Tests of hail simulation and research of the resulting impact on the structural reliability of solar cells

Abstract

The mandatory tests of resistance to hail is carried out in order to qualify solar cell modules according to standards (IEC 61215 and IEC 61646). The efficiency of modern photovoltaic systems decreases significantly, when the crystalline structure of solar cells is damaged as a result of climatic factors, such as wind, hail, etc., which are similar to mechanical-dynamic effects. This work presents a conducted research of efficiency and reliability of solar cells, simulating hail effects. A testbed was created specifically for carrying out experimental research. During the research, solar elements were exposed to impact, cyclic dynamic loads, with the frequency of revolutions of the balls simulating hail ranging from 5 to 20 Hz, the amplitude of the impact excitation acceleration of the solar cell - up to 986 m / s2 and the force amplitude - up to 1129 N. Experimental research results revealed the reliability of photovoltaic modules of different sizes during the simulation of hail. The proposed assessment methodology of hail effects can be successfully applied in studies of the influence of mechanical-dynamic effects of solar cells of different structures.

Przy kwalifikacji modułów ogniw słonecznych do użytkowania przeprowadza się obowiązkowe badania odporności na gradobicie zgodnie z normami IEC 61215 i IEC 61646. Wydajność nowoczesnych systemów fotowoltaicznych znacznie spada, gdy struktura krystaliczna ogniw słonecznych ulega uszkodzeniu w wyniku czynników klimatycznych, takich jak wiatr, gradobicie itp., które przypominają w swoim działaniu obciążenia mechaniczno-dynamiczne. W pracy przedstawiono wyniki badań symulacyjnych wpływu gradobicia na wydajność i niezawodność ogniw słonecznych. Badania prowadzono na specjalnie do tego celu skonstruowanym stanowisku testowym. Podczas badań, elementy słoneczne były wystawiane na cykliczne obciążenia dynamiczne wywoływane uderzeniami kulek symulujących grad o częstotliwości obrotów od 5 do 20 Hz przy amplitudzie przyspieszenia wzbudzenia uderzeniowego ogniwa słonecznego wynoszącej do 986 m/s2 oraz amplitudzie siły do 1129 N. Wyniki symulacji pozwoliły ocenić niezawodność modułów fotowoltaicznych o różnych rozmiarach. Proponowaną metodologię oceny wpływu opadów gradu można z powodzeniem stosować w badaniach oddziaływania obciążeń mechaniczno-dynamicznych na ogniwa słoneczne o różnych strukturach.