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一招測出問題組件 光伏電站有了“紅外熱像神器”

發布時間:2018-01-25

“熱像儀是生產過程中進行質量控制和現場檢查的理想工具”

在屋頂安裝太陽能發電裝置可將太陽能轉化為電能,然后再轉化為收益——太陽能發電裝置是一項高回報投資。但要保證數十年內獲得高產量、高回報,質量保證是關鍵。太陽能組件作為太陽能發電裝置的重要組成部分,必可靠耐用,并能持續數年生產電能。

光伏電站的質量問題由來已久,根據權威認證機構對國內已經在運行的多座大型晶硅組件光伏電站進行的質量檢測,調查發現光伏組件普遍存在各種質量問題,如熱斑、隱裂和功率衰減等,對電站的發電量、KPI指標、電站收益及日常運行維護帶來嚴重影響。

警惕電站隱形殺手

熱斑效應被稱為光伏組件四大火災隱患之一。在實際使用太陽電池中,若熱斑效應產生的溫度超過了一定極限將會使電池組件上的焊點熔化并毀壞柵線,從而導致整個太陽電池組件的報廢。據國外權威統計,熱斑效應使太陽電池組件的實際使用壽命至少減少10%。

組件上的熱斑效應,一般由外部原因和內部原因兩類造成。常見的外部原因有:組件表面積灰嚴重且厚薄不均,鳥糞、污物、落葉、方陣組件前部的草木以及周邊建筑物或電線桿等陰影遮擋,以及場地不平整、方陣東西設計間距不足造成的自陰影等,使得組件局部光照低于其他正常部位,被遮擋的電池或組件被置于反向偏置狀態,消耗其他電池的功率,而功率以熱能形式釋放,導致該電池片溫度較其他正常電池片的溫度高。外在因素導致的熱斑問題在光伏電站中普遍存在,可在日常運維工作中采取清洗等措施進行消除。

內部原因和組件的生產制造工藝(特別是焊接和層壓)、電池片質量(反向特性、邊緣漏電流過大)、接線盒中二極管的長期可靠性、EVA和背板的耐高溫及阻燃能力等因素都有關系,內部原因造成的熱斑由于是先天性不足,在電站的運行期間將長期存在,對電站的可靠性帶來嚴重安全隱患,任何一個熱斑點造成的功率損耗將限制了組串的輸出功率。

如何準確檢測問題組件?

德國SOLON公司已經實現熱像儀應用于太陽能組件質量控制和檢查的潛在技術。SOLON研發部門經理Oliver Frank解釋道:“我們將FLIR紅外熱像儀廣泛應用于我們的研發部門及現場作業。” FLIR紅外熱像儀在確保太陽能組件在其壽命周期內質量良好方面可發揮重要作用。

SOLON公司于1997年在柏林成立,是積極活躍于全球平臺的太陽能系統供應商。該公司業務主要涉及光伏發電系統、大型屋頂安裝系統和太陽能發電全套裝置的工程規劃及建設,以及太陽能組件的生產。SOLON集團已經在德國、意大利、法國及美國建立分公司。

太陽能組件制造商生產的組件必可靠牢固,能夠持續運行數十年。SOLON公司不負責生產太陽能電池,這意味著SOLON公司必進行質量控制。Frank解釋道:“SOLON是制造商,為確保所有太陽能組件達到我們自己設定的高標準,我們必對所有的太陽能電池和組件材料進行嚴格的質量測試。測試太陽能組件材料時,主要檢測其受壓、耐溫、耐濕等能力。但要進行分流檢測及太陽能電池常規質量測試,則必發揮熱像儀的重要作用。”

Frank繼續表示:“為檢測太陽能電池在夾疊粘合成形前是否存在分流,我們將反偏壓應用于其中一塊電池中,并使用FLIR Systems公司的紅外熱像儀查看其熱成像模式。熱點表明電池的半導體材料在制造時出現缺陷,導致局部分流的出現。進行這一測試可確保電池質量高于一定水平。”

紅外熱像儀的作用顯著

FLIR P65紅外熱像儀被SOLON 柏林總部研發部門應用于這一領域。Frank對此非常滿意。“2006年我們購買了此款紅外熱像儀,到現在它還未出現任何故障。熱像儀分流測試對新生產的太陽能電池進行質量測試作用十分顯著。”

目前市場上應用于分流測試的熱像儀是FLIR T650sc款,其非制冷微量熱型探測器提供的熱圖像的分辨率為640×480像素,熱靈敏度低于20mK。該款熱像儀還包含自動對比度優化算法,方便對具體物體進行熱分析。它還具有互換鏡頭及的相機特性,所以FLIR T650sc紅外熱像儀成為太陽能電池分流檢測測試的理想工具實屬實至名歸。

Frank繼續說道:“研發部門取得成功后,我們便購買了兩臺FLIR T系列紅外熱像儀,并將其應用于現場檢查。這些熱像儀小巧質輕,符合人體工程學設計,適用于現場檢查。”

SOLON公司售后服務部門熱成像專家Volker Denzler解釋道,現場檢查由維修部門負責。“我們在將太陽能發電裝置移交給客戶之前,會使用這些熱像儀對其進行檢查,確保一切完好無損。但是我們也為SOLON太陽能發電裝置購買商提供監測、運行和維修服務。”

Denzler繼續表示:“熱像儀為我們的現場檢查方法增添了諸多便利。沒有買FLIR紅外熱像儀之前,我們必親手測量每個電池電板。大家都能想象,這種做法非常耗時,尤其對于大型裝置來說。即使找到了問題所在的那個電池板,還得猜測到底是哪塊或哪些電池出現了問題。”

迅速發現問題

“通過FLIR Systems公司的紅外熱像儀,我們可以很快發現組件的哪個部位出現了問題,而且通過熱圖像很快便能發現到底是何問題。造成太陽能組件問題可能有多種原因,并且解決每個問題所需的方法也不同。”

熱圖像上的熱點說明了問題發生的原因。一般情況下,熱反常表明出現問題的太陽能組件產電量有所損耗,有些情況下,熱點溫度可能很高,被視為存在安全隱患。但這些問題一般都可以解決。“我們發現,問題產生的原因一般都出現在連接問題上。隨著使用時間的推移,電源連接有時會輕微退化,但這些問題一般都可以很輕松地解決。”

熱像儀有助于發現問題原因

造成電池故障和破損的其他原因有保護性玻璃層破損、旁路二極管出現故障、有陰影等等。Denzler解釋認為:“FLIR紅外熱像儀是目前市場上發現問題所在,解答組件產電量下降的原因的佳工具。尤其在旁路二極管存在缺陷的情況下——假設是由閃電引起——則很難檢查到問題,但熱圖像上可以很清晰地呈現二極管缺陷。這樣的例子不勝枚舉。不管造成太陽能組件故障的原因何在,確定太陽能組件的溫度模式是找到問題非常重要的一個步驟。”

Denzler不僅關注組件本身。“我們會檢查整個裝置,包括電纜、連接器、盒及逆變器。FLIR Systems公司的這些紅外熱像儀也是對電力系統進行常規維修的理想工具。”


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