Τα φωτοβολταϊκά μπορεί σύντομα να ελέγχονται με πολύ φθηνότερο εξοπλισμό, χάρη σε μια νέα μέθοδο που δείχνει ότι μια κατάλληλα τροποποιημένη consumer camera μπορεί να πραγματοποιήσει μετρήσεις που μέχρι σήμερα απαιτούσαν ακριβές επιστημονικές κάμερες.
Ερευνητές από τη Γερμανία κατάφεραν να χρησιμοποιήσουν σχετικά φθηνό ψηφιακό hardware για να καταγράψουν την ασθενή υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπουν τα φωτοβολταϊκά κύτταρα όταν διαρρέονται από ηλεκτρικό ρεύμα.
Με τη σωστή βαθμονόμηση, αυτή η εικόνα δεν δείχνει απλώς ποια σημεία είναι φωτεινότερα ή σκοτεινότερα. Μπορεί να δώσει πραγματικές πληροφορίες για την απόδοση του φωτοβολταϊκού, ακόμη και για το open-circuit voltage του.
Τα φωτοβολταϊκά «λάμπουν»
Η βασική τεχνική ονομάζεται electroluminescence.
Όταν διοχετεύεται ηλεκτρικό ρεύμα προς την αντίθετη κατεύθυνση μέσα σε ένα φωτοβολταϊκό κύτταρο, το υλικό εκπέμπει πολύ ασθενές φως, κυρίως στο υπέρυθρο φάσμα.
Το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να το δει, αλλά ένας κατάλληλος αισθητήρας κάμερας μπορεί.
Οι διαφορές στη φωτεινότητα αποκαλύπτουν περιοχές του φωτοβολταϊκού που δεν λειτουργούν το ίδιο καλά με τις υπόλοιπες. Ρωγμές, αστοχίες, ελαττώματα ή χαμηλότερη ηλεκτρική απόδοση μπορούν να εμφανιστούν ως διαφορετικά μοτίβα στην εικόνα.
Το σημαντικό στη νέα έρευνα είναι ότι οι επιστήμονες δεν περιορίστηκαν σε μια απλή οπτική επιθεώρηση.
Δημιούργησαν ένα φυσικό μοντέλο για το πώς αντιδρά ο αισθητήρας της κάμερας στο εισερχόμενο φως, επιτρέποντας στην εικόνα να μετατραπεί σε ποσοτική μέτρηση.
Δεν είναι απλώς μια φωτογραφική μηχανή
Εδώ χρειάζεται μια σημαντική διευκρίνιση.
Η μέθοδος δεν σημαίνει ότι κάποιος μπορεί να πάρει μια απλή φωτογραφική μηχανή ή smartphone και να μετρήσει την απόδοση ενός φωτοβολταϊκού.
Η consumer camera που χρησιμοποιήθηκε είχε τροποποιηθεί ώστε να μην διαθέτει το infrared-blocking filter που υπάρχει συνήθως μπροστά από τον αισθητήρα.
Οι ερευνητές πρόσθεσαν επίσης long-pass filter μπροστά από τον φακό, ώστε να περιορίσουν το ορατό φως και να απομονώσουν καλύτερα την υπέρυθρη electroluminescence των φωτοβολταϊκών.
Το πιο σημαντικό όμως είναι η βαθμονόμηση.
Η κάμερα πρέπει να γνωρίζει με ακρίβεια πώς αντιδρά ο αισθητήρας σε διαφορετικά επίπεδα φωτός, διαφορετικά η εικόνα παραμένει απλώς μια όμορφη απεικόνιση χωρίς αξιόπιστη αριθμητική πληροφορία.
Από φωτοβολταϊκά του 1978 έως σημερινά modules
Για να ελέγξουν πόσο γενικεύσιμη είναι η μέθοδος, οι ερευνητές τη δοκίμασαν σε φωτοβολταϊκά που κάλυπταν περισσότερα από 45 χρόνια εξέλιξης της τεχνολογίας.
Τα παλαιότερα προέρχονταν από το 1978, ενώ τα νεότερα ήταν σύγχρονα industrial modules.
Στα παλιά φωτοβολταϊκά το open-circuit voltage βρισκόταν περίπου στα 560 mV, ενώ στα σύγχρονα έφτανε περίπου τα 690 mV.
Αυτό έδωσε στους ερευνητές αρκετά διαφορετικά επίπεδα απόδοσης για να ελέγξουν αν το μοντέλο βαθμονόμησης λειτουργεί με διαφορετικές γενιές τεχνολογίας.
Και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η φθηνότερη κάμερα μπορεί πράγματι να παράγει χρήσιμα ποσοτικά δεδομένα.
Γιατί έχει σημασία
Σήμερα ο λεπτομερής έλεγχος φωτοβολταϊκών συχνά απαιτεί εξειδικευμένες επιστημονικές κάμερες, οι οποίες μπορεί να κοστίζουν πολύ περισσότερο από ένα consumer σύστημα.
Αν μέρος αυτών των μετρήσεων μπορεί να πραγματοποιηθεί με φθηνότερο hardware, τότε η τεχνολογία γίνεται πιο προσιτή σε εργαστήρια, μικρότερες επιχειρήσεις, εγκαταστάτες και ομάδες συντήρησης.
Δεν σημαίνει ότι τα ακριβά εργαστηριακά συστήματα καταργούνται.
Σημαίνει όμως ότι ορισμένες μετρήσεις θα μπορούσαν να γίνουν πολύ πιο οικονομικά, ιδιαίτερα όταν δεν απαιτείται η απόλυτη ακρίβεια ενός πλήρους laboratory setup.
Η Meta εγκαθιστά το πρώτο υποθαλάσσιο καλώδιο οπτικών ινών στον κόσμο
Το επόμενο βήμα είναι μέτρηση στο φως της ημέρας
Οι ερευνητές θέλουν τώρα να επεκτείνουν τη μέθοδο σε περισσότερα, μέχρι σήμερα μη χαρακτηρισμένα φωτοβολταϊκά.
Παράλληλα εξετάζουν αν το ίδιο calibration model μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε photoluminescence measurements.
Ακόμη πιο ενδιαφέρουσα είναι η πιθανότητα λειτουργίας σε συνθήκες ημέρας.
Σήμερα πολλές τεχνικές luminescence λειτουργούν καλύτερα σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα ή στο σκοτάδι, επειδή το εξωτερικό φως δυσκολεύει την ανίχνευση του ασθενούς σήματος από το φωτοβολταϊκό.
Αν όμως η νέα προσέγγιση προσαρμοστεί ώστε να λειτουργεί αξιόπιστα και υπό φυσικό φωτισμό, θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για πολύ πιο εύκολο επιτόπιο έλεγχο μεγάλων φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων.
Και αυτό ίσως είναι το πιο σημαντικό συμπέρασμα της έρευνας: στα φωτοβολταϊκά, η πρόοδος δεν έρχεται πάντα από ακριβότερα όργανα. Μερικές φορές έρχεται από καλύτερη βαθμονόμηση, καλύτερο software και πολύ πιο έξυπνη χρήση του hardware που ήδη υπάρχει.
