Messen der Ausgangsleistung eines Solarmoduls

Beim Messen der Leistung eines Solarpanels ist die Verwendung eines Digitalmultimeters erforderlich, um die Spannung und Ampere zu messen, die von einem Panel unter verschiedenen Lichtbedingungen erzeugt werden. Die Leistungsabgabe eines bestimmten Photovoltaikmoduls zu kennen, ist eine wichtige Voraussetzung für jedes Solarsystem.

Wie wir auf dieser Website gesehen haben, ist Solarenergie eine erneuerbare Form der elektrischen Energieerzeugung, die üblicherweise mit Photovoltaik erzeugt wird Paneele, entweder einzeln oder in Ketten verbunden, um größere Solarfelder zu bilden.

Das Verständnis der Funktionsweise von Photovoltaik (PV)-Solarmodulen ist eine Grundvoraussetzung, da die meisten Menschen zu Recht oder zu Unrecht davon ausgehen, dass nur weil sie ein 100-Watt-Solarmodul gekauft haben, es kontinuierlich 100 Watt elektrische Leistung liefern wird. Dies ist jedoch nicht immer der Fall, da die zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Tages gelieferte elektrische Leistung eine direkte Funktion der Position und der Wetterbedingungen ist.

Sonnenlicht ist eine intermittierende Energiequelle, die sich im Laufe des Tages ständig ändert, sodass Photovoltaik-Solarmodule in der Lage sein müssen, unter diesen unterschiedlichen Bedingungen zu funktionieren. Da der Wirkungsgrad eines Solarmoduls das Verhältnis der abgegebenen elektrischen Leistung zur Menge des Sonnenlichts ist, d. h. der vom Modul absorbierten Sonneneinstrahlung.

Daher ist es wichtig, dass die Ausrichtung des Solarmoduls korrekt ist, um die Sonnenenergie zu erhalten maximale Sonneneinstrahlung über den Tag. Größere Module können bei einer bestimmten Sonneneinstrahlung mehr elektrische Energie erzeugen als kleinere PV-Module.

Messungen von Solarmodulen

Die Leistung von Photovoltaik-Solarmodulen kann durch Messung des Verhältnisses zwischen der Paneelspannung, Strom und damit Ausgangsleistung unter verschiedenen meteorologischen Bedingungen, wie z. B. der gesamten Sonneneinstrahlung.

Die Neigung des Panels, die Umgebungslufttemperatur sowie die Paneltemperatur spielen alle eine wichtige Rolle für die Leistungsabgabe eines Solarmoduls.

Hersteller bewerten ihre Photovoltaikmodule basierend auf der DC-Ausgangsleistung bei einer Einstrahlung von 1000 W/m2 (volle Sonne) und eine Paneltemperatur von 25 °C, um Sie zum Kauf ihres Produkts zu bewegen.

Ein standardmäßiges 12-Volt-PV-Panel erzeugt bei voller Sonneneinstrahlung ohne angeschlossene Last eine maximale Klemmenspannung von etwa 20 Volt. In der realen Welt arbeiten Photovoltaik-Solarmodule jedoch unterhalb dieser idealen Einstellungen, was zu einer Ausgangsleistung führt, die viel geringer ist als die mögliche maximale Ausgangsleistung der PV-Module.

Wie messen wir also die Ausgangsleistung eines Photovoltaik-Solarmoduls? Tafel. Einfach gesagt, die Ausgangsleistung (P) der Solarzelle wird durch Multiplizieren der Ausgangsspannung (V) mit dem Ausgangsstrom (I) bei maximalen Leistungsbedingungen erhalten, was P& #160;= V x I, was selbst die Grundlage des Ohmschen Gesetzes ist

Solarmodul-Ausgangsleistung

Die Ausgangsleistung eines typischen Solarmoduls hängt stark von der angeschlossenen elektrischen Last ab, da die maximale Leistung übertragen wird, wenn der dynamische Widerstand des Moduls (oder des Arrays) gleich dem der angeschlossenen Last ist. Die einfachste Last für ein PV-Panel ist die eines elektrischen Widerstands, R. Da das Ohmsche Gesetz die Beziehung zwischen der Spannung über und dem durch einen Widerstand fließenden Strom beschreibt, können wir einen einfachen Widerstand verwenden, um die Leistung eines Solarpanels zu messen.

I-V-Kennlinien von Solarpanels sind verwendet, um eine visuelle Darstellung von Strom und Spannung zu geben ( I-V ) Eigenschaften eines bestimmten Photovoltaikmoduls (Zelle oder Array), die eine detaillierte Beschreibung seiner Fähigkeit zur Umwandlung von Sonnenenergie geben. Die Kenntnis der elektrischen I-V-Eigenschaften eines Solarmoduls ist entscheidend für die Bestimmung der Ausgangsleistung und damit seiner Effizienz. Die Messung der Ausgangsleistung eines Solarmoduls, zum Beispiel des 100 W, 12 V Renogy Solarmoduls, ist nicht so schwierig, wenn wir einige einfache Schritte anwenden.

Das Produktetikett des Renogy 100 Watt 12 Volt polykristallinen Solarmoduls gibt uns die elektrischen Eigenschaften des Moduls an, laut Hersteller Renogy, wenn es einer Bestrahlungsstärke von 1000 W/m2 ausgesetzt ist. Aber was bedeutet das alles.

Das Etikett mit den elektrischen Daten gibt an, dass die Leerlaufspannung (VOC) des Panels 22,4 Volt und der Kurzschlussstrom (ISC) 5,92 Ampere beträgt. Wir können also das Ohmsche Gesetz verwenden, um die Ausgangsleistung des Solarpanels zu finden, richtig! Aber V mal Iergibt 22,4 x 5,92 = 132,6 Watt, was viel mehr ist als die von Renogy angegebenen 100 Watt, also was ist los?

Die Leerlaufspannung VOC bedeutet, dass das PV-Modul an keine Last angeschlossen ist, sodass seine Anschlüsse offen sind (unendlicher Widerstand), was zu einer maximalen Spannung, in diesem Fall 22,4 Volt, an seinen Anschlüssen führt. Da seine Klemmen offen sind, fließt kein Strom (I = 0), da es keinen Stromkreis oder keine Last gibt, durch die der Strom zirkulieren könnte. Dann ist die Ausgangsleistung des Solarmoduls in diesem Fall P = V x I = 22,4 x 0 = 0 Watt. Mit anderen Worten, es wird keine elektrische Energie erzeugt.

Ebenso bedeutet der Kurzschlussstrom ISC, dass die PV-Modulklemmen kurzgeschlossen oder miteinander verbunden sind (null Widerstand), wodurch ein vollständig geschlossener Stromkreis entsteht, der einen maximalen Modulstrom zulässt. in diesem Fall 5,92 Ampere, fließen. Da die Klemmen jedoch kurzgeschlossen sind, tritt kein Abfall der Ausgangsspannung auf (V = 0), sodass die Ausgangsleistung des Solarmoduls P = V x I = 0 x 5,92 = 0 Watt beträgt. Wieder kein erzeugter Strom.

Dann denken wir vielleicht, dass dieses Renogy-Solarmodul 132,6 Watt Solarstrom erzeugen kann, aber in Wirklichkeit kann es das nicht. Photovoltaikmodule liefern nutzbaren Strom, wenn sie an eine elektrische Last angeschlossen sind, und durch Messen der Leistung eines Solarmoduls können wir das Ohmsche Gesetz verwenden, um den maximalen Ausgangsleistungspunkt oder MPP zu bestimmen.

Durch Messen der Leistung eines Solarpanels

Wir haben bereits gesagt, dass die Ausgangsleistung eines Solarmoduls hauptsächlich von der daran angeschlossenen elektrischen Last abhängt. Diese Last kann von einem unendlichen Widerstandswert (∞Ω) bis zu einem Widerstandswert von Null (0Ω) variieren, wodurch eine Leerlaufspannung, VOC an einem Ende und ein Kurzschlussstrom erzeugt werden. ISC bzw. andererseits. Dann müssen wir in der Lage sein, einen externen Widerstandswert irgendwo zwischen diesen beiden Extremen zu finden.

Als theoretische maximale Leistung wurde Pmax mit 132 Watt und die maximale Leerlaufspannung VOC mit 22,4 angegeben Volt. Wenn wir davon ausgehen, dass das Panel eine maximale Wattleistung von 150 Watt und eine maximale Klemmenspannung von 30 Volt hat, würde uns dies den dynamischen Widerstandswert des Panels von:

Es gibt viele Möglichkeiten, diesen 6,0-Ohm-Wert zu erreichen, indem Sie Widerstände mit festem Wert, variable Widerstände oder Rheostate verwenden. Die verwendete Option hängt von der Verfügbarkeit und dem Budget ab, da große Leistungswiderstände teuer sein können. In dem angegebenen Beispiel wird der Lastwiderstand mit einem Rheostat erreicht, wodurch wir einen voll variablen Widerstand zwischen einem Minimalwert von null Ohm (0Ω) und dem Maximalwert von 6Ω erhalten. Wir wissen, dass unser Solarpanel eine Herstellerangabe von 100 Watt hat, also wäre dies die minimale Nennleistung unseres Regelwiderstands.

Um die Spannung an den Klemmen des PV-Panels zu messen, benötigen wir ein Voltmeter. Dies kann ein digitales oder analoges Multimeter oder ein einfaches Voltmeter sein, muss aber eine Skala haben, die hoch genug ist, um die Leerlaufspannung (VOC) des Panels abzulesen. Der verwendete Typ hängt von der Verfügbarkeit und dem Budget ab.

Um den vom PV-Modul erzeugten Strom zu messen, wäre ein Amperemeter erforderlich, um den Kurzschlussstrom (ISC) in einen toten Kurzschluss zu messen. Auch dieses zweite Messgerät kann je nach Verfügbarkeit und Budget digital, analog oder ein Multimeter sein.

Obwohl wir den oben erforderlichen maximalen Widerstandswert mit 6Ω berechnet haben, sind wir wahrscheinlich nicht in der Lage, einen mit genau 6Ω Widerstandswert. Nehmen wir also an, wir haben einen 10er gekauft. Rheostat, der zwischen 0 und 10 Ohm voll variabel ist.

Dies würde es uns ermöglichen, den extern angeschlossenen Lastwiderstand in 10 Schritten von jeweils 1 Ohm zu erhöhen, während gleichzeitig die Ausgangsspannung der Solarmodule gemessen und gemessen wird aktuell. Dann können wir die folgende Tabelle mit unseren Ergebnissen vervollständigen, um die vom PV-Solarmodul gelieferte elektrische Leistung für verschiedene Werte des Lastwiderstands zu bestimmen.

Tabelle der gemessenen Ergebnisse für unser Solarmodul

Widerstand (in Ohm)	Spannung (in Volt)	Strom (in Ampere)	Leistung (in Watt)
Unterbrechung	22,4	0,00	0,00
10	22,4	2,24	50,2
9	22,3	2,47	55,1
8	22,1	2,76	61,0
7	21.6	3,08	65,9
6	20,80	3,50	72,8
5	20.05	4.01	80.4
4	18,80	4,70	88,4
3	16,86	5,62	94,7
2	11,60	5,80	67,3
1	6,0	6,00	36,0
Kurzschluss	0	5,92	0,00

Nachdem wir unsere Messungen vorgenommen und die Ergebnisse in der obigen Tabelle tabelliert haben, können wir deutlich erkennen, dass die maximale Leistung auftritt, wenn der Lastwiderstand RL einen Widerstandswert um den Wert von etwa 3 Ohm hat ergibt eine Panelspannung von etwa 16,9 Volt und erzeugt 5,6 Ampere, was eine berechnete Ausgangsleistung von 94,7 Watt ergibt.

Dieser Wert entspricht genau dem Datenetikett des Herstellers für eine Betriebsspannung (Vmp) und einen Betriebsstrom (Imp) von 17,8 V bzw. 5,62 A, was einen dynamischen Panelwiderstand bei maximaler Leistung von Vmp/Imp = 17,8/5,62 = 3,17 Ohm ergibt, und wir könnten Wenn Sie möchten, passen Sie unsere Messungen an, um dem Ziel von 100 Watt und 3,17 Ohm noch näher zu kommen.

Es zeigt daher für unser einfaches Beispiel, dass die maximale Leistung vom Panel um diesen 3,17-Ohm-Punkt und die Anpassung herum erzeugt wird Panel-Widerstand zu Lastwiderstand führt zu maximaler Leistungsübertragung von Panel (oder Array) zu Last und somit zu erhöhter Effizienz.

Unter Verwendung der Daten aus der obigen Tabelle können wir ein Diagramm der gemessenen Spannung gegen den Modulstrom wie gezeigt darstellen.

I-V-Charakteristikkurven

Oben ist das I-V-Kennliniendiagramm für unser PV-Solarmodul-Beispiel und ist typisch für alle PV-Solarmodule. Die Messung der Leistung anderer Arten und Nennwerte von Solarmodulen führt zu ähnlichen Ergebnissen, nur die Spannungen und Stromwerte sind unterschiedlich. Beachten Sie auch, dass die Leistung bei einem offenen Stromkreis (Nullstromzustand) und auch bei einem Kurzschluss (Nullspannungszustand) Null ist.

Die maximale Leistungsabgabe eines PV-Moduls kann als seine DC-Spitzenleistung definiert werden, die sich aus der Multiplikation von Spannung und Strom ergibt. Hier zeigt sich der optimale Arbeitspunkt für unser Solarpanel in der Mitte im Knick (bzw. Knie) der Kennlinie. Mit anderen Worten, dies ist der Punkt, an dem das Solarmodul seine maximale Leistung erzeugt, allgemein als Maximum Power Point oder MPP bekannt.

Die I-V-Kennlinie stellt eine wichtige Eigenschaft dar eines photovoltaischen Solarmoduls oder einer Zelle, da es eher eine Stromquelle als eine Spannungsquelle wie eine Batterie ist. Im Gegensatz zu einer Batterie, die eine konstante Klemmenspannung hat (12 V, 24 V usw.) und variable Strommengen an eine angeschlossene Last liefert, liefert die Photovoltaikzelle oder das Panel eine konstante Stromzufuhr über einen weiten Spannungsbereich für a gegebene Menge an Sonneneinstrahlung.

Das Messen der Leistung eines Solarmoduls ist nicht allzu schwierig, erfordert jedoch eine Reihe von Multimetern, Leistungswiderständen oder einen einzelnen Rheostaten, der die erzeugte Leistung handhaben kann. Denken Sie daran, dass je größer die Ausgangsleistung Ihres Panels, 200W, 285W, 330W usw., desto größer werden die Spannungen und Ströme sein.