Low-cost experimental facility for evaluation of the effect of dynamic mechanical loads on photovoltaic modules

• Autorzy: Višniakov N. , Kilikevičius A. , Novickij J. , Grainys A. , Novickij V.

Warianty tytułu

PL

Tanie urządzenie doświadczalne do oceny wpływu dynamicznych obciążeń mechanicznych na moduły fotowoltaiczne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The efficiency of modern photovoltaic systems is strongly reduced when the crystalline structure of the solar cells is being damaged due to extensive mechanical stress caused by climatic factors such as heavy wind or snow. This work is focused on the investigation of the cyclic dynamic mechanical loads required to alter the efficiency of typical solar panels in order to simulate various weather conditions and investigate the reliability of the solar panels when they are subjected to stress. Experimental setup is described in the study. During experiments the solar panels have been treated up to 40 Hz vibrations with the maximum magnitude of the shift of the solar panel in the range of 0.3 mm. Simulation model of the characteristic frequencies during vibrations is also presented in this work. The experimental vibration spectrum has also been determined. The acquired experimental data showed appearance of micro fractures in the crystalline structure of the photovoltaic modules and allowed estimation of the average reliability of a typical modern photovoltaic module in harsh weather conditions. The setup could be successfully applied for express testing of solar panels and investigation of the susceptibility of photovoltaic modules to mechanical stress.

PL

Sprawność współczesnych instalacji fotowoltaicznych drastycznie spada, kiedy struktura krystaliczna ogniw słonecznych ulega uszkodzeniu z powodu dużych naprężeń mechanicznych powodowanych przez czynniki klimatyczne, takie jak silny wiatr lub śnieg. Niniejsza praca skupia się na badaniu cyklicznych dynamicznych obciążeń mechanicznych niezbędnych do obniżenia sprawności typowych paneli słonecznych w celu symulacji różnych warunków pogodowych oraz badania niezawodności paneli słonecznych poddanych oddziaływaniu czynników zewnętrznych. W publikacji opisano układ doświadczalny. W ramach doświadczeń, panele słoneczne zostały poddane drganiom do 40 Hz przy maksymalnej wielkości przesunięcia panelu słonecznego w zakresie do 0,3 mm. W pracy omówiono także model symulacyjny częstotliwości charakterystycznych w czasie drgań. Określono widmo drgań doświadczalnych. Uzyskane dane doświadczalne wykazały pojawienie się mikropęknięć w strukturze krystalicznej modułów fotowoltaicznych i pozwoliły na oszacowanie średniej niezawodności typowego współczesnego modułu fotowoltaicznego w trudnych warunkach pogodowych. Układ może być z powodzeniem wykorzystywany dla potrzeb doraźnego testowania paneli słonecznych oraz badania podatności modułów fotowoltaicznych na naprężenia mechaniczne.

Słowa kluczowe

EN

solar cells; degradation; measurement of mechanical stress; reliability; climatic stress simulation

PL

ogniwa słoneczne; degradacja; pomiar naprężenia mechanicznego; niezawodność; symulacja oddziaływania czynników klimatycznych

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 17, no. 3
• Strony: 334--337
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Višniakov N.

• Welding Research and Diagnostics Laboratory, Faculty of Mechanics Vilnius Gediminas Technical University J. Basanavičiaus str. 28, Vilnius LT-03224, Lithuania

autor

Kilikevičius A.

• Department of Mechanical Engineering Vilnius Gediminas Technical University J. Basanavičiaus str. 28, LT-03224 Vilnius, Lithuani

autor

Novickij J.

• High Magnetic Field Institute, Faculty of Electronics Vilnius Gediminas Technical University Naugarduko street 41, Vilnius LT-03327, Lithuania

autor

Grainys A.

• High Magnetic Field Institute, Faculty of Electronics Vilnius Gediminas Technical University Naugarduko street 41, Vilnius LT-03327, Lithuania

autor

Novickij V.

• High Magnetic Field Institute, Faculty of Electronics Vilnius Gediminas Technical University Naugarduko street 41, Vilnius LT-03327, Lithuania

Bibliografia

• 1. Bradford T. Solar Revolution. The Economic Transformation of the Global Energy Industry. Cambridge, MA: The MIT Press 2006.
• 2. Brandherm B, Baus J, Frey J. Peer Energy Cloud – Civil Marketplace for Trading Renewable Energies. Intelligent Environments (IE), 2012 8th International Conference on. IEEE proceedings 2012; 375–378.
• 3. Coello J. Introducing Electroluminescence Technique in the Quality Control of Large PV Plants. 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition 2011; 3469–3472.
• 4. Demant M, Rein S, Krisch J, Schoenfelder S, Fischer C, Bartsch S, Preu R. Detection and analysis of micro-cracks in multi-crystalline silicon wafers during solar cell production. 37th Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), IEEE 2011; 1641–1646, http://dx.doi.org/10.1109/ PVSC.2011.6186271.
• 5. Goossens D, Kerschaever E. Aeolian dust deposition on photovoltaic solar cells: the effects of wind velocity and airborne dust concentration on cell performance. Solar Energy 1999; 66 (4): 277–289, http://dx.doi.org/10.1016/S0038-092X(99)00028-6.
• 6. Kajari-Schröder, S., I. Kunze, I., M. Köntges, M. Criticality of cracks in PV modules. Energy Procedia 2012; 27: 658–663, http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2012.07.125.
• 7. Köntges M, Kunze I, Kajari-Schröder S, Breitenmoser X, Bjørneklett B. The risk of power loss in crystalline silicon based photovoltaic modules due to micro-cracks. Solar Energy Materials and Solar Cells 2011; 95 (4): 1131–1137, http://dx.doi.org/10.1016/j.solmat.2010.10.034.
• 8. Petrone G, Spagnuolo G, Teodorescu R, Veerachary M, Vitelli M. Reliability Issues in Photovoltaic Power Processing Systems. Industrial Electronics, IEEE Transactions on 2008; 55 (7): 2569–2580, http://dx.doi.org/101109/TIE.2008.924016.
• 9. Pingel S, Zemen Y, Frank O, Geipel T, Berghold J. Mechanical Stability of Solar Cells within Solar Panels. 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference 2009; 3459–3463.
• 10. Reiche D, Bechberger M. Policy differences in the promotion of renewable energies in the EU member states. Energy Policy 2004; 32 (7):843–849, http://dx.doi.org/10.1016/S0301-4215(02)00343-9.
• 11. Skoplaki E, Palyvos J A. On the temperature dependence of photovoltaic module electrical performance: A review of efficiency/power correlations. Solar Energy 2009; 83 (5): 614–624, http://dx.doi.org/10.1016/j. olener.2008.10.008.
• 12. Vadluga V. Simulation of dynamic deformation and fracture behavior of heterogeneous structures by discrete element method. Summary of doctoral dissertation, Vilnius Gediminas Technical University: technological sciences, mechanical engineering (09T). Vilnius : Technika, 2007.