Διακοπή ηλιακής ακτινοβολίας και απόδοση συστήματος φωτοβολταϊκών
Σχεδόν όλοι οι υπολογισμοί που αφορούν την ηλιακή ακτινοβολία στην επιφάνεια της γης πραγματοποιούνται επί του παρόντος με ενσωματωμένες τιμές ακτινοβολίας, όπως ωριαίες τιμές που λαμβάνονται από επίγειες μετρήσεις ή δορυφορικές παρατηρήσεις. Αν και έχει σημειωθεί ότι η χρήση τέτοιων μέσων ακτινοβολίας αγνοεί μεγάλο μέρος της διαλείπουσας περιόδου που προκαλείται από τα σύννεφα (Suehrcke &McCormick, 1988), η προσέγγιση ωριαίου υπολογισμού συνεχίζει να χρησιμοποιείται, συμπεριλαμβανομένης της πρόβλεψης απόδοσης των φωτοβολταϊκών (PV) συστημάτων.
Οι McCormick &Suehrcke (2018) επισημαίνουν ότι η χρήση ολοκληρωμένων δεδομένων (π.χ. ωριαία) κρύβει τη μεταβλητότητα τόσο της ηλιακής ακτινοβολίας όσο και του φορτίου στους υπολογισμούς των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Το Σχήμα 1 δείχνει μια γραφική παράσταση της ηλιακής ακτινοβολίας ενός λεπτού και μιας ώρας για μια μερικώς συννεφιασμένη ημέρα από το Geraldton της Αυστραλίας. Από το σχήμα, είναι εύκολα προφανές ότι οι διακυμάνσεις που παρατηρούνται σε χρονική κλίμακα ενός λεπτού απουσιάζουν στα ωριαία δεδομένα επειδή η συχνότητα της διακοπτόμενης ακτινοβολίας είναι πολύ υψηλή για να μπορεί να ανιχνευθεί σε ωριαίες μέσες τιμές.
Σε προηγούμενους υπολογισμούς, όπου η συνολική ενέργεια που παρείχε μια συστοιχία φωτοβολταϊκών ήταν το κύριο ενδιαφέρον, η χρήση της μέσης ηλιακής ακτινοβολίας είχε γενικά αποφέρει ικανοποιητικά αποτελέσματα. Αυτό μπορεί να γίνει κατανοητό από το γεγονός ότι η έξοδος από μια φωτοβολταϊκή γεννήτρια σχεδόν αυξάνεται γραμμικά με την είσοδο της ηλιακής ακτινοβολίας όταν η φωτοβολταϊκή γεννήτρια λειτουργεί στο σημείο μέγιστης ισχύος. Ωστόσο, με την αυξανόμενη χρήση αποθήκευσης μπαταριών στα φωτοβολταϊκά συστήματα και τη μεταβλητότητα που επηρεάζει το ηλεκτρικό δίκτυο, η χρήση της μέσης τιμής ακτινοβολίας και φορτίου ενδέχεται να μην είναι πλέον κατάλληλη για τον υπολογισμό.
Ένα ζήτημα που τέθηκε στη μελέτη των McCormick &Suehrcke, 2018, είναι η επίδραση που έχει η μεταβλητότητα της ηλιακής ακτινοβολίας (και του φορτίου) στη διάρκεια ζωής των μπαταριών φωτοβολταϊκών συστημάτων, ιδιαίτερα των μπαταριών ιόντων λιθίου. Επί του παρόντος, η υποβάθμιση των περισσότερων ηλιακών μπαταριών ελέγχεται χρησιμοποιώντας έναν τυπικό κύκλο, όπου η μπαταρία αποφορτίζεται και φορτίζεται επανειλημμένα πλήρως. Ο αριθμός των κύκλων που απαιτούνται για την υποβάθμιση της χωρητικότητας της μπαταρίας κατά ένα ορισμένο ποσοστό (π.χ. 20%) χρησιμοποιείται στη συνέχεια για την εκτίμηση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας συνδέοντας τον αριθμό των κύκλων με τον αριθμό των ημερήσιων κύκλων ή τη συνολική απόδοση εκφόρτισης ενέργειας.
Ο τυπικός κύκλος δοκιμής σχετίζεται καλά με την εμπειρία λειτουργίας των ηλιακών μπαταριών κατά τη διάρκεια μιας καθαρής ημέρας, αλλά δεν έχει σχέση με τη λειτουργία της μπαταρίας κατά τη διάρκεια μιας μερικώς συννεφιασμένης ημέρας, όπως αυτή που φαίνεται στο Σχ. 1. Οι προσομοιώσεις από τους McCormick &Suehrcke (2018) υποδηλώνουν ότι τα ρεύματα της μπαταρίας μπορεί όχι μόνο να είναι πολύ πιο μεταβλητά κατά τη διάρκεια μερικώς συννεφιασμένων ημερών από ό,τι προβλέπονται από προσομοιώσεις με ωριαία δεδομένα, αλλά τα ρεύματα της μπαταρίας μπορεί επίσης να έχουν μεγαλύτερο μέγεθος και να υφίστανται συχνές ανατροπές όταν υπάρχει φορτίο (βλ. επίσης Εικ. 2). Επιπλέον, η μεταφορά ενέργειας μέσα και έξω από την μπαταρία κατά τη διάρκεια μιας μερικώς συννεφιασμένης ημέρας μπορεί να αντιπροσωπεύει έως και δύο πλήρεις κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας. Υπάρχει ανάγκη για ένα πρωτόκολλο δοκιμής που να αντιπροσωπεύει πιο ρεαλιστικά τις συνθήκες λειτουργίας των μπαταριών σε ηλιακά συστήματα.
Όταν η μπαταρία είναι μικρή σε σχέση με το μέγεθος της συστοιχίας φωτοβολταϊκών, οι προσομοιώσεις φωτοβολταϊκών συστημάτων με δεδομένα εισόδου λεπτών και ωρών υποδηλώνουν επίσης ότι οι ηλιακές μπαταρίες μερικές φορές φορτίζονται πιο αργά με δεδομένα λεπτών και όχι ωριαίων (Εικ. 3 παρέχει ένα παράδειγμα για την ημέρα που εξετάζεται στα Σχ. 1 και 2). Αυτό το ίσως εκπληκτικό αποτέλεσμα μπορεί να γίνει κατανοητό από το μέγιστο ρεύμα φόρτισης που μπορεί να δεχτεί μια μπαταρία (συνήθως εκφράζεται ως ο μέγιστος ρυθμός C). Για μια χωρητικότητα μπαταρίας που είναι μικρή σε σχέση με το μέγεθος της φωτοβολταϊκής γεννήτριας, το κυμαινόμενο λεπτό ρεύμα μπορεί συχνά να υπερβαίνει το μέγιστο ρεύμα μπαταρίας, πράγμα που σημαίνει ότι μέρος της ενέργειας που είναι διαθέσιμη από τη Φ/Β γεννήτρια δεν μπορεί να αποθηκευτεί. Από την άλλη πλευρά, για το μέσο ωριαίο ρεύμα της μπαταρίας, το οποίο εξομαλύνει τα σκαμπανεβάσματα, το μέσο ρεύμα μπορεί να μην φτάσει το μέγιστο ρεύμα μπαταρίας, προκαλώντας εσφαλμένη πρόβλεψη όλης της συλλεγόμενης ενέργειας ΦΒ θα αποθηκευτεί. Αυτό το τελευταίο ζήτημα μπορεί να είναι σημαντικό για την πρόβλεψη της ενεργειακής ασφάλειας από ηλιακές μπαταρίες.
Τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο The Effect of Intermittent Solar Radiation on the Performance of PV Systems, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Solar Energy . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Paul G. McCormick και Harry Suehrcke από τη SolarSim Pty Ltd, το Πανεπιστήμιο της Δυτικής Αυστραλίας και το Πανεπιστήμιο James Cook.
Αναφορά :
- Suehrcke, Harry and McCormick, Paul G. «Η κατανομή συχνότητας των τιμών στιγμιαίας ηλιακής ακτινοβολίας». Τομ. 40, σελ. 413-422, 1988.
