Jump to content

Методы анализа фотоэлектрических модулей

Типичная фотоэлектрическая электростанция

множество различных анализа фотоэлектрических модулей Доступно и необходимо для проверки фотоэлектрических модулей (PV) методов , обнаружения происходящей деградации и анализа свойств элементов.

Анализ фотоэлектрических модулей во время производства и эксплуатации является важной частью обеспечения надежности и, следовательно, энергоэффективности фотоэлектрической технологии. Поэтому это имеет решающее значение для обеспечения качества солнечных модулей . [ 1 ]

В течение своего срока службы фотоэлектрические модули подвергаются серьезным изменениям погодных и рабочих условий, что приводит к к большим перепадам температур (день-ночь, лето-зима, освещенность ) и механическим воздействиям (ветер, снег, град). Это может привести к усилению деградации по сравнению с обычным износом материалов с течением времени, что приводит к появлению режимов деградации (DM), которые могут оказать (негативное) влияние на срок службы и выработку энергии. Чтобы предсказать влияние DM на фотоэлектрический модуль или даже фотоэлектрическую систему и развитию DM по обнаружению , необходимы исследования . Доступно несколько различных методов анализа, поскольку каждый из них визуализирует и анализирует различные DM и свойства, что позволяет, следовательно, делать конкретные утверждения. [ 1 ]

Методы анализа

[ редактировать ]

Некоторые DM, такие как следы улиток или разбитие стекла, видны невооруженным глазом. Другие, такие как трещины в ячейках и несовпадения токов в клетках, можно визуализировать с помощью люминесцентных методов, а горячие точки можно обнаружить с помощью инфракрасной термографии . В этой статье представлен обзор распространенных методов анализа, используемых для эксплуатации и технического обслуживания (ЭиТО) фотоэлектрических модулей в полевых условиях. [ 2 ]

Визуальный осмотр

[ редактировать ]

Поскольку это самый дешевый и быстрый метод, визуальный осмотр всегда является первым выбором. Это можно делать при каждой проверке фотоэлектрической станции, а также более детально, соблюдая определенную процедуру. Поскольку визуальный осмотр носит субъективный характер, для обеспечения сопоставимости разрабатываются формы оценки. [ 3 ]

Возможные дефекты, которые можно выявить при визуальном осмотре: разбитие стекла, электрохимическая коррозия, следы ожогов (переднего или заднего листа), расслоение переднего или заднего листа, потемнение (вызванное кислородом воздуха или нагреванием), следы улиток. , загрязнения и другие. [ 2 ]

измерение ВАХ-кривой

[ редактировать ]

Кривая вольт-амперного напряжения (кривая IV) фотоэлектрического модуля дает информацию о соотношении между током и напряжением модуля и, следовательно, о его качестве и эффективности солнечного элемента . Можно провести различие между измерениями ВАХ в лаборатории в стандартных условиях испытаний (STC) и измерениями вне полевых условий. [ 1 ]

Измерения в стандартных условиях испытаний (STC: 1000 Вт/м). 2 , 25 °C, воздушная масса (АМ) 1,5 радиации) показывают характеристики фотоэлектрического модуля и его качество, а также позволяют сравнивать его с другими модулями, измеренными в тех же условиях. Для обеспечения STC необходимы лабораторные условия и определенное оборудование. Необходим имитатор солнечной энергии и испытательный стенд: модуль (или ячейка) монтируется на испытательном стенде, а затем облучается в течение доли секунды (так называемая «вспышка»). Во время вспышки напряжение модуля колеблется в определенном диапазоне и измеряется результирующий ток, в результате чего формируется ВАХ-кривая . Обычно для лабораторных измерений IV можно ожидать точности около 3%. [ 2 ]

IV-кривая фотоэлектрического модуля и эффекты, вызванные последовательным и шунтирующим сопротивлениями, а также несоответствием ячеек

При сборе ВАХ-кривых в полевых условиях следует учитывать, что интенсивность излучения и температура не поддаются контролю. Таким образом, чтобы сравнить полученную ВАХ с кривыми, полученными в других условиях, ее необходимо адаптировать к STC с помощью поправочных коэффициентов для измеренной освещенности и температуры ячейки. Калиброванное солнечное устройство можно использовать для измерения текущего солнечного излучения, а датчик температуры (например, Pt100) — для измерения температуры ячейки исследуемого модуля. Для измерения ВАХ одного модуля портативные устройства, так называемые измерители ВАХ. доступны [ 4 ] Современный инвертор или устройство отслеживания точки максимальной мощности (MPPT) способны измерять IV-кривую подключенной цепочки ( последовательная цепь из нескольких фотоэлектрических модулей). [ 5 ]

В работающем фотоэлектрическом модуле экстремальными условиями являются обрыв цепи и короткое замыкание. При разомкнутой цепи напряжение максимальное ( напряжение холостого хода V OC ), а ток нулевой. Тогда как при коротком замыкании ток максимальный ( ток короткого замыкания , I SC ), а напряжение нулевое. Мощность определяется произведением тока и напряжения и имеет максимум в точке максимальной мощности (MPP). Одним из параметров, определяющих качество фотоэлектрического модуля, является коэффициент заполнения собой соотношение между максимальной мощностью (P MPP ) модуля и виртуальной мощностью ( PT (FF), который представляет , произведение V OC и I SC ). Все эти значения можно извлечь из измеренной кривой IV. Кроме того, кривая IV позволяет определить шунтирующее сопротивление ( RS SH ) и последовательное сопротивление ( RS ) фотоэлектрического модуля. Последовательное сопротивление — это совокупное сопротивление всех материалов и их переходов, которое должен преодолеть создаваемый ток, чтобы достичь нагрузки. Увеличение RS близкой приводит к меньшему наклону кривой IV, VOC к . Вместо этого шунтирующее сопротивление описывает силу разделения pn-переход в солнечном элементе . Уменьшение сопротивления шунта приводит к увеличению наклона IV кривой вблизи I SC . [ 2 ] Электрические несоответствия между ячейками модуля приводят к ступенчатому поведению ВАХ. Та же самая характеристика может возникнуть из-за частичного затенения, которое само по себе создает несоответствие. [ 6 ]

Инфракрасная термография

[ редактировать ]
Термографическое изображение фотоэлектрического модуля с горячими точками в центре ячейки.

Некоторые ДМ приводят к разнице потенциалов между ячейками модуля или частями одной ячейки, что обычно приводит к повышению температуры, так называемым горячим точкам. Инфракрасная называется (ИК) камера позволяет получить изображение температуры модуля с высоким пространственным разрешением, это термографией . С помощью термографии возможны три различных метода измерения. Первый из них называется стационарной термографией и может быть выполнен в полевых условиях. В лабораторных условиях возможно проведение импульсной термографии и синхронной термографии, что позволит получить более детальное представление о фотоэлектрическом модуле. [ 1 ]

Стационарная термография выполняется, когда фотоэлектрический модуль находится в нормальном режиме работы и работает в установившихся условиях. Это можно сделать на уровне модулей, в виде обзорных изображений нескольких модулей или даже на огромных участках фотоэлектрической установки с помощью беспилотных летательных аппаратов (дронов). [ 7 ] Безоблачный день, освещенность не менее 700 Вт/м. 2 Предпочтительными условиями измерения являются низкие температуры окружающей среды и низкая скорость ветра. Поскольку инфракрасное излучение уменьшается с расстоянием, изображение следует делать под углом от мин. 60° и лучше всего под углом 90° к плоскости модуля. Одновременно необходимо предотвратить появление любой тени на модуле (например, от облаков, зданий, оператора или камеры). Из-за конвективной теплопередачи изменения в модуле на 3-5 К являются нормальными. Вместо этого горячие точки представляют собой большие локальные перепады температур, кратные 10 К. Горячая точка может влиять только на часть ячейки в сломанных ячейках, влиять на целые ячейки в случае несоответствия или даже на несколько ячеек, обычно близко к корпусу модуля в случае потенциального повреждения. индуцированная деградация (ПИД). [ 2 ]

УФ-флуоресценция

[ редактировать ]

Ультрафиолетовая флуоресценция (УФ) является общим принципом в различных областях исследований. Воздействие на материал ультрафиолетового (УФ) света возбуждает электроны люминофоров (более конкретно: флуорофоров ) в материале в более высокие энергетические состояния и испускает фотоны с длинами волн, специфичными для материала, путем излучательной рекомбинации . Эти фотоны можно увидеть невооруженным глазом, получить изображение с помощью камеры или проанализировать с помощью УФ/ВИД-спектрометра . источник с ограниченной полосой пропускания ( светодиод в УФ-режиме) и длиннополосный фильтр. Чтобы отличить источник возбуждения от излучаемого сигнала, можно использовать [ 8 ]

Люминофоры изначально отсутствуют в фотоэлектрических модулях. Из-за длительного воздействия УФ-излучения во время работы (после 80 кВтч/м 2 , что эквивалентно примерно одному году эксплуатации [ 2 ] ), они создаются как продукты распада молекул в капсуле модуля (обычно этиленвинилацетат , ЭВА). Таким образом, UVF полезен для анализа состояния EVA в фотомодуле, но только через определенное время. ДМ в других материалах модуля (стекле, ячейках, заднем листе) не видны непосредственно при УФ-флуоресценции, но могут привести к изменениям EVA, которые становятся видимыми. Если кислород в процессе разложения участвует , происходит окисление и образуются нефлуоресцентные продукты разложения. Кислород может поступать через задний лист в модуль и в капсулу. Но только между клетками и в клеточных трещинах он способен проникнуть через щели в переднюю капсулу, где становится видна его реакция. Таким образом, на УФ-изображении видны рамки вокруг клеток и дорожки вдоль клеточных трещин благодаря отсутствию сигнала флуоресценции. [ 8 ]

В то время как УФ-изображение с помощью камеры дает представление об интенсивности люминесценции и, следовательно, о плотности флуорофоров, УФ-спектроскопия анализирует тип присутствующих флуорофоров путем измерения излучаемого спектра в точном месте модуля. Следовательно, это позволяет, например, делать заявления об истории температуры ячейки, поскольку более высокие температуры приводят к появлению дополнительных пиков в измеренном спектре. [ 8 ] На измеренный УФ-сигнал может влиять множество причин: например, положение на модуле, время работы модуля, фактическая температура, а также история изменения температуры модуля, полученные дозы тепла, влажности и УФ-излучения, а также другой. [ 7 ]

Люминесценция

[ редактировать ]

На изображениях люминесценции носители внутри диода солнечных элементов фотоэлектрического модуля возбуждаются, и люминесцентное излучение испускается за счет излучательной рекомбинации. Длина волны испускаемых фотонов определяется энергией запрещенной зоны материала ячейки, которая представляет собой фотоны в коротковолновом инфракрасном (SWIR) режиме при 1140 нм для кремния. [ 9 ] Поскольку сигнал люминесценции создается материалом солнечного элемента, он дает представление о состоянии материала элемента и, следовательно, позволяет обнаруживать дефекты, такие как трещины элемента, ФИД, а также определять свойства материала, такие как последовательное сопротивление. Сигнал можно собрать камерой, датчик которой чувствителен в режиме SWIR. Для возбуждения солнечных элементов обычно используются два разных подхода: электролюминесценция и фотолюминесценция. [ 10 ]

Электролюминесценция

[ редактировать ]

Для электролюминесцентной визуализации (EL) возбуждение кремния инициируется внешним прямым током, подаваемым на разъемы модуля источником питания. Возникающее прямое смещение заставляет мажоритарный носитель пересекать pn-переход, что приводит к усилению рекомбинации. Этот метод соответствует принципу работы светоизлучающих диодов (СИД). [ 10 ]

Обычно ЭЛ проводится в лабораторных условиях, где темная среда обеспечивает разделение испускаемого и окружающего излучения. А также EL на открытом воздухе в условиях низкой освещенности [ 11 ] это практически осуществимо. Чтобы избавиться от любого шума (в лабораторных условиях, вызванного электроникой и статистическими флуктуациями испускаемых фотонов, а также внешнего излучения) в собранном сигнале, вычитание фона выполняется ЭЛ-изображения. Поэтому снимается идентичное изображение при выключенном питании, которое состоит только из шума и может быть вычтено из исходного изображения. Электролюминесцентные изображения позволяют обнаруживать многие DM, такие как трещины ячеек, несовпадения ячеек, разрывы пальцев, PID и другие. [ 10 ]

Фотолюминесценция

[ редактировать ]

Фотолюминесцентное изображение (ФЛ) осуществляется с помощью внешнего источника света для возбуждения носителя внутри кремния солнечных элементов. Если цепь не подключена или нагрузка на модуль достаточно высока, возбужденный носитель не сможет покинуть солнечный элемент и будет рекомбинировать, что приводит к люминесцентному излучению. Источник света должен иметь узкий спектр, например, светодиод или гомогенизированный диодный лазер, чтобы обеспечить легкое разделение собственного света на сигнал люминесценции. Кроме того, разделение может быть обеспечено с помощью фильтра длинных частот или даже полосового фильтра . В лабораторных условиях применяются те же правила, что и для EL, и необходимо выполнить вычитание фона. [ 10 ] Новый подход использует дневной свет в качестве возбуждающего источника (фотолюминесценция дневного света на открытом воздухе), что приводит к еще меньшему количеству необходимого оборудования. [ 12 ] [ 13 ]

Преимущество PL перед EL заключается в том, что электрическое подключение к модулю не требуется. Таким образом, ФЛ может выполняться в течение всего цикла производства солнечных элементов (ЭЛ только при наличии разъемов), а работающие фотомодули могут оставаться подключенными к сети, тогда как для ЭЛ их необходимо отключить и подключить внешний источник питания. Помимо ДМ, обнаруживаемых с помощью ЭЛ, ФЛ может измерять время жизни неосновных носителей в материале ячейки, длину диффузии и напряжение на диоде. [ 14 ]

  1. ^ Jump up to: а б с д Кенгес, Марк; Орески, Гернот; Ян, Ульрика; Герц, Магнус; Хаке, Питер; Вайс, Карл-Андерс (2017). Оценка отказов фотоэлектрических модулей на местах: Программа Международного энергетического агентства по фотоэлектрическим энергосистемам: IEA PVPS, задача 13, подзадача 3: отчет IEA-PVPS T13-09:2017 . Париж: Международное энергетическое агентство. п. 117. ИСБН  978-3-906042-54-1 . Проверено 24 июня 2020 г.
  2. ^ Jump up to: а б с д и ж Кенгес, Марк; Курц, Сара ; Паккард, Коринн; Ян, Ульрика; Бергер, Карл А.; Като, Казухико (2014). Производительность и надежность фотоэлектрических систем, подзадача 3.2: Обзор отказов фотоэлектрических модулей: задача 13 IEA PVPS: внешний окончательный отчет IEA-PVPS . МЭА. ISBN  978-3-906042-16-9 .
  3. ^ Кенгес, Марк; Курц, Сара; Паккард, Коринн; Ян, Ульрика; Бергер, Карл А.; Като, Казухико (2014). Производительность и надежность фотоэлектрических систем, подзадача 3.2: Анализ отказов фотоэлектрических модулей: Задача 13 IEA PVPS: внешний окончательный отчет IEA-PVPS, Приложение A: Контрольный список состояния модуля . МЭА. ISBN  978-3-906042-16-9 .
  4. ^ Дирнбергер, Даниэла (январь 2010 г.). «Неопределенность измерений ВАХ поля в крупномасштабных фотоэлектрических системах» . 25-я конференция ЕС-PVSEC . 6-10 сентября 2010. Валенсия. doi : 10.4229/25EUPVSEC2010-4BV.1.62 . Проверено 24 июня 2020 г.
  5. ^ Спатару, Сергей; Сера, Дезсо; Керекес, Тамаш; Теодореску, Ремус (сентябрь 2015 г.). «Мониторинг и обнаружение неисправностей в фотоэлектрических системах на основе измеренных инвертором ВАХ строк» . 31-я Европейская конференция и выставка фотоэлектрической солнечной энергии . Гамбург, Германия. дои : 10.4229/EUPVSEC20152015-5BO.12.2 . Проверено 26 июня 2020 г.
  6. ^ Германн, В.; Визнер, В.; Вассен, В. (6 августа 2002 г.). «Исследования горячих точек фотоэлектрических модулей – новые концепции стандарта испытаний и последствия для проектирования модулей в отношении байпасных диодов» . Протокол конференции Двадцать шестой конференции специалистов по фотоэлектрической энергии IEEE - 1997 . Анахайм, Калифорния, США: IEEE. стр. 1123–1132. дои : 10.1109/PVSC.1997.654287 . ISBN  0-7803-3767-0 . S2CID   110901132 . Проверено 24 июня 2020 г.
  7. ^ Jump up to: а б Кентгес, Марк; Морье, Арно; Эдер, Габриэле; Флейс, Экхард; Кубичек, Бернхард; Лин, Джей (март 2020 г.). «Обзор: Ультрафиолетовая флуоресценция как инструмент оценки фотоэлектрических модулей» . Журнал IEEE по фотоэлектрической энергии . 10 (2): 616–633. doi : 10.1109/JPHOTOV.2019.2961781 . S2CID   211242913 .
  8. ^ Jump up to: а б с Эдер, Габриэле; Воронко Юлия; Гриллбергер, Пол; Кубичек, Бернхард; Кнёбл, Карл (сентябрь 2017 г.). «Измерения УФ-флуоресценции как инструмент обнаружения эффектов деградации фотоэлектрических модулей» . Конференция: 8-й Европейский симпозиум по погодным явлениям; Естественное и искусственное старение полимеров . Вена, Австрия . Проверено 25 июня 2020 г.
  9. ^ Рейндерс, Анжель; Верлинден, Пьер; Сарк, Вильфрид ван; Фрейндлих, Александр (2017). Фотоэлектрическая солнечная энергия: от основ к применению . Чичестер, Западный Суссекс, Великобритания; John Wiley & Sons Ltd. Хобокен, Нью-Джерси: ISBN  978-1-118-92746-5 .
  10. ^ Jump up to: а б с д Килиани, Дэвид (2013). Методы люминесцентной визуализации кремниевых фотоэлектрических элементов (доктор философии). Университет Констанца.
  11. ^ Ян, Ульрика; Герц, Магнус; Кенгес, Марк; Парлевлит, Дэвид; Пагги, Марко; Цанакас, Иоаннис (2018). Обзор инфракрасных и электролюминесцентных изображений для фотоэлектрических полевых приложений: Программа Международного энергетического агентства по фотоэлектрическим энергетическим системам: IEA PVPS, задача 13, подзадача 3.3: отчет IEA-PVPS T13-12:2018 . Париж: Международное энергетическое агентство. ISBN  978-3-906042-53-4 .
  12. ^ Бхупатия, Рагхави; Кунц, Оливер; Юл, Маттиас; Трупке, Торстен; Хамейри, Зив (январь 2018 г.). «Наружная фотолюминесцентная визуализация фотоэлектрических модулей с солнечным возбуждением». Прогресс в фотоэлектрической энергетике: исследования и приложения . 26 (1): 69–73. дои : 10.1002/pip.2946 . S2CID   103149992 .
  13. ^ Бхупатия, Рагхави; Кунц, Оливер; Юл, Маттиас; Трупке, Торстен; Хамейри, Зив (18 декабря 2019 г.). «Наружная фотолюминесцентная визуализация солнечных панелей путем бесконтактного переключения: технические соображения и применение». Прогресс в фотоэлектрической энергетике: исследования и приложения . 28 (3): 217–228. дои : 10.1002/pip.3216 . S2CID   213529973 .
  14. ^ Трупке, Т.; Митчелл, Б.; Вебер, Дж.В.; Макмиллан, В.; Бардос, РА; Крозе, Р. (2012). «Фотолюминесцентная визуализация для фотоэлектрических приложений» . Энергетическая процедура . 15 : 135–146. дои : 10.1016/j.egypro.2012.02.016 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 919a2cb0bba9a421bb74a914afe9cc0c__1711245960
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/91/0c/919a2cb0bba9a421bb74a914afe9cc0c.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Photovoltaic module analysis techniques - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)