ДАУКЕЕВА»
ISSN 2790-0886
В Е С Т Н И К
АЛМАТИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Учрежден в июне 2008 года
Тематическая направленность: энергетика и энергетическое машиностроение, информационные, телекоммуникационные и космические технологии
2 (61) 2023
Импакт-фактор - 0.095
Научно-технический журнал Выходит 4 раза в год
Алматы
2
ВЕСТНИК АЛМАТИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ СВИДЕТЕЛЬСТВО
о постановке на переучет периодического печатного издания, информационного агентства и сетевого издания
№KZ14VPY00024997 выдано
Министерством информации и общественного развития Республики Казахстан
Подписной индекс – 74108
Бас редакторы – главный редактор Стояк В.В.
к.т.н., профессор
Заместитель главного редактора Жауыт Алгазы, доктор PhD Ответственный секретарь Шуебаева Д.А., магистр
Редакция алқасы – Редакционная коллегия
Главный редактор Стояк В.В., кандидат технических наук, профессор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан;
Заместитель главного редактора Жауыт А., доктор PhD, ассоциированный профессор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан;
Сагинтаева С.С., доктор экономических наук, кандидат физико-математических наук, профессор математики, академик МАИН;
Ревалде Г., доктор PhD, член-корреспондент Академии наук, директор Национального Совета науки, Рига, Латвия;
Илиев И.К., доктор технических наук, Русенский университет, Болгария;
Белоев К., доктор технических наук, профессор Русенского университета, Болгария;
Обозов А.Д., доктор технических наук, НАН Кыргызской Республики, заведующий Лабораторией «Возобновляемые источники энергии», Кыргызская Республика;
Кузнецов А.А., доктор технических наук, профессор Омского государственного технического университета, ОмГУПС, Российская Федерация, г. Омск;
Алипбаев К.А., PhD, доцент Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан;
Зверева Э.Р., доктор технических наук, профессор Казанского государственного энергетического университета, Российская Федерация, г. Казань;
Лахно В.А., доктор технических наук, профессор Национального университета биоресурсов и природопользования Украины, кафедра компьютерных систем, сетей и кибербезопасности, Украина, Киев;
Омаров Ч.Т., кандидат физико-математических наук, директор Астрофизического института имени В.Г. Фесенкова, Казахстан;
Коньшин С.В., кандидат технических наук, профессор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан;
Тынымбаев С.Т., кандидат технических наук, профессор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан.
За достоверность материалов ответственность несут авторы.
При использовании материалов журнала ссылка на «Вестник АУЭС» обязательна.
28
ЭНЕРГЕТИКА И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 620.92: 621.311.001.57 https://doi.org/10.51775/2790-0886_2023_61_2_28 ФОТОЭЛЕКТРЛІК ЖҮЙЕЛЕРДЕГІ АҚАУЛАРДЫ АНЫҚТАУ
ЖӘНЕ ДИАГНОСТИКАЛЫҚ ӘДІСТЕРГЕ ШОЛУ
К.С. Жонкешова1 ⃰, Ж.К. Тогжанова1, Г.Д. Естемесова2 , Ш.А. Бекмуханбетова2
1«Ғұмарбек Дәукеев атындағы Алматы энергетика және байланыс университеті», КЕАҚ, Алматы, Қазақстан
2Л.Б. Гончарова атындағы Қазақ автомобиль-жол институты, Алматы, Қазақстан
e-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
Аңдатпа. Фотоэлектрлік күн энергиясына энергетикалық ауысу электр энергиясын өндірудің өміршең және тұрақты көзіне айналды. Дүние жүзіндегі фотоэлектрлік жүйелер (PV) нарығының қарқынды өсуімен фотоэлектрлік жүйелердегі ақауларды анықтау және диагностика бірдей маңызды болды. Ақаулықты ерте анықтау фотоэлектрлік жүйенің тиімділігін, өлшеу нәтижесін және қызмет ету мерзімін жақсарту үшін пайдалы болады. Егер фотоэлектрлік жүйелердің бұл ақаулары бұрын анықталмаса және жойылмаса, бұл қондырғының энергия өндірісіне қатты әсер етеді. Ақаулықтарды бақылау және анықтау жергілікті немесе қашықтықтан жүзеге асырылуы мүмкін. Бұл мақалада фотоэлектрлік техникадағы маңызды ақаулар егжей- тегжейлі қарастырылады. Әдебиеттерде ұсынылған фотоэлектрлік жүйелердегі ақауларды диагностикалау үшін қолданылатын әртүрлі әдістер де қарастырылады және талданады, олардың айырмашылықтары, артықшылықтары мен кемшіліктері көрсетілген. ФЭМ Вольт – Ампер сипаттамасын, КБ жұмыс бетінің температурасын, температураны, ылғалдылықты және ауа қысымын өлшеуге мүмкіндік беретін мобильді станция ұсынылған. Белгілі бір айдың белгілі бір шуақты күніне арналған күн панелінің беткі температурасы есептелді. ФП модельдеу үшін MATLAB/Simulink бағдарламасы қолданылды. Фотоэлектрлік элементтерге арналған әртүрлі модельдеу модельдері де қысқаша талқыланады.
Түйін сөздер: фотоэлектрик, ақаулықтарды анықтау, модельдеу үлгілері, ішінара көлеңкелеу, фотоэлектрлік жүйе, ақаулықтарды диагностикалау.
Кіріспе
Соңғы бірнеше жылда күн энергиясын пайдалану тез өсті. Қазақстанда күн энергиясын пайдаланудың басты артықшылығы-күн электр станцияларының жоғары рентабельділігі мен тиімді жұмысына кепілдік беретін орасан зор алаңдар мен жоғары инсоляция [1]. Технологияның дамуы және күн панельдерінің оңай қол жетімділігі фотоэлектрлік жүйенің жалпы құнын айтарлықтай төмендетті. Алайда, фотоэлектрлік жүйені орнату оған қызмет көрсетуден гөрі оңайырақ.
Фотоэлектрлік жүйенің жұмысына әсер ететін көптеген факторлар бар. [2] Жүргізген зерттеуге сәйкес, жыл сайын фотоэлектрлік жүйедегі әртүрлі ақаулар шығыс қуатын 19% төмендетеді.
Осылайша, диагностика және ақауларды анықтау фотоэлектрлік жүйеге қызмет көрсетуде шешуші рөл атқарады.
Фотоэлектрлік жүйелерде кездесетін ақаулардың түрлері және диагностикалық әдістері.
Бүгінгі таңда күн панельдерінің ең көп кездесетін ақаулары:
1. Панельдердегі ыстық нүктелер-бұл шамадан тыс жүктелген, сондықтан жылы болатын панельдер. Панельдердегі ыстық нүктелер негізінен нашар дәнекерленген қосылыстардан туындайды немесе күн батареяларының ақауының нәтижесі болып табылады. Нашар дәнекерленген қосылыстар панельдің элемент өндіретін энергияны алатын бөлігінде төмен қарсылыққа әкеледі. Нәтижесінде кернеу жоғарылауы мүмкін, бұл дәнекерлеу орындарында және/немесе ұяшықта ыстық нүктелерге әкеледі. Бұл құбылыс, сайып келгенде, қысқа тұйықталуға әкелуі мүмкін және фотоэлектрлік панельдің өнімділігі мен қызмет ету мерзімін төмендетуі мүмкін. Біз бірнеше күн саябақтарындағы
29
ыстық нүктелерді анықтадық, нәтижесінде күн панельдері ауыстырылды, бұл жобаларға айтарлықтай операциялық шығындар әкелді.
2. Кристалды фотоэлектрлік панельдердегі микро жарықтар. Бұл күн батареяларындағы көрінбейтін микроскопиялық көз жас. Микрокректер фотоэлектрлік модульдерді жасау кезінде, сондай-ақ тасымалдау кезінде немесе монтаждау кезінде абайсыз пайдалану салдарынан пайда болуы мүмкін. Айтпақшы, микрожарықтар өнімділіктің бірден жоғалуына әкелмейді, бірақ уақыт өте келе, мысалы, жылу кернеуіне байланысты немесе маусымдық және ауа-райының әсерінен артуы мүмкін.
Үлкен микро жарықтар күн батареяларын зақымдайды және бұл өнімділікті жоғалтады.
Күн батареясының жанасу орындарындағы зақым элементтің энергия өндірісіне ерекше әсер етеді. Панель элементтері тізбектей жалғанғандықтан, бұл бүкіл панельдің қуатына да әсер етеді.
Нәтижесінде зақымдалған ұяшықтар санына тікелей байланысты панельдің өнімділігі төмендейді.
Бұл мәселені шешу үшін қымбат панельдерде бірнеше алдын ала дайындалған шиналар жиі орнатылады. Жақында біз әртүрлі күн саябақтарында модульдердің бірнеше брендтерін сынап көрдік және орташа алғанда микрокректер модульдердің жоғары пайызына әсер ететінін анықтадық, бұл айтарлықтай өндірістік шығындарға әкеледі (біз микрокректерге байланысты өнімділіктің 2-3%
төмендеуін байқадық).
3. Ұлулардың ластануы. "Ұлу ізі" - бұл панельдің түсінің өзгеруі, ол әдетте бірнеше жыл өндірілгеннен кейін ғана көрінеді. Ұлулардың іздерінің көптеген себептері бар, бірақ олардың бірін Күн батареяларын жасау процесінде алдыңғы бетті металдандыру үшін ақаулы күміс пастаны қолдануға жатқызуға болады. Ақаулы күміс пастасы панельге ылғалдың түсуіне әкелуі мүмкін және осы ылғалдың нәтижесінде күміс паста мен EVA (этиленвинилацетат) деп аталатын тығыздағыш материал арасында тотығу пайда болуы мүмкін.
Бұл қажетсіз процестің нәтижесінде күміс оксиді, сірке қышқылы (сірке сірке суы) және сутегі бөлінеді. Бұл реакцияның әсері панельдің артқы жағынан алдыңғы жағына ауысады және алдыңғы панельде химиялық ыдырауды тудырады. Бұл "ұлулардың іздері" түрінде көрінеді, бұл панельдің өнімділігінің төмендеуіне әкеледі. Ұлулардың іздері панельдегі микроскопиялық жарықтар нәтижесінде де пайда болуы мүмкін.
4. PID әсері. PID "ықтимал индукцияланған деградация" дегенді білдіреді. Бұл мәселе панель мен жерге қосу арасындағы кернеу айырмашылығы болған кезде пайда болуы мүмкін. Қауіпсіздік мақсатында күн панелі Жерге тұйықталған, бұл жерге тұйықталу мен панель тудыратын кернеу арасындағы қауіпті потенциалдық айырмашылыққа әкелуі мүмкін. Кейбір жағдайларда бұл бастапқы қуат тізбегінде ішінара разрядталатын кернеуді тудырады. Бұл әсердің салдары өнімділіктің тұрақты төмендеуі және фотоэлектрлік панельдің тез қартаюы болып табылады. Біз PID күн электр станцияларына қалай әсер ететінін және өнімділіктің 10% - ға дейін төмендеуіне әкелетінін көрдік.
Қазіргі уақытта біз PID әсерін азайтудың немесе тіпті кері қайтарудың бірнеше жолын зерттеп жатырмыз.
5. Ішкі коррозия, стратификация. Ішкі коррозия (тот) панельдің ішіне ылғал енген кезде пайда болады. Панельдер ауа және су өткізбейтін болуы керек. Осы мақсатқа жету үшін панельдердің компоненттері (шыны қабаты, күн батареялары және артқы панель) вакуум астында ламинатталған.
Алайда, егер ламинаттау процесі дұрыс жасалмаса немесе тым қысқа болса, бұл жұмыс кезінде стратификацияға әкелуі мүмкін. Деламинация-бұл ламинатталған компоненттердің бөлінуі.
Стратификация, сондай-ақ, мысалы, модульдің дұрыс таңдалмаған әрлеуі ылғалдың енуіне немесе көпіршіктердің пайда болуына әкелуі мүмкін. Ылғал коррозияға әкеледі, ол панельде қара дақтар түрінде көрінеді.
Бұл көбінесе панельдің шетінен басталады және ауырлығына байланысты панельдің қалған бөлігіне таралуы мүмкін. Панельдің металл өткізгіш бөлігіндегі Коррозия, атап айтқанда, панель өндірісінің айтарлықтай төмендеуіне әкеледі. Панельдің өнімділігі осы қараңғы (коррозияға бейім) аймақтардың мөлшеріне тікелей байланысты төмендейді. Жақтаусыз / жұқа пленкалы фотоэлектрлік панельдер мен панельдер, атап айтқанда, шыны субстрат негізінде жасалған, ылғал мен коррозия мәселелерінен зардап шегуі мүмкін. [3]
Әдетте шағын және орта фотоэлектрлік қондырғылар ауылдық жерлерде орналасқан және әдетте бақылаусыз жұмыс істейді. Кейбір техниктер бұл қондырғыларды, соның ішінде олардың әдеттегі техникалық қызмет көрсетуін қадағалауға жауапты және егер дабыл автоматты түрде берілсе, олар мәселені зерттеп, оны жоюға тырысады. Бұл техниктер зауыттың географиялық аймағына жақын жерде тұрады, бірақ дабылға жауап беру үшін біраз уақыт қажет. Бұл тұрғыда мүмкін болатын тиісті құралдар болуы керек қондырғының қалыпты жұмысын үздіксіз және
30
қашықтан бақыладық және өндірістің жоғалуына немесе қондырғының кейбір компоненттерінің зақымдалуына әкелетін ықтимал ауытқулардың себептеріне диагностикалау жүргізілді. [4].
Нақты уақыттағы ақауларды бақылау жүйелері фотоэлектрлік қондырғылардағы ақауларды анықтауды бақылау және орындау үшін маңызды. Нақты уақыт режимінде фотоэлектрлік жүйелерді бақылау үшін көптеген Алгоритмдер ұсынылды. Бұл ақаулықтарды диагностикалау әдістері үш негізгі санатқа бөлінеді:
1) визуалды қабылдау әдісін қолдану 2) термиялық әдіс
3) электрлік әдістер
Электрлік әдіс фотоэлементтерді модельдеуден тұрады [5-8], электрлік сигналға көзқарасты көрсетеді, яғни максималды қуат нүктесін бақылау әдісі, уақыт доменіндегі рефлектометрия және т.б.
болжамдық модельдік тәсілдің басқа категориясы жұмыстарда талқыланды [9-13]. Бұл болжау әдісінде ақаулықты имитацияланған-шығыс пен нақты шығыс арасындағы айырмашылықты ескеру арқылы анықтауға болады. Статистикалық тәсілді қолданатын алгоритмдер аз, ал нейрондық желі [13-16], оқыту әдісі, бұлыңғыр логика [17-19] сияқты жасанды интеллект тәсіліне негізделген әдістер аз.
Фотоэлектрлік модульдің жұмысын бақылайтын мобильді стенд
Мобильді станция ВАС Вольт – Ампер сипаттамасын, ЖБ жұмыс бетінің температурасын, температураны, ылғалдылықты және ауа қысымын өлшеуге мүмкіндік береді.
Техникалық нәтиже-табиғи жағдайда ФЭМ тиімділігін бағалау мүмкіндігі, атап айтқанда пайдалы әсер ету коэффициентін, қысқа тұйықталу тогының деградациясын, бос кернеуді, қуатты және Вольт – Ампер сипаттамаларын бағалау.
Стендте қоршаған ортаның келесі факторлары ескеріледі: қоршаған ортаның температурасы, жауын-шашын, атмосфералық қысым, ылғалдылық, топырақ шаңы, бұлттылық, атмосфераның мөлдірлігі. Жоғарыда аталған барлық жағдайлар fem өндіретін энергия мөлшеріне тікелей әсер етеді (1-сурет).
1-сурет - Зертханалық стендтің жалпы түрі (ФЭМ, метеостанция және ФЭМ басқару және мониторинг стенді, деректерді сақтау және өңдеу құрылғысы
Әрбір өлшеудің нәтижесі: ФЭМ вольтамперлік сипаттамасы, оның температурасы, ылғалдылығы мен ауа қысымы және күн радиациясының қуаты. Нәтижелер кейінірек талдау үшін файлға сақталады. Бағдарламалық жасақтама өлшеу ұзақтығы мен жиілігін орнатуға мүмкіндік
31
береді. Мобильді станция 40-тан 250 Ваттқа дейінгі жеті ФЭМ үшін нақты уақыт режимінде өлшеуге мүмкіндік береді. Станцияның артықшылығы-оны стационарлық жағдайда да, жылжымалы жағдайда да қолдануға болады, яғни оны мобильді станция ретінде пайдалануға болады.
Нақты жағдайларда ФЭМ жұмысына әсер ететін параметрлер кешенін таңдағанда, күн радиациясын (әсіресе күн радиациясының жоғары деңгейінде) ФЭМ-ге түрлендіру кезінде белгілі бір жылу бөлінетінін және жұмыс беті 80-100 °C дейін қызуы мүмкін екенін ескеру қажет. Элемент параметрлерінің құлдырау дәрежесін анықтайтын ақаулардың шоғырлануы күн радиациясының интегралды ағынының тығыздығына ғана емес, сонымен қатар ФЕМ жұмыс температурасына да байланысты болады.
Сондықтан ұсынылған мобильді станцияда ФЕМ бетінің жұмыс температурасын өлшеуге арналған құралдар да бар.
2 - суретте ФМ жұмысын бақылау жүйесінің блок сұлбасы берілген.
2-сурет - ФМ жұмысын бақылау жүйесінің блок-сұлбасы.
Эксперименттік жұмыстарды жүргізу
Қоршаған орта температурасының және панельдің беткі қабатының әсерін талдау үшін Қ.И.Сәтбаев атындағы ҚазҰТЗУ "Энергетика" кафедрасында (Satbayev University) chn250-60P типті ФМ-ге зерттеулер жүргізілді. Әр түрлі жүктемелерде жылдың әр мезгілінде күн шуақты күн ішінде күн панельдерінің беткі температурасын өлшеу жүргізілді.
Күн панелінің беткі температурасының қоршаған орта температурасына тәуелділігі қолданылды [1]:
𝑇𝑝𝑖= 𝑇возд+800Е𝑖 (𝑇𝑛.экс− 20°С) (1) бұнда Tpi - күн панелінің беткі температурасы, 0C;
Еi - күн радиациясының келуі, Вт/кв.м.;
Tвозд - есептеу нүктесіндегі қоршаған ортаның температурасы, дәрежесі 0C;
T(n.экс) - күн панелінің қалыпты жұмыс температурасы.
Белгілі бір айдың белгілі бір шуақты күніне арналған күн панелінің беткі температурасы есептелді. Бұл ретте Алматы қаласы үшін күн сәулесінің келуі NASA SSE (NASA Surface meteorology and Solar Energy) дерекқордан алынды [20], А ретінде қоршаған орта температурасы есептеу нүктесінде ауа температурасы өлшенді. Есептеу нәтижелері және ФМ бетінің температурасын және ФМ астындағы ауа температурасын өлшеу төменде келтірілген. 3-суретте әртүрлі климаттық жағдайларда күн панелінің өлшенген беткі температурасы көрсетілген. Бұл жағдайда күн панелінің тиімділігі тәуелділікке сәйкес анықталады:
32
η𝑝𝑖 = η0 (1- 0,0045∙(𝑇𝑝𝑖 – 25)) (2) бұнда η𝑝𝑖 - Күн панелінің тиімділігі, %,
η0 – 25 температурада күн панелінің тиімділігі 0С, %.
4-суретте күн панелі температурасының күн радиациясына және күн панелінің бетіндегі тікелей өлшеу арқылы алынған және Tpi формуласы бойынша есептелген қоршаған орта температурасына байланысты өзгеруі көрсетілген, сонымен қатар белгілі бір айдың шуақты күнінде ФМ астындағы ауа температурасының өзгеруі көрсетілген (3,4-сурет). Сонымен қатар, күн панелінің беткі температурасының өлшенген және есептелген мәндері таңертең және кешке өте ерекшеленеді және күн панелінің максималды энергия өндіру сағаттарына жақындайды. Күн панелінің беткі температурасының өлшенген мәндері күн шуақты күндері қыс мезгілінде бетінің температурасы 40 0С дейін, ал жазда 70 0С дейін жететінін көрсетті.
3-сурет - ФМ бетінің есептік мәндері мен өлшенген температуралары және ФМ астындағы ауа температурасы
0 10 20 30 40 50 60
8 : 0 0 9 : 0 0 1 0 : 0 0 1 1 : 0 0 1 2 : 0 0 1 3 : 0 0 1 4 : 0 0 1 5 : 0 0 1 6 : 0 0 1 7 : 0 0
15.05.2022 г.
Tв Tpi Tп.экс
33
4-сурет - Әртүрлі климаттық жағдайларда ФМ бетінің температурасының мәндерін зерттеу нәтижесінде алынған
5-сурет - ФМ ПӘК-і және ФМ бетінің температурасының өлшенген мәндері негізінде және беттің температурасының есептік мәндерінен алынған
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80
7 : 0 0 8 : 0 0 9 : 0 0 1 0 : 0 0 1 1 : 0 0 1 2 : 0 0 1 3 : 0 0 1 4 : 0 0 1 5 : 0 0 1 6 : 0 0 1 7 : 0 0
15 15,5 16 16,5 17 17,5
8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
15.05.2022г.
34
6 - сурет-Жылдың әр мезгілінде күн шуақты күнде алынған ФМ тиімділігі
Жылдың әр мезгілінде күн шуақты күн ішінде алынған ФМ тиімділігінің өзгеру кестесі 5- суретте көрсетілген.
5-6-суреттерде жергілікті СЭС түрі және ҚазҰТУ-да (Алматы қ.) далалық сынақтар жүргізу процесі көрсетілген.
7-сурет-Тестілеу процесі
ФМ модельдеу үшін MATLAB/Simulink бағдарламасы қолданылды. Модельдеу нәтижелері 8-9- суреттерде келтірілген.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
8 : 0 0 9 : 0 0 1 0 : 0 0 1 1 : 0 0 1 2 : 0 0 1 3 : 0 0 1 4 : 0 0 1 5 : 0 0 1 6 : 0 0
35
8-сурет-Matlab/Simulink күн панелінің моделі
а) б)
9-сурет – Вольт - амперлік сипаттама (a-тәуелділік U=f(P), б - тәуелділік U=f(I)) 1000 Вт/шаршы метр жарық деңгейіне арналған CHN250-60P фотоэлектрлік панелі.
Осылайша, жұмыс нәтижелерін төмендегідей қорытындылауға болады:
1) күн батареялары мен белсенді жүктемені қамтитын күн панелінің компьютерлік Matlab моделі құрылды. Күн панелінің моделі модульдік принцип бойынша жасалған;
2) Matlab / Simulink кітапханасында орналастыруға арналған күн панелінің блок-жүйесі әзірленді;
3) CHN250-60P типті күн панелінің Matlab - моделінің есептік арақатынасын эксперименттік тексеру олардың әділдігін растады;
4) күн инсоляциясының деңгейін және қоршаған ортаның температурасын ескере отырып, күн батареясының сипаттамаларын есептеуге мүмкіндік беретін өрнектер алынды.
Қорытынды
Эксперимент нәтижелері күн шуақты ауа-райындағы ауа-райының маусымдық өзгеруі фотоэлектрлік станцияның энергетикалық параметрлеріне әсер ететінін көрсетті, бұл ретте Алматы қаласындағы жазғы уақытта панельдердің температурасы 70 оС және одан жоғары температураға дейін қызады. Алынған деректер Алматыда ыстық мезгілде күн панелінің тиімділігі 8-20% - ға төмендейтінін көрсетті. Қыста ФМ 400С температураға дейін қызады, ал фотоэлектрлік күн станциясының тиімділігі азаяды.
36
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
[1] М.Э.Р. Казахстан, “Перечень энергопроизводящих предприятий, использующих
возобновляемые источники энергии.” [Online]. Available:
https://www.gov.kz/memleket/entities/energo/documents/details/9583?lang=ru. [Accessed: 10-Apr-2020].
[2] Firth S.K., Lomas K.J. & Rees S.J., ―A simple model of PV system performance and its use in Fault detection‖, Solar Energy Materials & Solar Cells, vol. 84, pp. 624-635,2010
[3] https://blog.greensolver.net/en/the-five-most-common-problems-with-solar-panels
[4] Giuseppe Marco Tina, Fabio Cosentino, Cristina Ventura. Monitoring and Diagnostics of Photovoltaic Power Plants December 2016 DOI:10.1007/978-3-319-18215-5_45 In book: Renewable Energy in the Service of Mankind Vol II (pp.505-516)
[5] Chao K.H., Ho S.H. & Wang M.H. , ―Modelling and fault diagnosis of a photovoltaic system‖, Electric Power system Research, vol. 78, pp. 97–105,2008
[6] Guash D., Silvestre S., Calatayud R., ―Automatic failure detection in photovoltaic systems‖, in Proceedings of the 3rd world conference on photovoltaic energy conversion, Osaka, Japan, 2003.
[7] Hamdaoui M, Rabhi A, Hajjaji A, Rahmoum M, Azizi M., ―Monitoring and control of the performances for photovoltaic systems‖, in International renewable energy congress, Sousse, Tunisia; 2009.
[8] Stellbogen D., ―Use of PV circuit simulation for fault detection in PV array fields‖, in Conference of the Twenty Third IEEE Photovoltaic Specialists, pp. 1302–1307, 1993
[9] Firth S.K., Lomas K.J. & Rees S.J., ―A simple model of PV system performance and its use in Fault detection‖, Solar Energy Materials & Solar Cells, vol. 84, pp. 624-635,2010
[10] Gokmen N.A., Karatepe E. & Celik B., ―Simple diagnostic approach for determining of faulted PV Modules in string based PV arrays‖, Solar Energy Materials & Solar Cells, vol.86, pp.3364–3377, 2012
[11] Platon R., Martel J. & Norris W. N. , ―Online Fault detection in PV Systems‖, IEEE Transaction on Sustainable energy, Vol. 6, pp.1200-1207, 2015
[12] Ando B., Bagalio A., Pistorio A., ― Sentinella: smart monitoring of photovoltaic systems at panel level‖, IEEE Transaction on Instrumentation & Measurement 64(8), 2188–99, 2015
[13] Syafaruddin, Karatepe E. & Chen H.T., ―Controlling of Artificial Neural Network for Fault Diagnosis of Photovoltaic Array‖, In the Proceedings of the 16th International Conference on Intelligent System Application to Power Systems (ISAP), Crete, Greece, 2011
[14] Riley D. & Johnson J., ―Photovoltaic Prognostics and Heath Management using Learning Algorithms‖, In the proceedings of 38th IEEE Photovoltaic Specialists Conference , Austin, Texas, 2012
[15] Mekki H., Mellit A., Salhi H, Guessoum A. ―Artificial neural network-based modeling and simulation‖ Mediterranean Journal of Modelling & simulation, MJMS 03,001–009, 2015.
[16] Akram M. N., Lotfifard S., ― Modeling and health monitoring of DC side of photovoltaic array‖ , IEEE Transaction on Sustainable Energy, vol.6, issue 4, 1245–53, 2015
[17] Cheng Z., Zhong D., Li B. & Yanli L., ―Research on fault detection of PV array based on data fusion and Fuzzy mathematics‖, In the Proceedings of the Power and Energy Engineering Conference, Wuhan, China, 2011
[18] Ducange P., Fazzolari M., Lazzerini B. & Marcelloni F., ―An Intelligent System for Detecting Faults in Photovoltaic Fields‖, In the proceedings of 11th International Conference on Intelligent Systems Design and Applications, Cordoba, Spain, 2011
[19] Bonsignore L., Davarifar M., Rabhi A., Giuseppe M.T. & Elhajjaji A. , ―Neuro-Fuzzy fault detection method for photovoltaic systems‖ 6th International Conference on Sustainability in Energy and Buildings, Cardiff, Wales, UK, 2014
[20] NASA Technical Reports Server [Electronic resource]
https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20080012141.
37
LIST OF REFERENCES
[1] M.E.R. Kazakhstan, “Perechen' energoproizvodyashchikh predpriyatiy, ispol'zuyushchikh vozobnovlyayemyye istochniki energii.” [Online]. Available:
https://www.gov.kz/memleket/entities/energo/documents/details/9583?lang=ru. [Accessed: 10-Apr-2020].
[2] Firth S.K., Lomas K.J. & Rees S.J., ―A simple model of PV system performance and its use in Fault detection‖, Solar Energy Materials & Solar Cells, vol. 84, pp. 624-635,2010
[3] https://blog.greensolver.net/en/the-five-most-common-problems-with-solar-panels
[4] Giuseppe Marco Tina, Fabio Cosentino, Cristina Ventura. Monitoring and Diagnostics of Photovoltaic Power Plants December 2016 DOI:10.1007/978-3-319-18215-5_45 In book: Renewable Energy in the Service of Mankind Vol II (pp.505-516)
[5] Chao K.H., Ho S.H. & Wang M.H. , ―Modelling and fault diagnosis of a photovoltaic system‖, Electric Power system Research, vol. 78, pp. 97–105,2008
[6] Guash D., Silvestre S., Calatayud R., ―Automatic failure detection in photovoltaic systems‖, in Proceedings of the 3rd world conference on photovoltaic energy conversion, Osaka, Japan, 2003.
[7] Hamdaoui M, Rabhi A, Hajjaji A, Rahmoum M, Azizi M., ―Monitoring and control of the performances for photovoltaic systems‖, in International renewable energy congress, Sousse, Tunisia; 2009.
[8] Stellbogen D., ―Use of PV circuit simulation for fault detection in PV array fields‖, in Conference of the Twenty Third IEEE Photovoltaic Specialists, pp. 1302–1307, 1993
[9] Firth S.K., Lomas K.J. & Rees S.J., ―A simple model of PV system performance and its use in Fault detection‖, Solar Energy Materials & Solar Cells, vol. 84, pp. 624-635,2010
[10] Gokmen N.A., Karatepe E. & Celik B., ―Simple diagnostic approach for determining of faulted PV Modules in string based PV arrays‖, Solar Energy Materials & Solar Cells, vol.86, pp.3364–3377, 2012
[11] Platon R., Martel J. & Norris W. N. , ―Online Fault detection in PV Systems‖, IEEE Transaction on Sustainable energy, Vol. 6, pp.1200-1207, 2015
[12] Ando B., Bagalio A., Pistorio A., ― Sentinella: smart monitoring of photovoltaic systems at panel level‖, IEEE Transaction on Instrumentation & Measurement 64(8), 2188–99, 2015
[13] Syafaruddin, Karatepe E. & Chen H.T., ―Controlling of Artificial Neural Network for Fault Diagnosis of Photovoltaic Array‖, In the Proceedings of the 16th International Conference on Intelligent System Application to Power Systems (ISAP), Crete, Greece, 2011
[14] Riley D. & Johnson J., ―Photovoltaic Prognostics and Heath Management using Learning Algorithms‖, In the proceedings of 38th IEEE Photovoltaic Specialists Conference , Austin, Texas, 2012
[15] Mekki H., Mellit A., Salhi H, Guessoum A. ―Artificial neural network-based modeling and simulation‖ Mediterranean Journal of Modelling & simulation, MJMS 03,001–009, 2015.
[16] Akram M. N., Lotfifard S., ― Modeling and health monitoring of DC side of photovoltaic array‖ , IEEE Transaction on Sustainable Energy, vol.6, issue 4, 1245–53, 2015
[17] Cheng Z., Zhong D., Li B. & Yanli L., ―Research on fault detection of PV array based on data fusion and Fuzzy mathematics‖, In the Proceedings of the Power and Energy Engineering Conference, Wuhan, China, 2011
[18] Ducange P., Fazzolari M., Lazzerini B. & Marcelloni F., ―An Intelligent System for Detecting Faults in Photovoltaic Fields‖, In the proceedings of 11th International Conference on Intelligent Systems Design and Applications, Cordoba, Spain, 2011
[19] Bonsignore L., Davarifar M., Rabhi A., Giuseppe M.T. & Elhajjaji A. , ―Neuro-Fuzzy fault detection method for photovoltaic systems‖ 6th International Conference on Sustainability in Energy and Buildings, Cardiff, Wales, UK, 2014
[20] NASA Technical Reports Server [Electronic resource]
https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20080012141.
ОБЗОР МЕТОДОВ ОБНАРУЖЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ И ДИАГНОСТИКИ В ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
К.С. Жонкешова1 ⃰, Ж.К. Тогжанова1, Г.Д.Естемесова2 , Ш.А. Бекмуханбетова2
38
1 НАО «Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева», Алматы, Казахстан
2«Казахский институт автодорожного транспорта имени Л.Б. Гончарова», Алматы, Казахстан
e-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
Аннотация. Энергетический переход к фотоэлектрической солнечной энергии превратился в жизнеспособный и устойчивый источник для выработки электроэнергии. С быстрым ростом рынка фотоэлектрических систем (PV) по всему миру обнаружение неисправностей и диагностика в фотоэлектрических системах приобрели не меньшее значение. Раннее обнаружение неисправности будет полезно для повышения эффективности, результата измерений и срока службы фотоэлектрической системы.
Если эти неисправности фотоэлектрических систем не будут обнаружены и устранены ранее, это серьезно повлияет на выработку энергии установкой. Мониторинг и обнаружение неисправностей могут осуществляться на месте или дистанционно. В этой статье подробно рассматриваются важные неисправности в фотоэлектрической технике. Также рассматриваются и анализируются различные методы, используемые для диагностики неисправностей в фотоэлектрических системах, предложенные в литературе, с указанием их различий, преимуществ и недостатков. Предложена мобильная станция, позволяющая измерять вольт-амперную характеристику ФЭМ, температуру рабочей поверхности СБ, температуру, влажность и давление воздуха. Была вычислена температура поверхности солнечной панели для конкретного солнечного дня определенного месяца. Для моделирования ФП использована программа MATLAB/Simulink.
Также вкратце обсуждаются различные имитационные модели для фотоэлектрических элементов.
Ключевые слова: фотоэлектрика, обнаружение неисправностей, имитационные модели, частичное затенение, фотоэлектрическая система, диагностика неисправностей.
OVERVIEW OF TROUBLESHOOTING AND DIAGNOSIS METHODS IN PV SYSTEMS
K.S. Zhonkeshova1 ⃰, Zh.K. Togzhanova1, G.D. Estemesova2, Sh.A. Bekmukhanbetova2
1Non-profit JSC “Almaty University of Power Engineering and Telecommunications named after Gumarbek Daukeyev”, Almaty, Kazakhstan
2 “Kazakh Institute of Road Transport named after L.B. Goncharov”, Almaty, Kazakhstan
e-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
Abstract. The energy transition to photovoltaic solar energy has evolved into a viable and sustainable source for power generation. With the rapid growth of the photovoltaic (PV) market around the world, fault detection and diagnostics in photovoltaic systems have become equally important. Early detection of a fault will be beneficial to improve the efficiency, measurement result and service life of the photovoltaic system. If these faults in photovoltaic systems are not detected and corrected earlier, it will seriously affect the power generation of the plant. Fault monitoring and detection can be performed locally or remotely. This article details important faults in photovoltaic engineering. It also discusses and analyzes the various methods used to diagnose faults in photovoltaic systems, proposed in the literature, indicating their differences, advantages and disadvantages. A mobile station is proposed that allows measuring the volt-ampere characteristic of the PEM, the temperature of the working surface of the SB, temperature, humidity and air pressure. The surface temperature of the solar panel was calculated for a specific solar day of a specific month. The MATLAB/Simulink program was used to simulate the FP. Various simulation models for photovoltaic cells are also briefly discussed.
Keywords: photovoltaics, fault detection, simulation models, partial shading, photovoltaic system, fault diagnosis.
39
Басылымның шығыс деректері
Мерзімді баспасөз басылымының атауы «Алматы энергетика және байланыс университетінің Хабаршысы» ғылыми- техникалық журналы
Мерзімді баспасөз басылымының меншік иесі «Ғұмарбек Дәукеев атындағы Алматы энергетика және байланыс университеті»
коммерциялық емес акционерлік қоғамы, Алматы, Қазақстан
Бас редактор Профессор, т.ғ.к., В.В. Стояк
Қайта есепке қою туралы куәліктің нөмірі мен
күні және берген органның атауы № KZ14VPY00024997, күні 17.07.2020,
Қазақстан Республикасының Ақпарат және қоғамдық даму министрлігі
Мерзімділігі Жылына 4 рет (тоқсан сайын)
Мерзімді баспасөз басылымының реттік нөмірі және жарыққа шыққан күні
Жалпы нөмір 61, 2-басылым, 2023 жылғы 30 маусым
Басылым индексі 74108
Басылым таралымы 200 дана
Баға Келісілген
Баспахана атауы, оның мекен-жайы «Ғұмарбек Дәукеев атындағы Алматы энергетика және байланыс университеті»
КЕАҚ баспаханасы, Байтұрсынұлы көшесі, 126/1 үй, А120 каб.
Редакцияның мекен-жайы 0 5 0 0 1 3 , Алм а т ы қ. , «Ғ ұ м а р бе к Дә ук е ев а т ы н да ғы А л м а т ы эн ер г ет и ка ж ә н е ба й ла н ы с ун и в ер с и т ет і » К ЕА Қ, Б а й т ұ р с ы н ұ лы к- с і , 1 2 6 / 1 ү й , ка б. А 2 2 4 , т е л. : 8 ( 7 2 7 ) 2 9 2 5 8 4 8 , 7 08 8 8 0 7 7 9 9 , e - m a i l : v e s t n i k @ a u e s . k z
Выходные данные
Название периодического печатного издания Научно-технический журнал «Вестник Алматинского университета энергетики и связи»
Собственник периодического печатного
издания Некоммерческое акционерное общество «Алматинский университет энергетики и
связи имени Гумарбека Даукеева», Алматы, Казахстан
Главный редактор Профессор, к.т.н., Стояк В.В.
Номер и дата свидетельства о постановке на переучет и наименование выдавшего органа
№ KZ14VPY00024997 от 17.07.2020
Министерство информации и общественного развития Республики Казахстан
Периодичность 4 раза в год (ежеквартально)
Порядковый номер и дата выхода в свет
периодического печатного издания Валовый номер 61, выпуск 2, 30 июня 2023
Подписной индекс 74108
Тираж выпуска 200 экз.
Цена Договорная
Наименование типографии, ее адрес Типография НАО «Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева», ул. Байтурсынулы, дом 126/1, каб. А 120
Адрес редакции 050013, г. Алматы, НАО «Алматинский у ниверситет э нергетики и с вязи имени Гумарбека Даукеева», ул. Байтурсынулы, дом 126/1, каб. А 224, т ел.: 8 (727) 292 58 48, 708 880 77 99, e-mail: [email protected]
Issue output
Name of the periodical printed publication Scientific and technical journal "Bulletin of the Almaty University of Power Engineering and Telecommunications"
Owner of the periodical printed publication Non-profit joint-stock company "Almaty University of Power Enginnering and Telecommunications named after Gumarbek Daukeyev", Almaty, Kazakhstan
Chief Editor Professor, candidate of technical sciences Stoyak V.V.
Number and date of the registration certificate and the name of the issuing authority
№ KZ14VPY00024997 from 17.07.2020
Ministry of Information and Social Development of the Republic of Kazakhstan
Periodicity 4 times a year (quarterly)
Serial number and date of publication of a periodical printed publication
Number 61, edition 2, June 30, 2023
Subscription index 74108
Circulation of the issue 200 copies
Price Negotiable
The name of the printing house, its address Printing house of Non-profit joint-stock company "Almaty University of Power Enginnering and Telecommunications named after Gumarbek Daukeyev", 126/1 Baitursynuly str., office A 120, Almaty, Republic of Kazakhstan
Editorial office address 050013, Non-profit joint-stock company "Almaty University of Power Enginnering and Telecommunications named after Gumarbek Daukeyev",
A 2 2 4 , t e l .: 8 (727) 292 58 48, 708 880 77 99, e-mail: [email protected]