Test av solcellsanläggningar

Traditionella elinstallationer, som vi är vana vid från bostäder, kontor och industrin, har en eller tre faser växelspänning, nolla och jord; när vi ansluter något i ett vägguttag, matas det med 230VAC, medan större förbrukare, t.ex. maskiner ansluts till 400VAC.

Solcellsanläggningar är uppbyggda på ett annat sätt; mindre anläggningar består normalt av en enskild sträng av solcellspaneler, medan större anläggningar kan ha flera oavhängiga strängar. Gemensamt är att solcellssträngar består av ett antal serie- eller parallelkopplade paneler, som tillsammans levererar den önskade likströmseffekten till en växelriktare, som är kopplad till det vanliga elnätet.

Det är viktigt att vara klar över att solcellsanläggningar fungerar på ett annat sätt än vanliga elinstallationer; solcellspaneler avger i normalfallet alltid spänning, och skall hanteras därefter. Spänningen på större solcellsanläggningar kan vara på upp till  1500VDC, så det är viktigt att den mätutrustning som används, är avsedd för uppgiften.

Test och kontroll av solcellsanläggningar kan delas upp i två kategorier: 

För verifiering och driftsättning av solceller, använder man med fördel en  solcellsinstallationstestare.

Solcellsinstallationstestaren skiljer sig från en vanlig installationstestare genom att funktionerna är anpassade mätningar i enlighet med EN 62446, där den traditionella installationstestaren arbetar i enlighet med EN 60364. Genom att använda en solcellsinstallationstestare försäkrar man sig om att kunna utföra alla nödvändiga mätningar.

De flesta solcellsinstallationstestare har en minnesfunktion och medföljande programvara, som man kan använda för dokumentation. Dock skall man vara uppmärksam på att man i vissa fall skall använda extra tillbehör för att utnyttja  solcellsinstallationstestaren till fullo. 

Installationen på växelriktarens AC-sida verifieras som vilken AC-installation som helst i enlighet med EN 60364-6, vilket kan göras med en installationstestare.

Installationen på växelriktarens DC-sida är konstant under spänning och skall behandlas därefter. För att verifiera att installationen är säkerhetsmässigt godkänd och klar för drift, är det en rad tester som skall utföras:

Kontinuitetstest

Potentialutjämningsledare mellan solcellspanelerna, och en eventuell anslutning till jordspett/-skena testas med 200 mA. Alla paneler skall ha samma potential, då spänningsskillnader mellan panelerna kan påverka prestandan, och i värsta fall utgöra en risk för en elektrisk stöt.

Polaritetstest

Polaritetstest är särskilt viktigt, då skiftade poler kommer att påverka anläggningens spänning och kan resultera i skador på panelerna med skiftad polaritet. Polaritet kan verifieras med en spänningsprovare eller multimeter gjord för mätning på solceller.

Isolationstest

Fel till chassi eller jord är några av de mest frekventa felen på en solcellsanläggning, och det är därför nödvändigt att testa isolationsresistansen mellan ledarna och chassi/jord. Solcellspanelernas chassi är inte nödvändigtvis anslutna till AC-installationens jord och i dessa fall är det viktigt, att isolationstestet utförs till chassi eller DC-jordplint. Observera att solcellsanläggningar (framför allt på tak) i många fall inte är anslutna till jord.

Traditionellt utförs isolationstest med en isolations- eller installationstestare i spänningslöst tillstånd, men eftersom solcellspaneler inte är spänningslösa, skall man använda ett testinstrument som kan utföra isolationstest under spänning. 

Tomgångsspänning (Uoc)

Tomgångsspänningen är solcellspanelens/-strängens spänning utan belastning. Märkspänning, antalet serieanslutna paneler, solinstrålning samt celltemperatur kommer att påverka mätningen.

Kortslutningsström (Isc)

Kortslutningsströmmen mäts genom att kortsluta solcellspanelens/-strängens poler och mäta strömmen. Märkström, antal paneler, celltemperatur och i hög grad solinstrålningen påverkar kortslutningsströmmen.

Solinstrålning

I Sverige kommer solinstrålningen i stort sätt alltid vara mindre än databladets STC-värde, men den är viktig att mäta, eftersom den är avgörande för solcellsanläggningens funktion. Genom att samtidigt använda en inklinometer, försäkrar man sig om att solen inte står för lågt för att utföra en korrekt mätning.

Solintensiteten mäts med en pyranometer, som antingen kan vara ett självständigt, handhållet instrument eller en referenscell som tillbehör till en solcellstestare, där data sparas med övriga mätvärden. Pyranometern/referenscellen skall användas i samma lutning som solcellspanelen, och kan i några fall monteras på sidan av solcellspanelen.

Temperatur

Blir celltemperaturen för hög, reduceras solcellspanelens prestanda. På en varm dag med hög omgivningstemperatur och dålig luftcirkulation på baksidan av solcellspanelerna, kommer celltemperaturen vara annorlunda än vid fristående paneler på en vinterdag. 

Celltemperaturen mäts med en temperaturprob monterad på solcellspanelens baksida medan omgivningstemperaturen mäts i fri luft. Temperaturproben kan vara densamma, och kan med fördel vara ansluten till en solcellsinstallationstestare, då mätningen i sådana fall kan användas tillsammans med övriga mätningar.

DC-effekt och verkningsgrad

För att kontrollera att en solcellspanel, -sträng eller -anläggning presterar som den skall, mäter man strömmen (Impp) med en tångamperemeter och driftsspänningen (Vmpp), vilket solcellstestaren omräknar till DC-effekten (Pmpp).

Solcellsanläggningens verkningsgrad (nDC) och funktion är i hög grad beroende på solintensiteten, men smuts, damm, löv och annat kan också spela in; för att få korrekta mätningar bör panelerna vara rena och skuggfria.

Mätningen kan antingen utföras på hela anläggningen eller delas upp på strängar eller paneler.

Den totala verkningsgraden är det stora bilden av solcellsanläggningens tillstånd. Den är också en här-och-nu-bild, som påverkas av väder och vind såväl som installationen. För att kunna jämföra mätningar, får de yttre förhållandena inte avvika för mycket från gång till gång. Solcellsanläggningens totala verkningsgrad är förhållandet mellan det DC-sidan levererar och AC-effekten som levereras till elnätet. Det är således ett uttryck för hur effektiv den totala installationen är. 

Verkningsgraden kan först mätas när installationen är klar och driftsatt. För att mäta verkningsgraden, monteras DC-strömtänger och spänningsprober på växelriktarens ingångssida, referenscell för solinstrålning och temperaturprob monteras vid panelerna, och AC-strömtänger och spänningsprober monteras på växelriktarens utgångssida. Då paneler och växelriktare ofta är placerade en bit ifrån varandra, kommer en remote-enhet ofta vara nödvändig för att utföra mätningen. Solcellstestaren registrerar och behandlar alla mätdata samtidigt, och beräknar solcellsanläggningens totala verkningsgrad.

Solcellsanläggningens verkningsgrad är en bra indikation på anläggningens samlade tillstånd; är prestandan sämre än vad den borde, kan det vara ett bevis på att något inte är okay.

Jordfelsökning

Fel till chassi eller jord är typiska fel, som t.ex. beror på skada isolering eller vatteninträngning. Felsökning kan utföras genom upprepade isolationstester, där solcellsanläggningen metodiskt delas upp till man hittat felet.

Det finns lyckligtvis instrument som kan göra det enklare att hitta felen. HT PV-ISOTEST, HT PV-CHECKS Pro och Emazys Z200 kan t.ex. mäta på strängen och ange felets placering – lättare blir det inte!

I-V-kurva

I-V-kurvan eller solcellernas ström/spänningskaraktäristik, är ett uttryck för prestandan och nära besläktad med verkningsgraden. Som namnet antyder, görs I-V-kurvan utifrån uppmätta ström- och spänningsvärden. Genom att korrigera mätvärden för solintensitet och temperatur, är det möjligt att jämföra den faktiska prestandan med databladet; avviker prestandan och kurvans form från det normala, kan detta ge en indikation på felorsaken.

Termografering

Har man under jämförbara förhållanden konkluderat, att solcellsanläggningen inte presterar som den skall, kan termografering vara en möjlig felsökningsmetod. Man skall dock vara uppmärksam på att solcellernas temperatur är olika under dagen, så metoden beror på relativ temperaturjämförelse av komponenter.

Låg prestanda och dålig verkningsgrad är en produkt av installationen samt omgivningen, och mätningar är bara jämförbara om förhållandena också är lika; det kommer därför inte ge en korrekt bild att jämföra mätningar från en molnig och en solig dag.

Standard Test Conditions (STC) er fastlagt i IEC 60904 og gør det muligt at sammenligne forskellige solcellepanelers egenskaber på lige vilkår. Solindstrålingen ved STC er 1000 W/m2, hvilket på vore breddegrader i bedste fald kan opnås en skyfri sommerdag. Foruden STC oplyses ofte også NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) og NMOT (Nominal Module Operating Temperature), så man skal holde tungen lige i munden, når man sammenligner specifikationer.