Что такое STC и PTC?

Тестирование параметров солнечных батарей

Что такое STC и PTC? Как оценить и сравнить параметры солнечных батарей

При выборе солнечных модулей очень важно понимать параметры, которыми описывается модуль — мощность, напряжения, токи в различных режимах. Но не менее важно знать, при каких условиях получены эти значения.

В фотоэнергетике есть различные стандарты и тестовые условия, при которых определяются эффективность и производительность солнечных панелей. К основным тестам относятся Normal Operating Cell Temperature (NOCT), PV-USA Test Conditions (PTC), Standard Test Conditions (STC), Low Irradiance Conditions (LIC), High Temperature Conditions (HTC) and Low Temperature Conditions (LTC).

Промышленные стандарты и требования

Международная Электротехническая Комиссия (International Electrotechnical Commission) IEC опубликовала стандарт IEC 61853 “Photovoltaic Module. Power Rating”, который регламентирует тестирование в различных климатических и географических условиях и включает тесты HTC, LIC, HTC, NOCT и STC. Также есть PV-USA Test Condition (PTC), которые не является частью этого стандарта IEC. Ниже даны разъяснения по каждому из этих тестов, а в таблице сравниваются условия, при которых они проводятся.

Тестовые условия — в чем разница?

Мы собрали в таблицу значения описание основных терминов при тестировании солнечных модулей.

Параметр STC NOCT PTC HTC LIC LTC
Освещенность, Вт/м2 1000 800 1000 1000 200 500
Температура солнечного элемента, °С 25 43-50 75 25 15
Температура окружающего воздуха, °С 20 20
Скорость ветра, м/с 1 1 0 0 0
Высота над уровнем земли, м 10
Масса воздуха* 1,5
Спектр света  ASTM G173-03

Теперь остановимся подробнее на этих параметрах и условиях испытаний

Standard Test Conditions (STC) — стандартные тестовые условия

Чтобы можно было сравнить модули между собой, производители договорились испытывать их при определенных условиях. Изначально были введены Standard Test Conditions (STC), т.е. так называемые «стандартные тестовые условия».

Параметры STC отражают работу солнечной панели в идеальных условиях, которые обычно достигаются при кратковременной вспышке тестера солнечных панелей в заводских или лабораторных условиях. При этом освещенность должна быть 1000 Вт/м2 и температура солнечного модуля — 25 °C. Спектр излучения должен соответствовать массе воздуха 1,5, а скорость ветра должна быть равна нулю. Это соответствует уровню освещенности и спектру солнечного света, падающего на ориентированную на юг, под углом к горизонту 37° поверхность при высоте солнца над уровнем горизонта 41.81°. Эти условия эмулируют солнечный полдень весной или осенью с поверхностью солнечного элемента, перпендикулярного солнечным лучам.

Примечание: Масса воздуха определяет толщину атмосферы, которую нужно пройти солнечному свету из космоса до поверхности земли. По мере прохождения атмосферы, свет ослабляется за счет рассеяния и поглощения, и чем толще слой атмосферы, тем больше потери. Поэтому небесные тела на горизонте менее яркие, чем в зените. Масса воздуха, равная 1, принимается при условиях, когда солнце находится прямо над головой; такие условия не существуют в большинстве мест.
Для испытаний по STC было принято значение массы воздуха 1.5. Это некоторая усредненная цифра, позволяющая оценить потери в атмосфере на широтах, отличных от экватора.

Именно параметры модуля при STC обозначены на шильдике всех солнечных панелей. Они являются обязательными для всех производителей. Если мы говорим о мощности солнечной батареи, то также указываем мощность при STC. Например, батарея из 10 солнечных панелей мощностью 250Вт будет иметь мощность 2500 Вт.

Однако, условия STC редко встречаются при реальной эксплуатации солнечных модулей. Если вы установили на своей крыше модуль номинальной мощностью 250Вт, это совсем не значит, что вы получите от него мощность в 250Вт при любых условиях.

STC не отражают эффективность и производительность солнечного модуля в реальных условиях. Поэтому делаются попытки определить условиях, при которых параметры модуля ближе к тем, которые имеют место в реальных условиях.

В последнее время все чаще для сравнения модулей вместо STC применяются тестовые условия PTC.

Попробуем разобраться в этих терминах и условиях тестирования солнечных модулей, и определить, по каким именно характеристикам можно наиболее близко определить выработку солнечных батарей в реальных условиях.

Номинальная рабочая температура солнечного элемента NOCT

Термограмма работающей солнечной батареи на крыше
Термограмма работающей солнечной батареи на крыше
Термограмма работающей солнечной батареи на опоре
Термограмма работающей солнечной батареи на опоре

Для оценки влияния реальных условий работы на выработку модуля были приняты дополнительные параметры. Появилось понятие NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) — т.е. температура модуля при типичных условиях эксплуатации.

Номинальная рабочая температура солнечного элемента (NOCT) измеряется при освещении солнечной панели солнечным светом интенсивностью 800 Вт/м2 и температуре воздуха 20°C. Цепь электрическая при этом разомкнута, угол наклона модуля 45° с ориентацией на юг. Чем ниже NOCT, тем лучше будет работать модуль в реальных условиях.

NOCT не является условиями для испытаний модулей, это только один из параметров модуля. Вы можете видеть, что NOCT не является точной температурой элемента. Дело в том, что конструкция модуля и материалы, из которых он изготовлен, влияет на его способность к нагреву. В реальных условиях модуль имеет температуру на 15-30 градусов выше температуры окружающего воздуха. Хорошие модули в реальных условиях не будут нагреваться выше 40-45 °С, тем самым меньше теряя мощность при нагреве. Плохо сделанные модули будут перегреваться. Средняя NOCT составляет около 48°С

В США были протестированы около 330 солнечных модулей, и они показали NOCT на уровне 45ºC или менее; самым низким был NOCT в 43ºC, и только  33 модуля (10% от общего числа протестированных) показали такой результат. В основном это были поликристаллические модули. С другой стороны, около 30 модулей показали NOCT на уровне 49 или 50º C.

Условия измерения NOCT подразумевают открытую заднюю поверхность модуля, для свободного охлаждения ее окружающим воздухом. Так как в большинстве случаев модули устанавливаются параллельно крыше, то их реальная рабочая температура летом будет выше, чем NOCT. Поэтому так важно оставлять вентиляционный зазор между крышей и модулями для того, чтобы обеспечить достаточное охлаждение задней стороны солнечной батареи. Тем не менее, даже при этом температура модуля может подниматься до 70 °С в обычный нежаркий солнечный день (около 25°С).

Конечно, температура модуля будет зависеть от того, как смонтирована солнечная батарея — на крыше, на опоре, на специальной конструкции и т.п. От этого зависят условия охлаждения солнечной батареи — разница в температуре солнечных модулей при различном монтаже может доходить до 10-15 градусов. В жаркий летний день солнечная панель может нагреваться до 65°С и выше. При нагреве напряжение солнечной панели снижается, и пропорционально ему снижается и выходная мощность.

Изменение тока, напряжения и мощности солнечного модуля в зависимости от его температуры

Напряжение солнечного элемента изменяется примерно на 0,08В на каждый градус изменения его температуры относительно температуры STC (25°C). Поэтому, если напряжение при STC составляет 17В, то в реальных условиях работы оно может стать 15 или 16В.

Модуль с 43°С NOCT произведет на примерно 3% больше энергии, чем модуль с 50°С NOCT при прочих равных условиях.

Лучшими панелями являются те, которые имеют минимальную NOCT. Панели с NOCT более 50 лучше не покупать.

Low Irradiance Conditions (LIC) — условия низкой освещенности

Low Irradiance Conditions (LIC) используются для определения производительности солнечного модуля при низкой освещенности, симулируя работу солнечных панелей на высоких широтах и зимой. Условия LIC подразумевают освещенность 200 Вт/м2, температуру модуля 25°C, отсутствие ветра и спектр, соответствующий AM 1.5. Спектральное распределение описано в таблице стандарта IEC 60904-3 (Measurement principles for terrestrial photovoltaic (PV) solar devices with reference spectral irradiance data).

High Temperature Conditions (HTC) — условия высоких температур

Модули тестируются при высоких температурах модуля в 75°C, освещенности 1000 Вт/м2 и спектре AM 1.5

Low Temperature Conditions (LTC) — условия низких температур

В противоположность HTC эти условия подразумевают температуру модуля 15°C, освещенность 500 Вт/м2, скорость ветра 0 и спектр при AM 1.5

Параметры PTC

Более реалистичными являются условия PTC.  Однако далеко не все производители указывают параметры при PTC. Обычно PTC указывается для модулей, произведенных для американского рынка.

Параметры испытаний PTC, или PVUSA (Photovoltaics for Utility Systems Applications) Test Conditions, показывают результаты тестов солнечных паналей в условиях, более приближенных к реальным, чем STC. PTC также подразумевают освещенность в 1000 Вт/м2, но вот температура нормируется не самого солнечного элемента, как в STC, а окружающего воздуха. Панели должны находиться на высоте 10 м на уровнем земли, температура воздуха должны быть 20°C и скорость ветра должна быть 1 м/с.

PTC были разработаны в рамках проекта PVUSA (Photovoltaics for Utility Scale Applications) для сравнения различных модулей.

В рамках проекта было протестировано около 800 кВт солнечных панелей различных производителей. Панели тестировались в одинаковых условиях. Огромное число покупателей ориентируется именно на результаты этих тестов. Для современных модулей данные приведены на сайте GoSolarCalifornia.

Параметры PTC меньше на 10-15%, чем STC, что отражает влияние реальных условий эксплуатации солнечных модулей.

Температура NOCT используется для вычисления ожидаемой температуры модуля при PTC, а затем при помощи температурного коэффициента мощности (обычно указываемого в спецификациях для каждого модуля) вычисляется мощность модуля при PTC.

Рабочая температура модуля при PTC определяется из NOCT по формуле:

Tcell, PTC = 20 + 1.389 x (NOCT – 20) x (0.9 – η)

Значение (0.9 – η) отражает долю солнечной энергии, достигающей модуля и преобразующейся в тепло. Предполагается, что 10% энергии отражается. Часть энергии преобразуется в электричество — это полезная функция фотоэлектрического элемента. Доля от общего количества энергии, которая преобразована в электричество, определяет КПД солнечного модуля η. КПД модуля может быть вычислено из значений мощности по STC по формуле:

η = PSTC ÷ 1,000 Вт/м2 ÷ площадь

Если температура элемента для условий PTC определена, то можно вычислить мощность по PTC из мощности STC при помощи температурного коэффициента мощности (CT) по следующему выражению:

PPTC = PSTC x [1 + CT x (Tcell, PTC − 25°C)]

Пример шильдика солнечного модуля с указанием мощности при PTC
Пример шильдика солнечного модуля с указанием мощности при PTC
Сравнение тестирования с данными производителей
Сравнение тестирования фотоэлектрических модулей с данными производителей

Это и есть мощность по PTC, которая приведена на сайте California Energy Commission (CEC)  Go Solar California. Это значение используется для вычисления производства электроэнергии солнечной батареей для получения различных субсидий и льгот по поддержке возобновляемой энергетики, действующих в США.

До 1 июля 2009 CEC вычисляла и публиковала значения по PTC на основе данных, полученных от производителей. Таким образом, измерялась NOCT и температурные коэффициенты мощности, и затем остальные параметры оценивались с использованием специальных методик исходя из данных, предоставленных производителями .

После 1 июля 2009 CEC публикует данные по PTC только полученные от независимых лабораторий и больше не принимает данные от производителей. Испытательные лаборатории хорошо оборудованы и имеют возможность обеспечить идентичные условия замеров. При сравнении результатов испытаний модулей со старыми данными, полученными от производителей, оказалось, что большинство производителей излишне оптимистично оценивали возможности своей продукции. Из 475 протестированных модулей, 308 показали результаты хуже, 51 такие же и 116 лучше, чем было заявлено производителями. (см. рисунок справа)

Как видно из рисунка справа, солнечная панель Sharp ND-250QCS, 250W имеет параметры PTC на уровне 223.6 Вт. Если вы будете использовать эту солнечную панель в реальной фотоэлектрической системе, то мощность при PTC 223.6 Вт позволит вам оценить выработку электроэнергии в реальных условиях намного точнее, чем мощность при STC 250 Вт.

Также как и STC, PTC дают завышенные показатели по мощности модуля, чем можно наблюдать в реальных условиях эксплуатации.

На что же ориентироваться покупателю солнечных батарей?

Так что это все означает для конечного пользователя? Это означает, что в реальных условиях солнечная батарея будет вырабатывать около 75-85% от ее пиковой мощности (указанной на шильдике). Т.е. 100 Вт солнечная батарея, расположенная под оптимальным углом и ориентированная на юг, будет выдавать летом в среднем 75-85 Вт, в зависимости от метода установки. Конечно, будут дни, когда вы получите полную пиковую мощность от солнечной панели, а в России зимой часто бывают дни, когда можно получить мощность и больше пиковой. Это нужно учитывать при проектировании вашей солнечной электростанции.

Ни PTC, ни STC не отражают всех факторов, которые влияют на изменение мощности модулей в реальных условиях. Надо учитывать и другие факторы, влияющие на производительность солнечной электростанции. Нужно учитывать потери в проводах, в инверторе, контроллере и т.п. Также, имеет место нормальная деградация солнечных панелей с течением времени, а также снижение мощности за счет пыли, грязи, чрезмерного нагрева модулей или их затенения, разной мощности модулей в последовательных цепочках и т.п. Влияние этих факторов может меняться в зависимости от сезона года, географического положения, способа монтажа, азимута и наклона панелей и т.д. Можно оценить различные факторы, влияющие на потери на калькуляторе PVWATTS.

При покупке солнечной фотоэлектрической системы для вашего дома или производства, всегда просите вашего продавца предоставить PTC параметры солнечных модулей и реальную выработку солнечных панелей при этих условиях. Подавляющее большинство продавцов на российском рынке указывают только параметры при STC, которые не отражают реальных возможностей фотоэлектрических модулей по выработке электроэнергии. Сравнивать различные солнечные модули желательно по параметрам PTC. Кроме указанного выше сайта GoSolarCalifornia, данные по PTC для многих модулей можно найти на сайтах: SolarHub, SolarReviews.

Так как цена модуля обычно зависит от его номинальной мощности, полезно сравнивать солнечные модули по соотношению мощностей PTC/STC. Хорошие модули имеют это отношение выше 88%. Если PTC/STC ниже 0,88, то мы бы советовали воздержаться от покупки такого модуля.

Анализ данный по мощности PTC показывает, что обычно (но далеко не всегда) поликристаллические модули имеют меньший коэффициент PTC/STC, чем монокристаллические. Это значит, что в жаркую погоду многие монокристаллические модули меньше теряют мощность и, соответственно, вырабатывают больше электроэнергии.

Также, результаты испытаний показывают, что брендовые модули в основном имеют лучший показатель PTC/STC. Так, имеющиеся у нас в продаже модули поликристаллические модули Yingli имеют коэффициент PTC/STC выше, чем монокристаллические китайские модули среднего ценового диапазона Chinaland. Отношение PTC/STC для некоторых модулей, присутствующих на рынке России, приведено в таблице ниже.

Модель Производитель Тип STC, Вт PTC, Вт PTC/STC, %
CS5A-210M Canadian Solar моно 210 190,8 90,86
YL250P-29b Yingli поли 250 226,2 90,48
YL250C-30b Yingli моно 250 230,3 92,12
JAP6-60-250 JA Solar поли 250 222,9 89,16
SF-220P x-tra Hanwha Solar One поли 250 226,02 90,4
HSE250-60P ChinaLand поли 250 221,2 88,48
HSE300-72P ChinaLand поли 300 265,5 88,5
HSE300-72М ChinaLand моно 300 270,6 90,2
ZDNY-250P60 HZUSEST* поли 250 226,3 90,5
ZDNY-300C72 HZUSEST* моно 200 271,7 90,56
TPS105S-300W(72) Shenzhen Topray Solar моно 200 264,2 88
IM60C3-250 Motech Industries поли 250 228,4 91,36
IM72C3-300 Motech Industries поли 300 269,8 89,93
XS72C3-300 Motech Industries моно 300 267,9 89,3

*Hangzhou Zhejiang University Sunny Energy Science & Technology — один из китайских производителей, выпускает модули под брендом Suntellite. Для тестирования PTC предоставляли модули с солнечными элементами JA Solar, чем объясняется высокий уровень PTC. На российском рынке представлен OEM поставщиком, какие элементы используются в модулях, импортируемых им в Россию — неизвестно.

Если это возможно, получите также информацию по эффективности работы не только отдельно солнечной батареи, но и системы в целом — включая контроллеры, инверторы и т.п.

Конечно, для условий России, проблема нагрева солнечных панелей стоит не так остро, как в Калифорнии. Однако модуль, который имеет лучшее отношение PTC/STC, наверняка будет иметь и более хорошие другие параметры.

При написании статьи были использованы материалы из следующих источников

  1. gogreensolar.com
  2. solarprofessional.com
  3. www.gosolarcalifornia.org
  4. SolarReviews
  5. sinovoltaics.com

Эта статья прочитана 1426 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 10000
    Солнечные модули: общая информация Наш ассортимент фотоэлектрических модулей включает монокристаллические и поликристаллические модули мощностью от 10 до 320 Вт, а также аморфные кремниевые модули мощностью 120 Вт. В продаже имеются фотоэлектрические модули пиковой мощностью от 5 до 320 Вт. Фотоэлектрические…
  • 10000
    8 правил выбора оборудования для солнечной электростанции Неважно у кого вы в конечном счете купите ваше оборудование для солнечной электростанции, данное руководство позволит вам сэкономить тысячи долларов при покупке. 1. Имя производителя Желательно, чтобы производитель был известен и имел многолетнюю…
  • 10000
    Качество солнечных элементов и модулей Нам часто задают вопрос - почему у вас солнечные панели стоят столько, а у каких-то других продавцов - дешевле. Простой ответ похож на известную и набившую оскомину фразу. Согласно известной рекламе, "не все йогурты одинаково…
  • 10000
    Руководство для покупателя по выбору солнечных панелей Каргиев В.М., "Ваш Солнечный Дом" Общее правило при покупке солнечных модулей Ситуация на рынке солнечных модулей Мифы продавцов солнечных панелей Как отличить хорошие модули от плохих? На какие параметры обращать внимание при покупке…
  • 59
    Как правильно выбирать солнечные элементы и модули В первую очередь, нужно обратить внимание на технические параметры солнечного модуля. Основные из них перечислены ниже. Также, нужно проверить качество изготовления и отсутствие визуальных дефектов на солнечных элементах, стекле, защитной пленке и раме…

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *