太陽能光伏組件現場檢測技術研究及應用

李 元

（寧夏新能源研究院（有限公司），銀川 750021）

光伏發電項目具有顯著的環保價值和經濟效益，近年來受到市場的追捧，各種并網發電項目正在如火如荼地建設，光伏電站設備產品和施工質量卻參差不齊。以關鍵設備光伏組件為例，其大致可占到光伏電站單位建設總成本的50%，其在生命周期內會出現隱裂、熱斑、功率衰減和材料老化等缺陷問題，隨著并網電站運營的時間推移，它們都將直接或間接地帶來安全隱患和效益損失。因此，光伏組件現場檢測是光伏電站運營全生命周期安全質量管控的必備環節。

1 光伏組件現場檢測

光伏組件現場檢測根據組件的使用狀態可分為三個階段。一是安裝前到貨驗收，該階段作為光伏組件交付節點的首次質量確認，可清晰明確地評估光伏組件的出廠產品質量及性能參數，檢測結果的好壞可直接作為產品退換和補賠的依據。二是光伏組件安裝或并網后的驗收檢測，通過檢測結果和數據分析，以及與到貨驗收檢測結果的對比確認，可直接評估光伏組件安裝施工的建設質量。三是光伏組件并網運行后全生命周期內的檢測，該階段檢測主要適用于光伏組件和系統發電能力的評估和優化改進，以及安全運行的持續保障。

光伏組件現場檢測項目主要有8項：光伏組件外觀檢查、光伏組件電致發光（EL）測試、光伏組件IV功率測試、光伏組件背板材料光譜一致性檢測、光伏組件紅外（熱斑）檢測、光伏組件功率衰減測試、光伏組件灰塵（陰影）遮擋測試以及光伏組件串并聯失配損失測試。其中，前4項主要適用于組件到貨驗收和光伏組件安裝或并網后的驗收檢測階段，而8項均適用于光伏組件并網運行后全生命周期內的檢測工作，值得一提的是，光伏組件電致發光（EL）測試和光伏組件IV功率測試是組件現場檢測過程中最重要和關鍵的項目。

2 光伏組件檢測技術研究及應用

2.1 光伏組件外觀檢查

光伏組件外觀檢查一般采用直觀目擊檢查方式，其目的是通過肉眼直接檢查出缺陷，必要時可借助照明設備[1]。組件外觀檢查主要關注（包括正面、背面和邊框）：EVA變黃、電池片變色、破片、位移、封裝氣泡、鼓包、邊框變形開裂、背板變色褶皺鼓泡開裂、可視熱斑（電池片或者背板有明顯燒黑或者燒壞的）、接線盒脫落、銘牌標識等缺陷。檢查發現存在以上缺陷問題的光伏組件屬不達標或不合格產品，一般需要返廠更換或現場維修，未經缺陷處理一般是不允許入場安裝的，圖例如圖1所示。

圖1 光伏組件電池片破片

2.2 光伏組件電致發光（EL）檢測

光伏組件EL檢測是根據晶體硅電池的電致發光特性對光伏組件進行缺陷檢測，通過給組件正向施加1.0～1.5倍短路電流，電池硅片會發出1 000～1 100 nm的紅外光，測試儀的紅外鏡頭可以捕捉到該波長的光并形成EL圖像，通過分析所拍攝的EL圖像，可根據圖像中組件電池片表現的不同光亮強度進一步判斷光伏組件內部的結構狀況，判定光伏組件電池片是否存在缺陷，可發現組件隱裂、黑片、斷柵、裂片和虛焊等組件內部結構缺陷問題，還可以根據缺陷的形狀進一步分析缺陷類別和可能成因，其STC條件下圖例如圖2所示。

2.3 光伏組件IV功率測試

光伏組件IV功率測試是組件現場檢測最重要的內容，利用光伏組件的伏安IV特性，IV特性曲線如圖3所示。該項測試應在晴朗無云且日照和風力達到穩定時，在測試輻照度大于700 W/m3的條件下，使用IV測試儀進行I-V功率檢測，測試數據可得到開路電壓Voc、短路電流Isc、最大功率點的電壓和電流、轉換效率、填充因子FF等參數數據。

圖2 光伏組件EL檢測

圖3 IV特性曲線

光伏組件標稱功率，通常是銘牌功率，該功率數值是在實驗室使用AAA級太陽光模擬器，在標準測試條件下（STC條件為：組件背板溫度25℃，輻照度1 000 W/m2）的功率測試值，由于實驗室標準測試條件下的檢測數據不受外部天氣和環境因素影響，無需進行數據修正；同時，實驗室AAA級太陽光模擬器檢測精度更高，能夠真實準確地反映光伏組件的最大功率值。因此，光伏組件IV功率測試現場測試時，要量測出更加真實和準確的功率數據，除要選擇輻照穩定的測試條件外，對組件溫度的測量和輻照度的測量也要求盡可能準確，選擇精度更高的檢測儀器，并對檢測人員的測試手法進行強化訓練。現場測試后，要在STC條件下修正現場測試數據。

2.4 光伏組件背板材料光譜一致性檢測

光伏組件中的背板作為保護電池片和封裝材料的直接屏障，對組件的安全性、長期可靠性和耐久性起著至關重要的作用。要達到保護組件的目的，背板需具備良好的機械強度與韌性、耐候性、絕緣、水汽阻隔、耐腐蝕和耐風沙磨損等各種平衡的性能?，F場不同批次或品牌的光伏組件背板材料間的差異，將會直接影響同一組串，甚至同一陣列光伏組件的串并聯安裝的匹配度，為最大限度地降低光伏組件串并聯適配損失，保持組件發電性能較好的一致性，現場使用標準圖譜信息庫齊全，能夠快速檢測便攜式紅外光譜儀檢測組件背板材料的一致性，通過抽樣檢測結果的分析，可對光伏組件的分區安裝給予合理建議和意見。

2.5 光伏組件紅外（熱斑）檢測

并網光伏電站常常存在局部陰影遮擋的情況，遮擋將會逐步形成電池片熱斑現象，熱斑缺陷電池片溫度異常過高，從而破壞組件的表面封裝材料，嚴重時會燒壞光伏電池，引發火災事故。正常情況下，電池片溫度呈均勻分布，如果出現個別電池片溫度異常過高，那么該電池片可能由正常的光能轉電能過程，變為組件的負載消耗電能發熱。紅外檢測采用紅外熱像儀來排查電站所有組件熱斑情況，其利用熱點效應，通過非接觸檢測，能夠靈敏、準確地感應出被測物表面發生的溫度變化，從而實現對光伏組件或電池片熱斑缺陷的檢測，并將缺陷的位置直觀準確地顯示在紅外圖像中。檢測時組件正常運行，且組件表面輻照度應高于600 W/m2，需確保有足夠的輻照使有問題的部位產生高溫。紅外測試重點掃描光伏組件電池熱斑、缺陷旁路二極管、接線盒和連接器等部位。

3 光伏組件現場檢測分析

3.1 光伏組件衰減

光伏組件衰減測試，利用IV功率測試結果，通過與標稱功率或前期已知功率數據對比，進一步得到功率衰減值，從而判定光伏組件是否滿足技術參數要求，同時可結合組件EL測試圖片分析判定組件功率衰減和功率低下的可能原因，詳情如表1所示。

表1 組件IV測試結果

3.2 光伏組件灰塵（陰影）遮擋

現場選擇具有代表性的積灰光伏組件，清洗前測試樣品組件功率數據，并記錄輻照度和組件背板溫度；清洗后，重復測試該組件的功率數據；分別修正到STC測試條件。前后數據對比，得出該灰塵/污漬遮擋損失率。同時，根據灰塵遮擋的損失情況制定合理有效的組件清洗周期計劃；亦可通過遮擋損失數據分析和成本核算，選擇自動清洗裝置或組件表面噴覆涂層，降低灰塵附著和遮擋狀況，切實提高光伏組件的發電能力，增加發電收益。陰影損失測試方法同上，通過陰影遮擋測試，可為并網電站光伏組件的安裝優化提供數據依據。

3.3 光伏組件串、并聯失配損失

并網光伏電站的串并聯失配損失是光伏組件或組串實際電性能不一致而造成的，由于各個方陣的距離不同，其發電回路壓降也存在一定差異，因此其電性能的不一致造成組件的失配損失[2]。通過組件和組串功率測試數據，人們可以計算出光伏組件串、并聯失配損失結果。

光伏組件串聯失配損失測試時，先斷開選定樣品組串，對選定光伏組串中每一塊光伏組件進行IV測試，并記錄測試輻照強度和組件溫度；再檢測整個串聯光伏組串的IV數據，分別將檢測數據修正STC條件的數據并進行計算。光伏組件并聯失配損失測試時，可參照以上方法，分別計算各光伏組串和匯流箱整體IV數據，數據修正后進行計算。

4 結語

近年來，我國大規模建設光伏電站，光伏組件的現場檢測工作為并網光伏電站全周期和全過程的安全質量管控提供有效支持，也是并網光伏電站安全健康運行、持續高效收益的重要保證。因此，隨著檢測標準和檢測技術的不斷升級改進，光伏組件現場檢測技術、檢測方案和檢測項目體系也將不斷完善和優化，為并網光伏電站提供準確、可靠的檢測技術服務。