สนามทดสอบกลางแจ้งพลังงานแสงอาทิตย์แบบเปิด
โครงการ Open Solar Outdoors Test Field (OSOTF) เป็นโครงการที่จัดตั้งขึ้นภายใต้หลักการโอเพนซอร์ส ซึ่งเป็นระบบทดสอบที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์ และคอยตรวจสอบผลผลิตของโมดูลโซลาร์เซลล์ จำนวนมากอย่างต่อเนื่อง พร้อมทั้งเชื่อมโยงประสิทธิภาพของโมดูลเหล่านั้นกับข้อมูลทางอุตุนิยมวิทยาที่มีความแม่นยำสูงจำนวนมาก
ประวัติศาสตร์
เนื่องจาก อุตสาหกรรม เซลล์แสงอาทิตย์เติบโตขึ้น ความต้องการงานวิจัยคุณภาพสูงในการออกแบบและเพิ่มประสิทธิภาพระบบพลังงานแสงอาทิตย์ในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่สมจริง (และบางครั้งก็รุนแรง) เช่นในแคนาดาจึงเพิ่มมากขึ้น[ 1 ]เพื่อตอบสนองความต้องการนี้ จึงได้มีการจัดตั้งOpen Solar Outdoors Test Field (OSOTF) ขึ้น โดย OSOTF ได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกด้วยความร่วมมืออย่างแข็งแกร่งระหว่าง Queen's Applied Sustainability Research Group ซึ่งบริหารงานโดยJoshua M. Pearceที่มหาวิทยาลัย Queen's (ปัจจุบันอยู่ที่Michigan Tech ) และSustainable Energy Applied Research Centre (SEARC) ที่ St. Lawrence College ซึ่งนำโดย Adegboyega Babasola ความร่วมมือนี้ได้เติบโตอย่างรวดเร็วจนรวมถึงพันธมิตรในอุตสาหกรรมหลายราย และ OSOTF ได้รับการออกแบบใหม่เพื่อให้ข้อมูลและงานวิจัยที่สำคัญสำหรับทีม
OSOTF เป็นระบบทดสอบที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์ ซึ่งตรวจสอบผลผลิตของแผงโซลาร์เซลล์มากกว่า 100 แผงอย่างต่อเนื่อง และเชื่อมโยงประสิทธิภาพของแผงเหล่านั้นกับข้อมูลทางอุตุนิยมวิทยาที่มีความแม่นยำสูงจำนวนมาก การทำงานเป็นทีมส่งผลให้เกิดระบบที่ใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งของโลกสำหรับการวิเคราะห์ในระดับ รายละเอียดเช่นนี้ และสามารถให้ข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับประสิทธิภาพที่แท้จริงของแผงโซลาร์เซลล์ในสภาพแวดล้อมจริงได้ แตกต่างจากโครงการอื่นๆ หลายโครงการ OSOTF จัดตั้งขึ้นภายใต้หลักการ โอเพนซอร์ส
เมื่อดำเนินการวิเคราะห์ข้อมูลทั้งหมดเสร็จสิ้นแล้ว จะมีการเปิดให้ชุมชนผู้ใช้เซลล์แสงอาทิตย์และประชาชนทั่วไปเข้าถึงได้โดยเสรี[ 2 ]
โครงการแรกของ OSOTF คำนวณการสูญเสียเนื่องจากหิมะตกของระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ขยายการสูญเสียเหล่านี้ไปยังสถานที่ใดๆ ก็ได้โดยใช้ข้อมูลสภาพอากาศ และแนะนำแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการออกแบบระบบในสภาพอากาศที่มีหิมะตก[ 1 ] [ 3 ]งานนี้สำเร็จได้โดยการสร้างวันจำลองโดยใช้ข้อมูลเชิงประจักษ์จาก OSOTF [ 4 ] [ 5 ]การประยุกต์ใช้ OSOTF นี้ได้รับการกล่าวถึงอย่างกว้างขวางในสื่อ[ 6 ]
พันธมิตร
ระบบนี้เกิดขึ้นได้ด้วยการสนับสนุนจากสภาวิจัยวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์แห่งแคนาดาและความร่วมมือจาก:
- บริษัท แอดวานซ์ โซลาร์ อินเวสต์เมนต์ จำกัด
- เอยา อินสตรูเมนต์
- คาลาม่า คอนซัลติ้ง
- ดูปองท์ แคนาดา
- อีไอคิว เอนเนอร์จี
- บริษัท เฮลิเยน อิงค์
- บริษัท เคโค นิว เอนเนอร์จี อิงค์
- นาโนฟิล์ม
- มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมิชิแกน
- บริษัท โฟโตโวลตาอิก เพอร์ฟอร์แมนซ์ แล็บส์ อิงค์
- ชูเอโก้ แคนาดา
- ซิลแฟบ ออนแทรีโอ
- บริษัท โซเวนทิกซ์ แคนาดา อิงค์
- ศูนย์วิจัยประยุกต์ด้านพลังงานยั่งยืนวิทยาลัยเซนต์ลอว์เรนซ์
- บริษัท เทคโนโลยีพลังงานยั่งยืน จำกัด
- กลุ่มความยั่งยืนประยุกต์ของควีนส์
- มหาวิทยาลัยเอกชนโบลิเวีย
- บริษัท ยูนิ-โซลาร์ โอโวนิก จำกัด
การพัฒนาสิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับการทดสอบนี้เป็นเครื่องพิสูจน์ถึงความมุ่งมั่นของ อุตสาหกรรม เซลล์แสงอาทิตย์ในการสร้างสรรค์นวัตกรรมอย่างต่อเนื่อง และนักวิจัยหวังว่าจะเป็นเครื่องมือที่มีค่าสำหรับการรับรองการพัฒนาระบบพลังงานที่ยั่งยืนทั่วโลก[ 7 ]
สนามทดสอบพลังงานแสงอาทิตย์กลางแจ้ง
พื้นที่ทดสอบพลังงานแสงอาทิตย์กลางแจ้ง SEARC ประกอบด้วยพื้นที่ทดสอบสองแห่งแยกกัน โดยพื้นที่ที่ใหญ่ที่สุดตั้งอยู่บนดาดฟ้าของอาคารกังหันลมและอาคารฝึกอบรมวิชาชีพแห่งใหม่ที่วิทยาลัยเซนต์ลอว์เรนซ์ และมีพื้นที่สำหรับแผงโซลาร์เซลล์เชิงพาณิชย์ 60 แผง ซึ่งแบ่งออกเป็นแปดมุม ได้แก่ 5.10, 15, 20, 30, 40, 50 และ 60 องศา สามารถรับชมวิดีโอสดจากพื้นที่ทดสอบได้ทางออนไลน์เข้าถึงข้อมูลทั้งหมดได้ที่นี่
พื้นที่ทดสอบที่สองตั้งอยู่บนดาดฟ้าเรียบของวิทยาลัยเซนต์ลอว์เรนซ์ และประกอบด้วยระบบถ่วงน้ำหนักบนดาดฟ้าเรียบเชิงพาณิชย์สองระบบ สามารถรับชมวิดีโอสดของพื้นที่ทดสอบนี้ได้ทางออนไลน์
นอกจากนี้ ยังมี Queen's Innovation Park Test Site ซึ่งพัฒนาขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาเบื้องต้นเกี่ยวกับผลกระทบของหิมะต่อประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ โดยได้รับการสนับสนุนทางการเงินจากSustainable Energy Technologiesประกอบด้วยแผงโซลาร์เซลล์ 16 แผง ติดตั้งทำมุมตั้งแต่ 0 ถึง 70 องศา โดยติดตั้งสองแผงในแต่ละมุมที่เพิ่มขึ้นทีละ 10 องศา โดยการตรวจสอบผลผลิตของแผงโซลาร์เซลล์ ปริมาณแสงอาทิตย์ที่ส่องเข้ามา ปริมาณหิมะที่ตก และปัจจัยทางอุตุนิยมวิทยา สามารถกำหนดการสูญเสียเนื่องจากหิมะที่ตกสำหรับระบบโดยทั่วไปในมุมต่างๆ ได้ นอกจากนี้ การวัดอุณหภูมิของแผงโซลาร์เซลล์ยังช่วยให้เข้าใจกลไกการละลายของหิมะได้ดียิ่งขึ้น มีการพัฒนาชุดอัลกอริธึมการวิเคราะห์ที่ช่วยให้สามารถวิเคราะห์ข้อมูลอย่างต่อเนื่องเพื่อกำหนดปัจจัยต่างๆ เช่น อัตราส่วนการปกคลุมของหิมะโดยใช้การวิเคราะห์ภาพอัตราส่วนประสิทธิภาพ และการประมาณการการสูญเสีย/การได้มาเนื่องจากหิมะที่ตก คำอธิบายโดยละเอียดของเซ็นเซอร์และการวัดที่ใช้ในการศึกษาจะแสดงอยู่ด้านล่าง
ข้อกำหนด
พื้นที่ทดสอบพลังงานแสงอาทิตย์กลางแจ้งแบบเปิด (Open Solar Outdoors Test Field)ได้รับการออกแบบให้เป็นสถานที่ทดสอบกลางแจ้งที่ทันสมัยที่สุดแห่งหนึ่ง ทำให้สถานที่แห่งนี้เป็นหนึ่งในพื้นที่ทดสอบพลังงานแสงอาทิตย์ชั้นนำในอเมริกาเหนือ ความสามารถของพื้นที่ทดสอบนี้แสดงอยู่ในตารางต่อไปนี้
| การวัด | อุปกรณ์ | คำอธิบาย | ความแม่นยำ |
| รังสีจากดวงอาทิตย์โดยตรง | ไพราโนมิเตอร์ CMP-22 | อุปกรณ์มาตรฐานรองคุณภาพสูงสุด การสอบเทียบสามารถตรวจสอบย้อนกลับได้โดยตรงไปยังศูนย์อ้างอิงทางรังสีวิทยาโลกในเมืองดาวอส ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ | <1% |
| รังสีแสงอาทิตย์แบบกระจาย | ไพราโนมิเตอร์ CMP-22 | อุปกรณ์มาตรฐานรองคุณภาพสูงสุด การสอบเทียบสามารถตรวจสอบย้อนกลับได้โดยตรงไปยังศูนย์อ้างอิงทางรังสีวิทยาโลกในเมืองดาวอส ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ พร้อมแถบปรับเงาได้ | <1% |
| รังสีแสงอาทิตย์-ค่าอัลเบโด | ไพราโนมิเตอร์ CMP-11 | อุปกรณ์มาตรฐานรอง การสอบเทียบสามารถตรวจสอบย้อนกลับได้โดยตรงไปยังแหล่งอ้างอิงทางรังสีวิทยาโลกในเมืองดาวอส ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ | <2% |
| ความเร็วและทิศทางลม | เครื่องวัดความเร็วลม RM-young | เซ็นเซอร์วัดความเร็วและทิศทางลมแบบบูรณาการตามมาตรฐาน WMO | +/- 3 เมตร/วินาที +/- 3° |
| อุณหภูมิ/ความชื้นสัมสัมพัทธ์ | โรโทรนิค ไฮโกรคลิป | เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ/ความชื้นสัมพัทธ์ในตัว พร้อมแผ่นป้องกันรังสี | ความชื้นสัมพัทธ์: +/- 1.5% อุณหภูมิ: +/- 0.2 องศาเซลเซียส |
| ความลึกของหิมะ | เซ็นเซอร์วัดความลึกของหิมะแบบอัลตราโซนิค SR50 | ให้ข้อมูลการวัดปริมาณหิมะบนพื้นดินที่แม่นยำโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิกที่ปรับเทียบแล้ว สามารถระบุความลึกของหิมะทั้งหมดและอัตราการสะสม/การยุบตัวของหิมะได้ | +/- 0.4% |
| ระบบเก็บรวบรวมข้อมูล | แคมป์เบลล์ ไซเอนทิซิทีฟ ซีอาร์1000 | มาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการตรวจสอบสภาพแวดล้อมที่มีความแม่นยำสูง ขยายขีดความสามารถด้วยมัลติเพล็กเซอร์เพื่อรองรับการวัดมากกว่า 106 จุด | +/- 0.12% |
| ภาพถ่าย | กล้อง IP StarDot NetCam | กล้องความละเอียดสูง ถ่ายภาพอาร์เรย์ทุกๆ 5 นาที ภาพถ่ายจะถูกนำไปใช้กับซอฟต์แวร์วิเคราะห์ภาพที่ปรับแต่งเอง เพื่อให้ได้ข้อมูลต่างๆ เช่น พื้นที่ที่ครอบคลุม อัตราการสะสม และอัตราการไหล | เซ็นเซอร์ 3 ล้านพิกเซล |
| อุณหภูมิแผงควบคุม | เทอร์โมคัปเปิลชนิด T แบบกำหนดเอง | การตรวจสอบโปรไฟล์อุณหภูมิของแผงควบคุมโดยใช้สายเทอร์โมคัปเปิลชนิด T ที่มีค่าความคลาดเคลื่อนจำกัดพิเศษ ต่อเข้ากับมัลติเพล็กเซอร์แบบโซลิดสเตทพร้อมระบบชดเชยจุดเชื่อมต่อเย็นในตัว | +/- 0.5 องศาเซลเซียส |
| การตรวจสอบกำลังไฟของแผงควบคุม | ทรานสดิวเซอร์แบบกำหนดเองพร้อมMPPT | แผงโซลาร์เซลล์ได้รับการตรวจสอบโดยใช้ทรานสดิวเซอร์วัดกำลังไฟฟ้ากระแสตรงที่เป็นกรรมสิทธิ์ ซึ่งได้รับการสอบเทียบโดยใช้เครื่องมือที่สามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ถึง NIST ทรานสดิวเซอร์นี้จะวัดค่า Vmp และ Imp ในช่วงเวลาการเก็บข้อมูลปกติ การใช้อุปกรณ์ MPPT ที่มีประสิทธิภาพ 99.7% ช่วยให้มั่นใจได้ว่าจุดกำลังไฟฟ้ากระแสตรงสูงสุดของแผงโซลาร์เซลล์ภายใต้สภาวะการใช้งานจริงใดๆ ก็ตามนั้นเป็นที่ทราบกันดี | <1% |
| การกระจายสเปกตรัม | สเปกโทรเมตร Ocean Optics USB4000 | เครื่องสเปกโทรเมตรคุณภาพสูงช่วยให้สามารถตรวจสอบผลกระทบของสเปกตรัมภายในช่วงความไวของแผงโซลาร์เซลล์ได้ ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งในการตรวจสอบอัตราส่วนประสิทธิภาพเชิงปฏิบัติ และในการศึกษาผลกระทบของค่าอัลเบโดต่อประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ | ความแม่นยำเชิงเส้นที่แก้ไขแล้ว >99.8% ช่วงสเปกตรัม 200 นาโนเมตร - 1100 นาโนเมตร |
ลิงก์ภายนอก
- OSOTF ที่ Appropedia
- คู่มือการออกแบบและการดำเนินงานของ SEARC OSOTF