試運轉光電系統以達到最大效能的 3 個步驟

即使擁有偉大的工程設計,但沒有任何系統是萬無一失的。這就是試運轉的目的,為客戶驗收及後續維護確立效能基準。試運轉不僅對光電 (PV) 系統效能至關重要,同時也攸關設備壽命、安全性、ROI 及保固。

兩名頭戴工程帽的男子站在一排太陽能板盡頭的圖片

步驟 1:光電系統的設計與發電

若要掌握您廠區預期的發電量,請確定您的太陽能資源,並考慮到面板上可能出現的任何陰影。太陽能資源是以尖峰陽光時數來測量:您的裝置每平方公尺每天產生 1,000 瓦的時數。舉例來說,在加州的許多地區,太陽能資源非常充足:每平方公尺有 6,000 瓦,或是 6 個峰值太陽小時。使用 Fluke IRR-1 陽光照度計判定地點的實際陽光照度 (watts/m2) 和陰影,以建立基準。

假設您的 PV 陣列達到 10 kW。您可以透過 10-kW 陣列 x 6 個峰值太陽小時 x 365 天 x 0.85 (15% 減額來自線路和變頻器的功率損耗) 來計算預期的年度發電量。此陣列應每年為我們產生 18,615 kWh,或是每天 51 kWh 的能源。

步驟 2:測量光電 (PV) 效能

系統安裝完成後,請測量其電氣特性和陣列的實際功率輸出,以確保系統的運作符合設計。

PV 陣列的效能取決於其電流 - 電壓 (IV) 曲線。變頻器不僅可將 DC 轉換為 AC,還能擷取電流和電壓以最大化其功率輸出 (功率等於電壓乘以電流),因為在此情況下,串列產生的功率最大。短路電流 (Isc) 是來自單電池的最大電流,因為沒有電壓差異,所以不會產生功率:正極和負極電線相接。開路電壓 (Voc) 是來自單電池的最大電壓:因為電路為開路,所以不會產生功率。模組產生最大功率的點,稱為最大功率點 (mpp)。

比較太陽能電池的 IV 曲線和功率的圖

PV 模組的電流電壓 (IV) 曲線

若要知道陣列是否按照設計運作,則必須知道模組規格表中列出的 Voc 和 Isc。在安裝前和安裝後,請測量 Voc 和 Isc。

Voc 可透過 Fluke 393 FC CAT III 鉤錶測量,以判定正極與負極端子間的電壓。Fluke 393 FC 為 CAT III 1500 V / CAT IV 600V 等級,能夠在太陽能裝置等 CAT III 環境中進行安全可靠的測量。利用 Fluke 64 MAX IR 紅外線測溫儀判定模組溫度,評估溫度對 Voc 的影響 (溫度越低,電壓越高,反之亦然)。393 FC 在測試 Voc 時會提供音訊極性警告。如果反接,匯流箱或其他電路可能會意外串接,造成電壓超過變頻器的最大輸入電壓。

Fluke 393 FC CAT III 1500 V 真均方根鉤錶的圖片位於右側,Fluke Connect 應用程式則顯示在其左側旁邊的智慧型手機上

Fluke 393 FC 是全球唯一 CAT III 1500 V 等級鉤錶,能夠安全可靠地用於太陽能裝置。

若要測試 Isc,請中斷所有平行電路,並以安全方式使電路短路。透過萬用電表測量正極與負極端子間的電流。請設定在比預期電流高的檔位。在 Fluke Connect™ 應用程式中記錄 Isc 和 Voc 的值,並儲存這些值以用於趨勢分析和報告

檢查導體的絕緣電阻、模組之間和模組與機架之間的連接,以及您的接地電阻。利用 Fluke 1630-2 FC 接地鉤錶測量接地電阻,確保電阻小於 25 歐姆。

步驟 3:差異診斷

即使安裝正確,PV 系統仍可能無法達到預期的發電量。對於一個模組來說,指定電氣特性非常重要,因為變頻器有最小及最大的輸入電流。低於或高於這個範圍就不會有功率輸出。

情境 1:開路電壓或短路電流高於或低於數據表上的數值

在這種情況下,指您的串列中包含一或多個模組的特性不符規格。開路電壓超出範圍表示您的變頻器可能無法輸出功率。短路電流超出範圍表示此處可能有不相符的模組,這可能會嚴重降低陣列效能,因為串列的電流受限於電流最低的模組。請找出問題模組並加以更換。

用於診斷 PV 面板差異的 Fluke 393 FC CAT III 1500 V 真均方根鉤錶的圖片。

Fluke 393 FC 可測量電壓、電流、直流功率,並針對 PV 面板上的錯誤極性提供音訊指示。

情境 2:功率輸出偏低

若您看到功率輸出低於預期,表示可能發生問題。儘管輸出有些許波動是預期中的現象,但若輸出持續小於預期,則表示可能有串列故障、接地故障或屏蔽。

其中一個原因可能是熱點,意指短路電池上電流和熱量的累積,導致效能降低更可能引發火災。Fluke Ti480 PRO 紅外線熱影像儀TiS75+ 熱影像儀等熱像儀,能夠快速辨識熱點。

接地故障是另一個問題,因為這些故障較難診斷,而且需要測試每個導體以及將雜散電流接地的設備接地導體 (EGC) 的電壓及電流。EGC 上的電壓和電流代表接地故障。接地故障可能由於導體絕緣層損壞、安裝不當、電線破損和水所造成。而這些故障可能在導體和 EGC 之間形成電氣連接。請找出問題來源,並更換受損的電線或改善狀況。

低功率輸出的其他原因,可能是您所在位置的陰影和羅盤方位 (方位角) 不佳。利用陽光循跡裝置找出任何新的陰影來源,可能的話,請加以移除。儘管可能難以變更陣列的傾斜度和羅盤方位,但您應該知道傾斜度及方位角,以便建立基準作為日後參考。

在大規模 PV 系統中,太陽能系統的電力經變壓器轉換升壓,然後再到配電裝置和中電壓纜線,絕緣電阻下降是此處的常見問題。若為中電壓及高壓纜線,請使用 Fluke 1555 FC 10 kV 絕緣測試儀,其可測試高達 10,000 伏特電壓。

若為配備電池的系統,請使用 Fluke 500 系列電池分析儀,針對預期的電池電壓及荷電狀態,與實際狀況做比較。

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