Detailansicht
A study of vibration induced distortion on the output current of photovoltaic solar modules
Julian Schmid
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Viktor Schlosser
DOI
10.25365/thesis.23530
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29438.25956.329955-6
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das konstante Wachstum von Photovoltaikanlagen und der ungebremste Trend hin zu großen netzgekoppelten Systemen, schaffen neue Herausforderungen, um Netzstabilität und Versorgungsstabilität (Power Quality) zu gewährleisten. Durch Wind hervorgerufene Vibrationen wurden unter den vielen möglichen Störquellen bis jetzt größtenteils ignoriert. Mechanische Vibrationen der Halterung eines Solarmoduls verursachen Schwankungen in der Ausrichtung des Moduls gegenüber der Sonne. Die resultierenden Intensitätsschwankungen erzeugen eine Wechselstromkomponente an den Anschlussklemmen der Solarzelle.
Diese Diplomarbeit untersucht diesen Effekt qualitativ, wobei die Resultate auf die spezifische Versuchsanordnung beschränkt bleiben. Trotzdem war es möglich die Größenordnung und deren möglichen Einfluss auf große netzgekoppelte Photovoltaikanlagen abzuschätzen.
Messungen wurden im Labor, mithilfe eines Vibrationstisches und im Freien durchgeführt. Dort wurde ein Solarmodul am Dach des Institutsgebäudes der Physik angebracht, wo es realen Umweltbedingungen ausgesetzt war. Zusätzlich wurde eine Schaltkreissimulation durchgeführt um die erhaltenen Resultate zu bestätigen.
Spezielle Aufmerksamkeit wurde auf drei Variable, in Abhängigkeit zu den Störsignalen der Solarzelle gerichtet:
Erstens dem Betriebspunkt der Solarzelle. Hier zeigen die Resultate der Simulation, dass das Maximum des induzierten Störsignals etwas unterhalb, in Bezug auf die Spannung und den Widerstand, des optimalen Betriebspunktes (MPP) liegt. In dem Labormessungen lag das Maximum des Störsignals ebenso nahe des optimalen Betriebspunktes. Diese Störsignale können bei MPP Trackern zu Problemen führen.Dies konnte in den Labormessungen weder bestätigt noch ausgeschlossen werden, aber die zwei Punkte liegen definitiv sehr nah bei einander. Insgesamt könnten diese Störsignale bei MPP Trackern zu Problemen führen.
Zweitens wurde die Serien- und Parallelschaltung von zwei Solarzellen simuliert und im Labor untersucht. Hier zeigen die Resultate eindeutig, dass parallel geschaltene Solarzellen weit weniger anfällig für Niedrigfrequenzstörungen sind. Der allgemeine Trend geht jedoch hin zu großen Serienschaltungen, um die Arbeitsspannung zu erhöhen.
Drittens wurde die Winkelabhängigkeit im Labor und im Freien untersucht. Die Resultate zeigen, dass der Anteil von durch Vibrationen verursachten Störsignalen mit sinkender Fehlorientierung zur Sonne zurückgeht. Zusätzlich kann die optische Charakteristik der Verschalung des Moduls zu signifikanten Störungen führen, wenn das Licht in einem sehr flachen Winkel auf die Oberfläche der Solarzelle fällt.
Abstract
(Englisch)
The constant growth of photovoltaic systems and the ongoing trend towards large scale grid connected PV plants, invokes new challenges in assuring power quality. Among the several noise sources, wind induced vibration has as yet been mainly ignored. Mechanical vibrations of a solar module mounting rack cause oscillations in the orientation of the module towards the sun. The resulting intensity oscillations of the incident light generate an a.c. current at the module's terminals.
This diploma thesis examines this effect qualitatively, with most of the results being restricted to the given experimental setup. However it was possible to roughly asses the order of magnitude of these disturbances and their possible impact on large grid connected photovoltaic plants.
Measurements have been executed in the laboratory by means of a vibration table and outdoors, where a solar panel was mounted at the roof top of the physics institute building in Vienna. There it was exposed to ambient conditions. Additionally a circuit simulation was carried through to confirm the aquired results.
Special attention has been paid to the relation of three variables with regard to the disturbances of the solar cell:
Firstly the operating point of the solar cell. Here the simulation results show that the maximum of the induced noise lies a little below but close to the maximum power point, with regard to the voltage or resistance. In the laboratory experiments the noise maximum also lay close to the MPP. This could neither be confirmed nor falsified by the laboratory experiments, but they are definitely very close to each other. However tThe induced noise may become important during MPP tracking.
Secondly a parallel and a series circuit arrangement of two solar cells was examined in the laboratory and simulated, accounting for module and array wiring. Here the results unambiguously show that solar cells connected in parallel are much less prone to low frequency noise distortion, typical for wind induced vibration. However the general tendency in PV applications favours large series connections in order to increase the working voltage.
Thirdly the angle dependency has been studied in the laboratory and outdoors. The results show that the proportion of vibration induced noise decreases with a low angle of misorientation. Additionally at very large angles, where the light source falls nearly perpendicular on the surface of the solar module, the optical characteristics of the casing of the module can lead to significant disturbances.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Low frequency disturbance Vibrations Photovoltaic power generator Power quality
Schlagwörter
(Deutsch)
Niederfrequenz Störsignale Vibrationen Photovoltaik Power Quality
Autor*innen
Julian Schmid
Haupttitel (Englisch)
A study of vibration induced distortion on the output current of photovoltaic solar modules
Paralleltitel (Deutsch)
Eine Untersuchung von vibrationsinduzierten Störsignalen auf die Ausgangsspannung photovoltaischer Module
Publikationsjahr
2012
Umfangsangabe
90 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Viktor Schlosser
Klassifikation
33 Physik > 33.05 Experimentalphysik
AC Nummer
AC11036015
Utheses ID
21041
Studienkennzahl
UA | 411 | | |