Оценка влияния частичного затенения на мощность фотоэлектрического модуля по вольт-амперной характеристике

  • Ирина Михайловна Кирпичникова
  • Виктор Алексеевич Серов
  • Владимир Александрович Заварухин
DOI: https://doi.org/10.24160/0013-5380-2025-5-55-61
Ключевые слова: фотоэлектрический модуль, частичное затенение, шунтирующие диоды, вольт-амперная характеристика

Аннотация

Важной задачей при эксплуатации фотоэлектрических модулей является снижение влияния затенения на эффективность преобразования энергии. Современные подходы в большинстве случаев основаны на применении шунтирующих диодов, встраиваемых в конструкцию модуля. Такое решение позволяет обеспечить альтернативный путь тока между незатененными солнечными ячейками (элементами), предотвращая их перегрев. Приведена классификация основных встречающихся неисправностей шунтирующих диодов. Статья посвящена анализу вида вольт-амперной характеристики при различных вариантах 95 % затенения ячеек. Новизной исследований является метод сравнительного анализа значений точек максимальной мощности и тока короткого замыкания со значениями контрольной вольт-амперной характеристики, построенной без учета затенения в нормальном режиме работы с применением программного комплекса «IV Swinger 2». Рассмотрена реакция фотоэлектрического модуля на частичное затенение его элементов в условиях городской среды города Челябинска. Полученные вольт-амперные характеристики позволяют наблюдать снижение вырабатываемой мощности при разных условиях. Затенение даже одной ячейки способно снизить эффективность работы на 31 %. Данное исследование вносит вклад в обсуждение вопросов, связанных с оптимизацией работы фотоэлектрических модулей и подчеркивает важность применения вольт-амперных характеристик в качестве основного инструмента для анализа эффективной работы модулей. Полученные результаты позволят лучше понять влияние затенения на производительность модулей и помогут разработать новые варианты для обеспечения нормальной работы в различных условиях окружающей среды.

Биографии авторов

Ирина Михайловна Кирпичникова

доктор техн. наук, профессор, профессор кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения», Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), Челябинск, Россия; ionkim@mail.ru

Виктор Алексеевич Серов

аспирант кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения», Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), Челябинск, Россия; va_serov99@mail.ru

Владимир Александрович Заварухин

аспирант кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения», Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), Челябинск, Россия; zavaruhin-425@yandex.ru

Литература

1. Kumari N. et al. Performance Investigation of Monocrystalline and Polycrystalline PV Modules Under Real Conditions. – IEEE Access, 2024, vol. 12, pp. 169869–169878, DOI: 10.1109/ACCESS. 2024.3497318.
2. Кирпичникова И.М., Серов В.А. К вопросу решения проблемы загрязнения солнечных модулей. – Энергосбережение и водоподготовка, 2024, № 2 (148), с. 42–50.
3. Lin L. et al. Influence of Outdoor Conditions on PV Module Performance – an Overview. – Material Science & Engineering International Journal, 2023, vol. 7, iss. 2, pp. 88–101, DOI: 10.15406/mseij.2023.07.00210.
4. Lee S. Avoid Solar Panel Shading: How to Minimize Its Impact [Электрон. ресурс], URL: https://www.velosolar.com/solar-panel-shading/ (дата обращения 05.03.2025).
5. Masters G. Wind Power Systems. – Renewable and Efficient Electric Power Systems, 2004, pp. 307–343, DOI: 10.1002/0471668826.ch6.
6. Кирпичникова И.М. и др. Анализ видов деградации фотоэлектрических модулей и их вольт-амперных характеристик. – Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления, 2024, № 51, с. 176–200.
7. Khodapanah M. et al. Partial Shading Detection and Hotspot Prediction in Photovoltaic Systems Based on Numerical Differentiation and Integration of the P – V Curves. – IET Renewable Power Generation, 2023, vol. 17, iss. 2, pp. 279–295, DOI: 10.1049/rpg2.12596.
8. Ghanbari T. Permanent Partial Shading Detection for Protection of Photovoltaic Panels Against Hot Spotting. – IET Renewable Power Generation, 2017, vol. 11, iss. 1, pp. 123–131, DOI: 10.1049/iet-rpg.2016.0294.
9. International Energy Agency. Assessment of Photovoltaic Module Failures in the Field [Электрон. ресурс], URL: https://iea-pvps.org/key-topics/report-assessment-of-photovoltaic-module-failures-in-the-field-2017/# (дата обращения 05.03.2025).
10. Ahmad J. et al. Detection of Typical Defects in Silicon Photovoltaic Modules and Application for Plants with Distributed MPPT Configuration. – Energies, 2019, vol. 12, No. 23, DOI: 10.3390/en12234547.
11. Швец С.В., Байшев А.В. Назначение шунтирующих диодов солнечной панели и методы их диагностики. – Вестник Иркутского государственного технического университета, 2019, т. 23, № 6, с. 1187–1202.
12. Зиновьев В.В., Бартенев О.А. Исследование промышленных солнечных модулей в области прямой и обратной ветви вольт-амперной характеристики при частичном затенении. – Управление техносферой, 2019, т. 2, вып. 3, с. 265–281.
13. Özkalay E. et al. The Effect of Partial Shading on the Reliability of Photovoltaic Modules in the Built-Environment. – EPJ Photovoltaics, 2024, vol. 15, DOI: 10.1051/epjpv/2024001.
#
1. Kumari N. et al. Performance Investigation of Monocrystalline and Polycrystalline PV Modules Under Real Conditions. – IEEE Access, 2024, vol. 12, pp. 169869–169878, DOI: 10.1109/ACCESS.2024.3497318.
2. Kirpichnikova I.M., Serov V.A. Energosberezhenie i vodopod-gotovka – in Russ. (Energy Saving and Water Treatment), 2024, No. 2 (148), pp. 42–50.
3. Lin L. et al. Influence of Outdoor Conditions on PV Module Performance – an Overview. – Material Science & Engineering International Journal, 2023, vol. 7, iss. 2, pp. 88–101, DOI: 10.15406/mseij.2023.07.00210.
4. Lee S. Avoid Solar Panel Shading: How to Minimize Its Impact [Electron. resource], URL: https://www.velosolar.com/solar-panel-shading/ (Access on 05.03.2025).
5. Masters G. Wind Power Systems. – Renewable and Efficient Electric Power Systems, 2004, pp. 307–343, DOI: 10.1002/0471668826.ch6.
6. Kirpichnikova I.M. et al. Vestnik PNIPU. Elektrotekhnika, informatsionnye tekhnologii, sistemy upravleniya – in Russ. (Bulletin of PNRPU. Electrical Engineering, Information Technology, Control Systems), 2024, No. 51, pp. 176–200.
7. Khodapanah M. et al. Partial Shading Detection and Hotspot Prediction in Photovoltaic Systems Based on Numerical Differentiation and Integration of the P – V Curves. – IET Renewable Power Generation, 2023, vol. 17, iss. 2, pp. 279–295, DOI: 10.1049/rpg2.12596.
8. Ghanbari T. Permanent Partial Shading Detection for Protection of Photovoltaic Panels Against Hot Spotting. – IET Renewable Power Generation, 2017, vol. 11, iss. 1, pp. 123–131, DOI: 10.1049/iet-rpg.2016.0294.
9. International Energy Agency. Assessment of Photovoltaic Module Failures in the Field [Electron. resource], URL: https://iea-pvps.org/key-topics/report-assessment-of-photovoltaic-module-failures-in-the-field-2017/# (Date of appeal 05.03.2025).
10. Ahmad J. et al. Detection of Typical Defects in Silicon Photovoltaic Modules and Application for Plants with Distributed MPPT Configuration. – Energies, 2019, vol. 12, No. 23, DOI: 10.3390/en12234547.
11. Shvets S.V., Bayshev A.V. Vestnik Irkutskogo gosudarstven-nogo tehnicheskogo universiteta – in Russ. (Bulletin of the Irkutsk State Technical University), 2019, vol. 23, No. 6, pp. 1187–1202.
12. Zinov’ev V.V., Bartenev O.A. Upravlenie tehnosferoy – in Russ. (Technosphere Management), 2019, vol. 2, iss. 3, pp. 265–281.
13. Özkalay E. et al. The Effect of Partial Shading on the Reliability of Photovoltaic Modules in the Built-Environment. – EPJ Photovoltaics, 2024, vol. 15, DOI: 10.1051/epjpv/2024001
Опубликован
2025-03-27
Выпуск
№ 5 (2025): Выпуск № 5
Раздел
Статьи