Sähköisten aurinkopaneelien testausympäristö

Abstract

Tässä opinnäytetyössä tutkittiin, miten voidaan mallintaa auringon säteilyä sisätiloissa ja hyödyntää sitä aurinkopaneelien tutkimiseen. Työn tutkimustuloksien perusteella esitellään laitteisto, jolla voidaan mallintaa auringon säteilyä sisätiloissa. Tavoitteena oli suunnitella järjestelmä, jolla voidaan mallintaa eri sääolosuhteita ja auringon liikkeitä taivaalla. Laitteistosta haluttiin helposti siirrettävä.

Työssä tutkittiin aurinkopaneeleja, auringon valon spektriä sekä auringon säteilyn voimakkuuteen vaikuttavia tekijöitä. Säteilyn voimakkuuteen vaikuttavat mm. pilvisyys, kellonaika ja vuodenaika. Mitä matalammalta aurinko paistaa, sitä pidemmän matkan valo kulkee ilmakehän läpi, mikä taas vaikuttaa säteilyn voimakkuuteen. Pilvet ja ilmakehä vaikuttavat myös hieman säteilyn spektriin. Tuloksien perusteella valittiin valaisimet ja muut komponentit, joilla voidaan toteuttaa paneelien testausympäristö. Rikkiplasmavalaisin tuottaa näkyvää valoa lähes samanlaisella spektrillä kuin aurinko. Halogeenivalaisimilla tuotetaan infrapunasäteily ja vahvistetaan hieman rikkiplasmavalaisimen näkyvän valon spektriä.

Työssä todettiin, ettei auringon kiertorataa taivaalla pystytä mallintamaan laitteistolla todenmukaisesti. Valaisimet täytyy sijoittaa niin lähelle paneelia, ettei valo tule paneelin pinnalle yhtä tasaisesti kuin auringon valo. Mallinnetut arvot eivät vastaisi todellisia arvoja. Parempia tuloksia saataisiin, mikäli valaistuksen tehoa nostettaisiin ja valaistus siirrettäisiin kauemmaksi paneelista. Tämä ei kuitenkaan ollut mahdollista laitteiston siirrettävyysvaatimuksen ja tilan puutteen takia.

In this research it was studied how to simulate solar radiation in laboratory, and how to test solar panels indoors. The results of this research are used to select the right components to the solar panel test environment. The test system should be able to simulate different kinds of weather conditions as well as the movements of the sun in the sky. The equipment had to be easily transportable.

The thesis was to examine photovoltaic panels, the spectrum of the sunlight and the sun's radiation intensity factors. The intensity of radiation is affected by cloud cover, the time of the day and the season of the year. The closer the sun is at the horizon, the lower the intensity of the radiation. Clouds also affect the radiation spectrum slightly.

Lamps and other equipment were chosen by the results of the studies. Sulphur plasma lamp produces visible light with an almost identical spectrum as the sun. The halogen lamp is used to produce infrared radiation.

It was pointed out that it is not possible to simulate the sun's orbit truthfully with this equipment. Lamps must be placed so close to the panel that the light is not as even as the sunlight. Therefore, modeled values do not correspond to the true values. In order to simulate sun’s orbit in the sky, the light source should be far away. This was not possible because of lack of space and the requirement for portability.