Napelemek árnyékolási veszteségeinek modellezése
A globális felmelegedés mérséklése céljából, illetve egyes országok importfüggésének elkerülése végett egyre nagyobb hangsúlyt kap a megújuló energiatermelés, magába foglalva többek között a napenergiát is. Míg 2001-ben az 1 GW-ot sem érte el a Földön telepített összes napelemkapacitás, addig 2019-re már elérte az 586.4 GW-ot. Magyarországon ez a szám 2019-ben 1.28 GW volt és továbbra is az egész ország területén telepítenek napelemparkokat. A számban és kapacitásban egyre növekvő napelemparkok egyre hosszabb számítási igényű szimulációkat eredményeznek, ezért igény lehet egy egyszerűbb, megfelelően pontos és jelentős számítási időt megspóroló egyszerűsített napelem teljesítményt számító modellre, mellyel kívánt árnyékolási esetet lehet előállítani és arra egy megfelelő előrejelzést kapni az árnyékolási veszteségeket illetően, mielőtt a pontosabb, de nagyobb számításigényű bonyolultabb szimulációk futtatására kerülne sor.
Az általunk vizsgált egyszerűsített modellben a napelem adatlapján feltüntetett névleges paraméterek alapján határozzuk meg a napelem adott sugárzási-árnyékolási körülmények melletti MPP-ját (maximum teljesítmény pontja) a nagyobb számítás igényű diódás modellek helyett. Ezen felül a számításunk nem igényli a cellák, napelemek I-V görbéinek előállítását és összeadását, tekintve, hogy csupán a cellák és cellacsoportok MPP értékeivel számolunk. Miután az adott árnyékolási esethez tartozó kapcsolásban megtaláltuk a legkisebb áramot, az összes nagyobb MPP áramú cella feszültségét erre az áramra korrigáljuk egy - a napelem adatlapból származtatott – feszültségkorrekcióval és ezzel számolható a napelem MPP teljesítménye és az árnyékolási veszteségek.
A fenti modellt Python 3.8-ban alkottuk meg, oly módon, hogy minden egyes cellát érő sugárzás és hőmérséklet külön-külön állítható. A helyes feszültségkorrekciós összefüggést megtalálva – az egy-diódás modellel kapott eredményekkel összehasonlítva – kijelenthetjük, hogy megfelelő pontossággal rendelkező árnyékolási veszteség számító modellt sikerült előállítanunk, mellyel jelentős számítási időigény csökkenést értünk el az elterjedt szimulációhoz képest.
Ez a számítási igény csökkenés több száz/több ezer modulból álló napelemparkok esetében még fontosabb lehet és megfelelő, de gyors előrejelzést adhat – a több időt igénylő bonyolultabb szimulációk futtatását mellőzve -, mikor nagy számú konstrukciós, illetve árnyékolási esetet kell vizsgálni.
szerző
-
Pap Dániel
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Mayer Martin János
adjunktus, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék
