Fysik model fungerer som et EKG for solpanel sundhed

Virksomheder og regeringer har regelmæssigt investeret i solcellefarme og tabt penge, når vejrforringelse uventet har forkortet panelets levetid.

Da elektricitet produceret fra solenergi i stigende grad matcher fossile brændstoffer i pris, virksomheder er presset til at holde paneler ud over deres garanti og strække de milliarder af dollars, der er betalt på forhånd for deres konstruktion.

At diagnosticere nedbrudte solpaneler hurtigere gennem et værktøj, der fungerer som et elektrokardiogram, vil bidrage til lavere elregninger på ren energi samt reducere produktionsomkostningerne.

"Vi er nødt til at se på hjerteslag i en solfarm for at forstå dens sygdomme, " sagde Xingshu Sun, en nyligt ph.d.-kandidat fra Purdue University's School of Electrical and Computer Engineering.

En solgårds "hjerteslag" er data om, hvor godt den genererer elektricitet. Purdue-forskere skabte en algoritme ved hjælp af panelnedbrydningsfysikken, der kan analysere solfarmdata fra hvor som helst, hovedsageligt som et bærbart EKG til solfarme.

Algoritmen er i en eksperimentel fase, men kan allerede downloades for andre forskere til brug gennem en National Science Foundation-finansieret platform kaldet Digital Environment for Enabling Data-driven Science (DEEDS) på https://datacenterhub.org/resources/14754.

"Det er forskellen mellem dagligdagen og lægevagten. Tidligere faciliteterne tjekkede netop en solfarms hjerteslag i et kontrolleret miljø, som med et EKG i et hospitalslaboratorium, " sagde Muhammad Ashraful Alam, Purdues Jai N. Gupta professor i elektro- og computerteknik. "Men en solfarm genererer altid nye markdata, som vi kan indsamle og analysere, så vi skal have EKG med på banen. Denne informationsdrevne tilgang er transformerende, fordi tilgangen ville tillade kontinuerlig overvågning og beslutningstagning. Vores er et første skridt i den retning."

Realtidsdiagnostik vil i sidste ende informere om bedre paneldesign - den omkostningsbesparende "behandling", der kan forlænge levetiden og fortsætte med at reducere elregningen.

"Hvis du ser på solcellemoduler på markedet, deres design adskiller sig næsten ikke, uanset hvor de er i verden, ligesom iPhones, der sælges i USA og Kina, næsten er identiske, " sagde Sun. "Men solcellemoduler bør designes anderledes, da de nedbrydes forskelligt i forskellige miljøer."

Nedbrydning i fugtige omgivelser, for eksempel, kommer i form af korrosion, men store højder uden fugt forårsager nedbrydning gennem den øgede koncentration af UV-lys. Ligesom med menneskelige sygdomme, symptomer på korrosion eller solbeskåret silicium har en tendens til ikke at vise sig på et solpanel før mange år efter, at nedbrydningen startede.

Uden at vide hvornår nedbrydning sker, virksomheder har en tendens til at kompensere for forskellige vejrforhold ved at under- eller overdesigne solpaneler, øge produktionsomkostningerne.

Purdue-forskere brugte offentlige solpaneldata leveret af National Renewable Energy Laboratory til at samle parametre for, hvor godt panelerne genererer elektricitet, såsom modstand og spænding. Når det indlæses i algoritmen, en kurve genererer for at vise effekten af ​​en solcelle. Publicerede resultater vises i tidsskriftet Fremskridt inden for solcelleanlæg .

Det næste trin er at forbedre algoritmen over tid. Alams laboratorium har samarbejdet med andre Purdue-forskerhold for at udvikle DEEDS til en platform til at bevare og dele data, beregningsværktøjer og videnskabelige arbejdsgange fra solpanelanlæg såvel som fra en række kilder til andre områder, herunder kemi, ernæringsvidenskab og miljøvidenskab.

På lang sigt, forskerne håber, at algoritmen kunne vise, hvor meget energi en solfarm producerer på 30 år ved at se på forholdet mellem vejrudsigtsdata og projektion af elektriske kredsløbsparametre. Integrering af algoritmen med andre fysikbaserede modeller kan i sidste ende forudsige levetiden for en solfarm.