527
85,055
15
87,594
88,485
87,464 95,021 85,094 84,161
72,391
72,919 73,001 82,545
76,254
80,012
16
82,474
82,366
70,757 87,189 80,447 80,880
73,884
78,680 69,640 81,330
71,731
75,028
17
77,767
87,330
84,350 86,230 80,513 77,784
75,278
80,850 70,417 77,412
74,942
81,872
18
75,202
87,373
81,834 82,553 80,423 79,374
74,983
75,725 74,907 81,877
72,977
79,544
19
86,820
85,113
81,764 87,174 78,097 82,585
73,021
79,504 74,791 84,746
79,840
74,919
20
75,540
88,699
83,569 86,572 77,904 83,570
74,407
77,955 68,033 78,860
82,064
80,300
21
77,168
90,462
83,773 87,182 79,724 83,206
73,505
71,952 75,190 84,928
76,248
84,793
22
78,352
86,075
83,927 84,575 77,162 77,743
79,363
74,835 77,194 78,402
79,542
80,618
23
83,981
90,923
80,670 78,825 78,852 75,989
77,291
72,557 79,969 72,241
85,019
77,663
24
27,569
90,810
85,428 82,366 79,132 81,556
75,482
77,606 71,558 86,608
87,614
79,837
25
92,498
91,177
86,184 82,869 76,869 80,466
74,522
72,029 79,513 78,291
77,638
82,229
26
101,470
92,004
85,817 80,516 80,732 80,993
75,206
80,171 76,199 78,729
86,478
86,349
27
88,324
87,807
84,740 82,866 76,054 74,524
74,015
75,962 78,333 81,674
75,043
86,279
28
97,145
89,934
84,342 78,647 77,839 77,111
76,108
71,542 71,266 91,873
73,392
62,460
29
81,625
86,999 83,201 77,950 75,444
76,398
70,379 77,867 89,824
72,505
85,096
30
87,673
83,860 79,144 87,866 82,822
74,708
79,331 77,452 88,769
74,442
86,436
31
82,359
88,681
76,759
70,214
85,595
červenec
srpen
září
říjen
90,364
listopad prosinec
87,621
Přílohy
81
Příloha D Denní PR [%]; FVE Kurdějov; 2014 leden
únor
březen
duben
květen
červen
červenec
srpen
září
říjen
listopad
prosinec
1
67,690
101,545
92,066
91,343
86,840
90,838
84,612
87,691
83,604
87,515
87,397
79,462
2
59,579
66,450
87,777
87,921
84,267
94,892
87,382
80,319
85,798
85,770
85,380
56,245
3
94,603
103,077
89,387
89,373
102,656
95,438
85,229
86,349
90,447
89,591
84,311
86,241
4
88,085
107,921
84,125
96,134
92,089
84,130
84,437
90,146
84,575
90,355
89,583
96,945
5
85,241
93,087
87,026
98,822
95,901
92,162
88,640
84,935
83,203
92,832
87,498
86,999
6
93,221
100,518
84,271
94,924
88,669
83,878
80,029
85,076
86,825
87,844
69,965
91,263
7
80,672
78,512
87,973
85,306
95,649
82,307
80,771
84,561
80,744
92,662
72,328
91,944
8
74,104
90,452
86,472
88,795
88,486
80,996
83,598
82,151
81,680
87,858
83,035
99,023
9
78,821
89,284
84,707
104,337
88,299
80,274
95,072
85,236
84,422
94,740
86,302
105,435
10
96,521
102,621
84,208
105,135
88,540
80,025
92,348
81,106
82,910
84,061
75,974
104,755
11
95,817
101,748
87,105
94,301
93,167
80,604
93,956
83,740
89,914
82,421
89,684
101,560
12
100,163
95,951
84,124
90,638
99,275
85,554
84,497
91,812
89,558
77,108
87,904
98,457
13
100,953
98,468
83,206
100,119
102,778
85,214
84,765
94,746
91,030
83,699
87,452
101,751
14
87,180
99,429
83,774
97,000
104,505
92,368
80,965
94,660
90,192
73,025
91,490
100,658
15
92,924
93,806
82,324
109,235
97,462
95,377
82,658
84,259
89,409
81,652
70,838
90,928
16
88,386
93,892
61,229
112,478
101,972
89,809
80,691
89,550
87,568
78,777
60,286
86,668
17
82,441
91,611
82,416
94,794
101,140
84,991
82,529
95,467
85,585
78,098
68,166
102,977
18
81,024
98,351
79,898
90,079
99,651
86,035
85,315
87,244
93,212
85,173
69,033
93,757
19
95,668
86,843
82,227
94,103
87,562
89,667
79,685
89,777
90,659
82,659
83,462
90,274
20
67,968
103,728
82,433
92,767
86,262
93,871
81,519
93,119
78,739
82,975
91,178
100,236
21
86,910
98,694
81,889
99,173
87,530
99,317
82,124
87,652
83,405
81,244
78,067
101,535
22
21,738
95,671
82,952
96,331
84,099
98,458
89,733
87,632
94,565
84,260
82,499
92,426
23
24,953
95,763
84,641
85,460
86,202
89,613
85,941
89,849
94,921
83,223
96,232
95,468
24
5,881
101,604
94,158
88,986
88,214
92,142
83,104
89,644
86,809
95,028
95,984
102,021
25
65,096
54,190
92,316
95,406
84,722
91,209
83,735
84,836
89,594
89,865
86,900
95,926
26
100,557
102,710
86,042
94,303
89,691
93,642
85,527
91,282
91,110
89,412
79,684
101,756
27
91,215
94,276
84,539
86,795
87,013
84,244
82,637
91,602
85,967
92,941
72,111
105,802
28
98,739
95,224
85,734
86,552
85,139
88,908
85,802
84,835
83,907
96,068
64,936
89,070
29
84,236
90,873
90,193
95,448
86,492
85,298
83,867
93,464
97,018
70,908
78,092
30
85,782
88,007
88,228
102,223
95,510
84,239
79,331
93,929
93,194
74,792
99,474
31
84,740
92,380
85,622
89,827
96,399
95,867
97,806
Přílohy
82
Příloha E Procentuální poměr nominálního a skutečného maximálního výkonu jednotlivých řetězců; FVE Kurdějov číslo invertoru řetězec na invertoru Maximální výkon řetězce oproti STC [%] 2001657309 2001723970 A B C A B C 97,44 96,37 93,14 93,79 93,4 94,82 2001657784 2001723656 101 97,59 98,14 96,77 97,34 94,61 2001723792 2001723630 101,3 97,41 98,41 98,41 98,02 98,59 2001723794 2001723406 97,68 96,13 96,72 92,73 94,76 92,57 2001371691 2001723381 96,87 100,3 101,2 93,88 94,03 92,72 2001723806 2001723863 100,5 97,94 98,48 95,83 94,41 94,35 2001724013 2001723815 99,21 96,88 100,3 99,73 99,62 97,27 2001723997 2001723852 97,99 101,4 99,48 93,21 94,6 93,1 2001723648 2001723785 101,8 97,44 96,5 99,13 98,43 95,33 2001723967 2001723818 94,55 94,81 95,25 94,87 93,59 91,55 2001700865 2001723495 103,6 101,2 100,6 88,2 93,12 90,61 2001723790 2001700958 100,3 101,7 102 92,09 91,24 89,43 2001723760 2001723753 90,99 90,27 92,22 96,79 93,66 95,11 2001700471 2001723767 95,23 94,83 94,59 101,2 99,28 100,7 2001723661 2001724073 97,97 98,2 98,93 103,1 100,9 102,8 2001723920 2001700958 98,43 98,52 99,19 90,68 89,4 86,7 2001723434 2001723819 94,27 93,68 95,38 93,14 93,94 94,32 2001723996 2001723864 97,19 96,36 105,5 100,6 101,7 98,62 2001657770 2001723864 97,01 99,82 97,33 99,8 99,89 102,5 2001700407 2001723582 99,01 97,69 95,11 104 102 100,4
2001723636 A B C 96,92 98,18 93,29 2001723791 A B C 98,11 100,5 99,48 2001700469 98,31 97,75 99,56 2001172992 93,19 92,63 92,46 2001724014 96 94,06 94,69 2001723860 97,22 96,4 96,16 2001723804 101,4 101,2 101,3 2001723424 91,17 85,87 89,71 2001700890 93,28 93,88 92,12 2001723729 96,57 96,28 95,55 2001723829 97,74 95,93 96,72 2001723663 100,4 94,48 94,12 2001723855 103,6 100,9 100,2 2001172824 100,9 98,6 101,2 2001723583 96,31 96,64 96,7 2001723793 97,08 96,19 96,88 2001700985 96,55 94 95,5 2001723856 99,86 98,19 98,77 2001723421 97,51 100,7 98,45 2001637541 100,3 99,29 97,76 2001657741 97,91 97,96 101,6
2001723966 A B C 97,84 98,53 97,98 2001724065 97,17 98,62 97,96 2001723911 99,29 98,22 104,6 2001723822 103,7 105,7 101,7 2001723637 96,2 92,97 95,68 2001723859 100 100,2 99,1 2001723798 98,75 98,11 99,25 2001723647 105,4 104,9 102,2 2001723819 102,2 100,5 94,81 2001723420 93,34 96,82 94,71 2001700888 91,24 96,33 93,74 2001723852 98,4 99,57 98,07 2001172852 90,43 90,63 92,75 2001723425 101,8 103,8 104,6 2001700555 102,2 103,7 106 2001723513 105,7 104,6 104,4 2001723785 101,1 101,9 100,4 2001723698 97,45 96,96 98,02 2001700868 94,17 91,29 90,91
Přílohy
83
Příloha F Procentuální poměr nominálního a skutečného maximálního výkonu jednotlivých řetězců; FVE Šakvice II 2001723929 A B C 98.68 97,2 99,1 2001700442 98,78 98,16 98,77 2001723430 97,46 95,97 98,35 2001723857 94,17 94,15 96,1 2001723651 95,44 95,27 95,34 2001723808 95,87 96,18 96,31 2001723644 91,39 92,61 92,79 2001723628 92,86 92,7 92,86 2001723428 93,22 93,3 96,45 2001723803 96,98 97,05 96,16 2001723394 96,09 96,7 2001723836 95,89 93,96 92,01 2001723763 92,01 92,89 91,89 2001700404 93,38 93,42 2001723854 93,21 94,45 93,91 2001723903 93,74 97,31 96,36 2001723993 96,55 95,91 95,38 2001700356 96,51 98,15 91,89 2001699163 98,46 91,21 92,81 2001700713 92,06 90,34 90,5 2001658303 93,64 94,83 94,14 2001635705 95,47 94,65 94,81 2001698722 94,11 96,18 95,03 2001699151 93,68 94,8 95,01
2001658898 A B C 94,07 94,82 97,31 2001658319 96 102,6 96,03 2001658905 96,11 92,78 92,93 2001658365 91,87 91,53 92,79 2001658226 90,85 90,92 92,45 2001658321 92,22 91,85 92,5 2001658908 92,69 93,58 92,13 2001658902 92,5 97,3 98,62 2001658896 94,74 98,21 95,85 2001658158 94,92 95,93 96,35 2001658157 96,52 93,62 93,93 2001658434 97,85 97,04 95,69 2001658542 95,58 94,45 96,3 2001658247 92,41 91,44 94,25 2001658552 93,59 92,62 95,4 2001658359 94,62 94,71 94,13 2001658321 93,73 93,4 93,71 2001698765 96,56 95,17 97,86 2001698326 92,94 93,7 93,81 2001698870 93,44 93,58 93,11 2001698953 96,18 94,13 96,47 2001658364 93,87 96,15 96,4 2001698759 95,62 93,89 94,17 2001699152 94,82 95,54 94,98
2001658236 A B C 94,91 95,3 95,04 2001658246 94,16 94,62 94,61 2001658310 94,07 94,6 95,04 2001657683 96,1 95,54 94,69 2001658503 95,39 94,39 93,85 2001656552 96,91 99,11 98,97 2001658363 98,4 98,08 87,69 2001658352 95,42 95,05 95,27 2001658300 99,28 98,82 98,58 2001658355 98,34 98,07 99,31 2001658233 95,6 91,78 92,89 2001658314 90,84 92,87 92,69 2001700711 91,99 92,5 92,88 2001658323 91,83 92,1 91,11 2001699147 91,96 90,17 90,37 2001658704 91,73 90,2 90,7 2001658900 91,15 89,34 91,52 2001698775 93,24 94,15 91,96 2001723151 96,63 96,91 94,28 2001698922 95,46 94,39 95,78 2001698867 95,18 94,77 95,61 2001658503 93,66 93,93 95,12 2001698923 96,33 94,78 94,52 2001700727 95,38 95,32 96,13
2001253772 A B C 91,6 90,35 91,45 2001723422 93,99 93,01 95,07 2001700589 94,17 93,92 94,44 2001700703 94,1 91,03 91,43 2001700726 93,57 93,28 93,99 2001700914 94,06 93,18 93,27 2001698971 93,92 92,57 92,58 2001700749 92,95 96,67 94,45 2001698926 94,09 93,79 93,5 2000915028 94,39 94,48 93,56 2001700468 90,42 94,6 95,28 2001723390 95,57 95,54 90,5 2001700719 95,54 94,84 94,65 2001700708 93,84 94,91 94,03 2001698924 97 96,3 94,38 2001699164 97,31 96,21 93,89 2001700357 95,2 98,85 92,47 2001700473 96,04 94,32 94,48 2001658298 93,2 93,57 95,75 2001658910 93,54 93,34 93,48 2001700918 91,6 97,39 99,25 2001698222 95,74 95,16 94,69 2001698944 94,95 94,18 94,53 2001700990 94,15 94,47 95,38
Přílohy
84
Příloha G Porovnání vybraných výkonových křivek nejvýkonnějšího řetězce 2001658319-B a řetězců nejméně výkonných
Porovnání vybraných výkonových křivek 4000 3500 Nejvýkonější 2001700703-C
3000
2001700468-A
I [A]
2500
2001658314-A 2001723390-C
2000
2001658323-C 2001658704-B
1500
2001658704-C 1000
2001658900-A 2001658900-B
500
2001658900-C 2001700703-B
0 0
100
200
300
400 U [V]
500
600
700
Přílohy
85
Příloha H Porovnání vybraných VA charakteristik nejvýkonnějšího řetězce 2001658319-B a řetězců nejméně výkonných
Porovnání vybraných VA charakteristik 10 9 Nejvýkonější
8
2001700703-C 7
2001700468-A 2001658314-A
I [A]
6
2001723390-C
5
2001658323-C
4
2001658704-B 2001658704-C
3
2001658900-A 2
2001658900-B
1
2001658900-C 2001700703-B
0 0
100
200
300
400 U [V]
500
600
700
Přílohy
86
Příloha I Přehled VA charakteristik a výkonových křivek nejméně výkonných řetězců
8
3000 2500 2000 1500 1000 500 0
I [A]
6 4 2 0 0
100
200
300
400
500
P [W]
2001658365-B
600
U [V]
10
4000
8
3000
6
2000
4
P [W]
I [A]
2001700703-B
1000
2 0
0 0
100
200
300
400
500
600
U [V]
10
4000
8
3000
6
2000
4
1000
2 0
0 0
100
200
300 U [V]
400
500
600
P [W]
I [A]
2001700703-C
Přílohy
87
8
2500
6
2000 1500
4
1000
2
P [W]
I [A]
2001723644-A
500
0
0 0
100
200
300
400
500
600
U [V]
I [A]
6 4 2 0 0
100
200
300
400
500
3000 2500 2000 1500 1000 500 0
P [W]
8
3000 2500 2000 1500 1000 500 0
P [W]
2001658226-B
600
U [V]
2001658226-A 8
I [A]
6 4 2 0 0
100
200
300
400
500
600
U [V]
10
4000
8
3000
6
2000
4
1000
2 0
0 0
100
200
300 U [V]
400
500
600
P [W]
I [A]
2001700468-A
Přílohy
88
10
4000
8
3000
6
2000
4
P [W]
I [A]
2001658314-A
1000
2 0
0 0
100
200
300
400
500
600
U [V]
10
4000
8
3000
6
2000
4
P [W]
I [A]
2001723390-C
1000
2 0
0 0
100
200
300
400
500
600
U [V]
10
4000
8
3000
6
2000
4
P [W]
I [A]
2001658247-B
1000
2 0
0 0
100
200
300
400
500
600
U [V]
10
4000
8
3000
6
2000
4 2
1000
0
0 0
100
200
300 U [V]
400
500
600
P [W]
I [A]
2001658323-C
Přílohy
89
10
4000
8
3000
6
2000
4
P [W]
I [A]
2001658704-B
1000
2 0
0 0
100
200
300
400
500
600
U [V]
10
4000
8
3000
6
2000
4
P [W]
I [A]
2001658704-C
1000
2 0
0 0
100
200
300
400
500
600
U [V]
10
4000
8
3000
6
2000
4
P [W]
I [A]
2001658900-A
1000
2 0
0 0
100
200
300
400
500
600
U [V]
10
4000
8
3000
6
2000
4
1000
2 0
0 0
100
200
300 U [V]
400
500
600
P [W]
I [A]
2001658900-B
Přílohy
90
10
4000
8
3000
6
2000
4
P [W]
I [A]
2001658900-C
1000
2 0
0 0
100
200
300
400
500
600
U [V]
10
4000
8
3000
6
2000
4
P [W]
I [A]
2001699163-B
1000
2 0
0 0
100
200
300
400
500
600
U [V]
10
4000
8
3000
6
2000
4
P [W]
I [A]
2001700713-B
1000
2 0
0 0
100
200
300
400
500
600
U [V]
10
4000
8
3000
6
2000
4
1000
2 0
0 0
100
200
300 U [V]
400
500
600
P [W]
I [A]
2001700713-C
