Даже самая продуманная система не застрахована от неисправностей. Поэтому процедура ввода в эксплуатацию крайне важна: именно на этом этапе устанавливаются номинальные эксплуатационные характеристики, с которыми систему будет принимать заказчик и на которые будут ориентироваться во время технического обслуживания. От правильно выполненного ввода в эксплуатацию зависят не только характеристики ФЭ системы, но и ее срок службы, безопасность, окупаемость и соответствие условиям гарантийного обслуживания.
Шаг 1. Расчет параметров и монтаж ФЭ системы
Чтобы добиться необходимых эксплуатационных характеристик, оцените ресурс солнечной энергии в месте монтажа системы с учетом тени, которая может падать на панели. Ресурс солнечной энергии измеряется в пиковых солнце-часах: это количество часов в день, за которые установка вырабатывает 1000 Вт на квадратный метр. Например, во многих районах Калифорнии ресурс солнечной энергии очень высокий: 6000 Вт на квадратный метр или 6 пиковых солнце-часов. Измеритель солнечного излучения Fluke IRR-1 позволяет определить действительную освещенность солнечного излучения (в Вт/м²) и затенение на месте установки для вычисления номинальных эксплуатационных характеристик.
Предположим, вы намереваетесь использовать фотоэлектрическую батарею на 10 кВт. Чтобы рассчитать ожидаемую годовую выработку энергии, необходимо умножить мощность батарей (10 кВт) на 6 (кол-во пиковых солнце-часов), а также на 365 (кол-во дней в году) и на 0,85 (учет потерь в проводке и инверторе, которые составляют 15%). Данная батарея должна производить 18 615 кВт⋅ч электроэнергии в год или 51 кВт⋅ч в день.
Шаг 2. Измерение вырабатываемой энергии
После монтажа системы необходимо убедиться в том, что она работает должным образом. Для этого нужно замерить электрические параметры батареи и вырабатываемую ей мощность.
Мощность, вырабатываемая фотоэлектрической батареей, зависит от ее вольт-амперной характеристики (ВАХ). Инвертор не только преобразует постоянный ток в переменный, но поддерживает такие значения силы тока и напряжения, при которых фотоэлектрическая цепь вырабатывает максимальную мощность (мощность — это произведение напряжения и силы тока). Ток короткого замыкания (Iкз) — это максимальный ток от элемента, при котором электроэнергия не вырабатывается, так как отсутствует разность напряжений: положительный и отрицательный провода соприкасаются. Напряжение разомкнутой цепи (Vрц) — это максимальное напряжение, которое может выдавать элемент. При этом электроэнергия не вырабатывается, поскольку цепь разомкнута. Точка, в которой модуль вырабатывает максимальную электроэнергию, называется точкой максимальной мощности (ТММ).
Чтобы узнать, работает ли батарея должным образом, необходимо узнать значения Vрц и Iкз, указанные в техническом описании модуля. Измеряйте Vрц и Iкз до и после установки.
Значение Vрц измеряется посредством токоизмерительных клещей Fluke 393 FC CAT III и представляет собой разницу напряжения между положительной и отрицательной клеммами. Прибор 393 FC соответствует категории электробезопасности CAT III 1500 В / CAT IV 600 В — его можно безопасно применять для проведения измерений на участках с категорией перенапряжения CAT III, таких как установки солнечной энергии. С помощью инфракрасного термометра Fluke 64 MAX определите температуру модуля, чтобы скомпенсировать влияние температуры на значение Vрц (чем ниже температура, тем выше напряжение и наоборот). При измерении значения Vрц Fluke 393 FC может выдать звуковое предупреждение, сообщающее об обратной полярности. Если выявлена обратная полярность, значит другие цепи в блоке сумматоров могут быть подключены последовательно и давать в сумме напряжение, превышающее максимальное входное напряжение инвертора.
Для измерения значения Iкз отсоедините все параллельно подключенные цепи и, убедившись в безопасности процедуры, замкните цепь. Измерьте ток между положительной и отрицательной клеммами с помощью мультиметра. Установите регулятор на диапазон силы тока с запасом относительно расчетного значения. Запишите значения Iкз и Vрц в приложении Fluke Connect™ и сохраните их для создания тенденций и отчетов
Проверьте сопротивление изоляции проводников, соединения между модулями, а также между модулями и стойками, кроме того, измерьте сопротивление относительно земли. С помощью заземляющих клещей Fluke 1630-2 FC измерьте сопротивление земли и убедитесь, что оно составляет менее 25 Ом.
Шаг 3. Диагностика отклонений
Даже при правильном монтаже фотоэлектрическая система может вырабатывать меньше энергии, чем планировалось. Очень важно, чтобы электрические характеристики модуля соответствовали заданным для инвертора, поскольку при выходе силы тока за минимальное и максимальное значения, мощность на выходе генерироваться не будет.
Сценарий 1. Напряжение разомкнутой цепи или ток короткого замыкания выше или ниже значений, указанных в техническом описании
В этом случае в составе ФЭ цепи есть один или несколько модулей, характеристики которых не соответствуют техническим требованиям. Если напряжение разомкнутой цепи выходит за пределы допустимого диапазона, это значит, что инвертор может не генерировать выходную мощность. Если ток короткого замыкания выходит за пределы допустимого диапазона, это может означает, что характеристики модулей разнятся. Вследствие этого работа батареи может значительно ухудшиться, поскольку ток в ФЭ цепи будет ограничен значением для модуля с наихудшими характеристиками. Выявите не соответствующие требованиям модули и замените их.
Сценарий 2. Низкая выходная мощность
Если выходная мощность ниже ожидаемой, то, возможно, это следствие неполадки. Небольшое колебание выходного сигнала допустимо, однако если выходной сигнал стабильно меньше расчетного значения, это может быть признаком неисправной ФЭ цепи, замыкания на землю или затенения.
Одной из причин может быть перегрев в месте увеличившегося токопотребления из-за КЗ в элементе, что может привести к снижению вырабатываемой энергии и пожару. Тепловизорами Fluke, например моделей Ti480 PRO или TiS75+ можно быстро выявлять места перегрева.
Еще одной причиной могут быть КЗ на землю, но его труднее обнаружить. Для этого необходимо измерить напряжение и силу тока на каждом проводнике, а также на защитном заземляющем проводнике, по которому блуждающие токи уходят в землю. Присутствие напряжения и тока на защитном заземляющем проводнике свидетельствует о наличии КЗ на землю. КЗ на землю могут возникать из-за поврежденной изоляции проводников, ошибок монтажа, защемления проводов и попадания на проводник воды, по которой ток утекает от него к защитному заземляющему проводнику. Выявите источник неполадки. При необходимости замените поврежденные провода и устраните нарушения условий эксплуатации.
Другими причинами низкой выходной мощности могут быть затенение, неправильный наклон и азимут. С помощью прибора Solar Pathfinder выполните поиск источников тени и по возможности устраните их. Возможно, изменить наклон и азимут уже смонтированной установки так, чтобы улучшить положение панелей относительно солнца, не удастся, однако в любом случае следует зафиксировать эти значения в качестве эталонных .
От крупных фотоэлектрических системах электроэнергия после инвертора поступает на трансформаторы для повышения напряжения, затем — на распределительное устройство и кабели среднего напряжения, на которых часто наблюдается деградация изоляции, которая сопровождается снижением ее сопротивления. Для кабелей среднего и высокого напряжения используйте тестер сопротивления изоляции Fluke 1555 FC 10 кВ, который может работать с напряжениями до 10 000 В.
Для систем с батарейным питанием сравните расчетные напряжение и уровень заряда с фактическими при помощи анализатора батарей Fluke серии 500.