هوش و خورشید در کنار هم! نسل جدید نظارت بر نیروگاه‌های خورشیدی

با گسترش روزافزون استفاده از انرژی خورشیدی در سراسر جهان، اهمیت پایش عملکرد و ارزیابی کیفیت نیروگاه‌های فتوولتائیک (PV) بیش از پیش آشکار شده است. نیروگاه‌های خورشیدی، همانند هر سامانه صنعتی دیگر، ممکن است در طول زمان دچار افت توان، خرابی اجزا یا کاهش بازده شوند. در چنین شرایطی، استفاده از تجهیزات سیار آزمایش (Mobile Test Equipment) روشی نوین و مؤثر برای بررسی سلامت و عملکرد نیروگاه در محل نصب است.

ضرورت استفاده از بازرسی در محل

بازرسی و آزمون در محل یا On-site Inspection  روشی است که بدون نیاز به جداسازی و انتقال ماژول‌ها به آزمایشگاه، امکان ارزیابی دقیق سیستم را فراهم می‌کند. این روش باعث کاهش زمان خاموشی نیروگاه، جلوگیری از آسیب‌های ناشی از حمل‌ونقل، و شناسایی سریع عوامل مؤثر بر عملکرد پایین سیستم می‌شود. با این فناوری، اپراتورها می‌توانند با حداقل توقف در تولید انرژی، مشکلات را تشخیص داده و اقدامات اصلاحی را برنامه‌ریزی کنند.

انواع روش‌های آزمون سیار

برای ارزیابی دقیق نیروگاه‌های خورشیدی، از روش‌ها و ابزارهای متنوعی استفاده می‌شود که هرکدام هدف خاصی را دنبال می‌کنند:

1) تصویربرداری با پهپاد: آزمایش نوری نیروگاه خورشیدی PV با استفاده از تصویربرداری الکترولومینسانس و حرارتی مادون قرمز نصب شده روی پهپاد. تشخیص موارد زیر: مشکلات کابل‌کشی، مشکلات جعبه کمباین، ترک‌های سلول، خرابی دیود بای‌پس، وقفه‌ها در مدار اتصال سلول و تخریب القایی (PID، LeTID)

2) مرکز تست فتوولتائیک سیار: ترتیب تست یک ماژول فتوولتائیک با استفاده از یک مرکز تست فتوولتائیک سیار با شبیه‌ساز خورشیدی یکپارچه. تشخیص موارد زیر: افت توان خروجی، افت مقاومت، ترک‌های سلولی، قطعی در مدار اتصال داخلی سلول، خرابی دیود بای‌پس و افت القایی (PID، LeTID)

3) وسیله نقلیه تست نیروگاه: آزمایش ویژگی‌های ولتاژ نیروگاه خورشیدی PV و راندمان اینورتر با استفاده از یک سیستم مانیتورینگ اندازه‌گیری، دستگاه‌های تست جعبه ترکیبی DC و AC، رشته PV و امکانات تست اینورتر متمرکز، که همگی در یک وسیله نقلیه تست PV قرار دارند و از یک ون تحویل یا کامیون باری بازسازی شده‌اند. تشخیص موارد زیر: نسبت عملکرد پایین (PR) نیروگاه PV، تلفات سیم‌کشی DC، تلفات راندمان اینورتر، اثرات سایه در طول روز، اثرات خاک و پوشش برف، و عدم تطابق الکتریکی رشته‌های PV.

4) آزمایش I-V در تاریکی: اندازه‌گیری شکل مشخصه جریان-ولتاژ (منحنی I-V) نیروگاه خورشیدی PV در شب و مقایسه آن با اندازه‌گیری‌های I-V در روز. تشخیص موارد زیر: تلفات سیم‌کشی DC، عدم تطابق الکتریکی رشته‌های PV، خرابی دیود بای‌پس و PID در سطح رشته PV.

5) آزمایش I-V در روز: اندازه‌گیری شکل مشخصه جریان-ولتاژ (منحنی I-V) نیروگاه خورشیدی PV در طول روز. یک تحلیلگر منحنی I-V به ترمینال‌های رشته PV در داخل جعبه‌های ترکیب‌کننده میدان یا در کابل‌های DC ورودی به اینورتر متصل می‌شود. موارد زیر را تشخیص می‌دهد: افت توان خروجی، مشکلات کابل‌کشی، تلفات سیم‌کشی DC، اثرات سایه و کثیفی، عدم تطابق الکتریکی رشته‌های PV، خرابی دیود بای‌پس و PID/LeTID در سطح رشته PV.

6) تصویربرداری فلورسانس فرابنفش: اندازه‌گیری فلورسانس فرابنفش پلیمر در ماژول PV برای نتیجه‌گیری غیرمستقیم در مورد وضعیت سلامت ماژول PV یا در مورد لیست مواد استفاده شده در ماژول. این روش آزمایش از یک منبع فرابنفش و دوربین عکاسی استفاده می‌کند. تشخیص موارد زیر: ترک‌های سلولی، تمایز بین ترک‌های سلولی قدیمی‌تر و جوان‌تر، و تمایز مواد کپسوله‌سازی و صفحه پشتی استفاده شده.

7) تصویربرداری الکترولومینسانس: در نور روز اندازه‌گیری تابش نوری پس از اعمال انرژی الکتریکی به سلول‌های خورشیدی با استفاده از تصویربرداری EL. موارد زیر را تشخیص می‌دهد: ترک‌های سلولی، خرابی دیود بای‌پس، وقفه در مدار اتصال داخلی سلول و تخریب القایی (PID، LeTID).

8) تصویربرداری فتولومینسانس در فضای باز: استفاده از خورشید به عنوان منبع روشنایی و تغییر نقطه کار ماژول‌های مورد نظر، برای استخراج سیگنال ضعیف لومینسانس. موارد زیر را تشخیص می‌دهد: ترک‌های سلولی، خرابی دیود بای‌پس، وقفه در مدار اتصال سلولی، تخریب القایی (PID، LeTID).

9) روش‌های طیف‌سنجی: اندازه‌گیری شکل مشخصه جریان-ولتاژ (منحنی I-V) آرایه PV در شب و مقایسه آن با اندازه‌گیری‌های I-V در روز. شناسایی موارد زیر: تخریب پلیمر، تمایز بین انواع مختلف کپسوله‌سازی و مواد پشت صفحه (ردپای پلیمری ماژول PV).

10) طیف‌سنجی امپدانس الکتریکی: تجزیه و تحلیل پاسخ ولتاژ خطی سیستم فتوولتائیک به یک اختلال جریان نوسانی (هارمونیک) سینوسی ورودی در طیف وسیعی از فرکانس‌ها. تشخیص موارد زیر: ماژول‌های فتوولتائیک غیرفعال، خرابی عایق/زمین، خرابی دیود بای‌پس و تخریب القایی (PID، LeTID).

هدف از این تحقیقات

مطالعه‌ی انجام‌شده توسط گروه شتابده خورشیدی نورآسا با هدف گردآوری داده‌های واقعی از نیروگاه‌های خورشیدی در اقلیم‌های گوناگون و تحلیل عوامل مؤثر بر عملکرد و عمر مفید سامانه‌ها صورت گرفته است. این داده‌ها به تولیدکنندگان، سرمایه‌گذاران و اپراتورها کمک می‌کند تا تصمیم‌های آگاهانه‌تری در زمینه‌ی نگهداری، بهبود طراحی و توسعه‌ی نیروگاه‌های جدید اتخاذ کنند.

جمع‌بندی

استفاده از تجهیزات سیار آزمایش، گامی مؤثر در مسیر افزایش اعتماد، اطمینان و بهره‌وری در صنعت انرژی خورشیدی است. این فناوری‌ها باعث می‌شوند نیروگاه‌ها با حداقل توقف، حداکثر توان خود را تولید کنند و مشکلات احتمالی در کوتاه‌ترین زمان ممکن برطرف شوند. بدین ترتیب، ایران یک گام دیگر به سمت پایداری و توسعه‌ی انرژی‌های پاک نزدیک‌تر می‌شود.

نویسنده: دکتر محمدحسین فیروزی