A simple method to estimate the degraded photovoltaic modules from the string open-circuit voltage in solar pumping systems

Abstract

Four regression methods are presented to estimate the number of highly degraded solar panels per string affected by severe potential-induced degradation (PID) from the open-circuit voltage measurement of the string. Three case-study plants, initially affected by PID and evolving into additional problems, are shown. In the tenth year of operation, the plants’ energy production dropped 67.58%, 47.22% and 32.06% below the average annual production in the four first years. The plants are on the roof of agro-industrial facilities, supply power to irrigation pumping systems, and are subjected to high temperatures and humidity. The proposed method solves a heat stress health safety problem, prevents water supply failures, and estimates the size of repowering purchases. Days with very high temperatures are the best times to detect PID in the field but they represent a safety problem for the maintenance workforce in very hot areas. The method is fast and it is not necessary to reach the roof. The methods were also designed and used to estimate the number of degraded panels to be replaced, proceeding to purchase orders based on these estimates. Significant adjusted R^2 values between 0.64 and 0.82 were obtained depending on the regression method used.

Se presentan cuatro métodos de regresión para estimar el número de paneles solares altamente degradados por string afectados por una grave degradación de potencial inducida (PID) a partir de la medición de la tensión en circuito abierto del string. Se muestran tres plantas de estudio de casos, inicialmente afectadas por PID y que evolucionan a fallos adicionales. En el décimo año de funcionamiento, la producción energética de las centrales cayó un 67,58%, 47,22% y 32,06% por debajo de la producción media anual de los cuatro primeros años. Las plantas están en cubierta de instalaciones agroindustriales, suministran energía a sistemas de bombeo para riego y están sometidas a altas temperaturas y humedad. El método propuesto resuelve un problema de seguridad de salud por estrés térmico, evita fallos en el suministro de agua y estima el tamaño de las compras de repotenciación. Los días con temperaturas muy altas son los mejores para detectar PID, pero representan un problema de seguridad para la mano de obra de mantenimiento en zonas muy calurosas. El método es rápido y no es necesario subir a la cubierta. Estos métodos también se han diseñado y utilizado para estimar el número de paneles degradados que debían sustituirse, procediendo a las órdenes de compra en función de estas estimaciones. Se obtuvieron valores de R^2 ajustado significativos de entre 0,64 y 0,82 en función del método de regresión utilizado.