李 元

（寧夏新能源研究院（有限公司），銀川 750021）

光伏發(fā)電項(xiàng)目具有顯著的環(huán)保價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，近年來(lái)受到市場(chǎng)的追捧，各種并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目正在如火如荼地建設(shè)，光伏電站設(shè)備產(chǎn)品和施工質(zhì)量卻參差不齊。以關(guān)鍵設(shè)備光伏組件為例，其大致可占到光伏電站單位建設(shè)總成本的50%，其在生命周期內(nèi)會(huì)出現(xiàn)隱裂、熱斑、功率衰減和材料老化等缺陷問(wèn)題，隨著并網(wǎng)電站運(yùn)營(yíng)的時(shí)間推移，它們都將直接或間接地帶來(lái)安全隱患和效益損失。因此，光伏組件現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)是光伏電站運(yùn)營(yíng)全生命周期安全質(zhì)量管控的必備環(huán)節(jié)。

1 光伏組件現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

光伏組件現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)根據(jù)組件的使用狀態(tài)可分為三個(gè)階段。一是安裝前到貨驗(yàn)收，該階段作為光伏組件交付節(jié)點(diǎn)的首次質(zhì)量確認(rèn)，可清晰明確地評(píng)估光伏組件的出廠產(chǎn)品質(zhì)量及性能參數(shù)，檢測(cè)結(jié)果的好壞可直接作為產(chǎn)品退換和補(bǔ)賠的依據(jù)。二是光伏組件安裝或并網(wǎng)后的驗(yàn)收檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)結(jié)果和數(shù)據(jù)分析，以及與到貨驗(yàn)收檢測(cè)結(jié)果的對(duì)比確認(rèn)，可直接評(píng)估光伏組件安裝施工的建設(shè)質(zhì)量。三是光伏組件并網(wǎng)運(yùn)行后全生命周期內(nèi)的檢測(cè)，該階段檢測(cè)主要適用于光伏組件和系統(tǒng)發(fā)電能力的評(píng)估和優(yōu)化改進(jìn)，以及安全運(yùn)行的持續(xù)保障。

光伏組件現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)項(xiàng)目主要有8項(xiàng)：光伏組件外觀檢查、光伏組件電致發(fā)光（EL）測(cè)試、光伏組件IV功率測(cè)試、光伏組件背板材料光譜一致性檢測(cè)、光伏組件紅外（熱斑）檢測(cè)、光伏組件功率衰減測(cè)試、光伏組件灰塵（陰影）遮擋測(cè)試以及光伏組件串并聯(lián)失配損失測(cè)試。其中，前4項(xiàng)主要適用于組件到貨驗(yàn)收和光伏組件安裝或并網(wǎng)后的驗(yàn)收檢測(cè)階段，而8項(xiàng)均適用于光伏組件并網(wǎng)運(yùn)行后全生命周期內(nèi)的檢測(cè)工作，值得一提的是，光伏組件電致發(fā)光（EL）測(cè)試和光伏組件IV功率測(cè)試是組件現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過(guò)程中最重要和關(guān)鍵的項(xiàng)目。

2 光伏組件檢測(cè)技術(shù)研究及應(yīng)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(guò)肉眼直接檢查出缺陷，必要時(shí)可借助照明設(shè)備[1]。組件外觀檢查主要關(guān)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(biāo)識(shí)等缺陷。檢查發(fā)現(xiàn)存在以上缺陷問(wèn)題的光伏組件屬不達(dá)標(biāo)或不合格產(chǎn)品，一般需要返廠更換或現(xiàn)場(chǎng)維修，未經(jīng)缺陷處理一般是不允許入場(chǎng)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(fā)光（EL）檢測(cè)

光伏組件EL檢測(cè)是根據(jù)晶體硅電池的電致發(fā)光特性對(duì)光伏組件進(jìn)行缺陷檢測(cè)，通過(guò)給組件正向施加1.0～1.5倍短路電流，電池硅片會(huì)發(fā)出1 000～1 100 nm的紅外光，測(cè)試儀的紅外鏡頭可以捕捉到該波長(zhǎng)的光并形成EL圖像，通過(guò)分析所拍攝的EL圖像，可根據(jù)圖像中組件電池片表現(xiàn)的不同光亮強(qiáng)度進(jìn)一步判斷光伏組件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)狀況，判定光伏組件電池片是否存在缺陷，可發(fā)現(xiàn)組件隱裂、黑片、斷柵、裂片和虛焊等組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷問(wèn)題，還可以根據(jù)缺陷的形狀進(jìn)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(cè)試

光伏組件IV功率測(cè)試是組件現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)最重要的內(nèi)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(xiàng)測(cè)試應(yīng)在晴朗無(wú)云且日照和風(fēng)力達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，在測(cè)試輻照度大于700 W/m3的條件下，使用IV測(cè)試儀進(jìn)行I-V功率檢測(cè)，測(cè)試數(shù)據(jù)可得到開路電壓Voc、短路電流Isc、最大功率點(diǎn)的電壓和電流、轉(zhuǎn)換效率、填充因子FF等參數(shù)數(shù)據(jù)。

圖2 光伏組件EL檢測(cè)

圖3 IV特性曲線

光伏組件標(biāo)稱功率，通常是銘牌功率，該功率數(shù)值是在實(shí)驗(yàn)室使用AAA級(jí)太陽(yáng)光模擬器，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(cè)試值，由于實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的檢測(cè)數(shù)據(jù)不受外部天氣和環(huán)境因素影響，無(wú)需進(jìn)行數(shù)據(jù)修正；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室AAA級(jí)太陽(yáng)光模擬器檢測(cè)精度更高，能夠真實(shí)準(zhǔn)確地反映光伏組件的最大功率值。因此，光伏組件IV功率測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，要量測(cè)出更加真實(shí)和準(zhǔn)確的功率數(shù)據(jù)，除要選擇輻照穩(wěn)定的測(cè)試條件外，對(duì)組件溫度的測(cè)量和輻照度的測(cè)量也要求盡可能準(zhǔn)確，選擇精度更高的檢測(cè)儀器，并對(duì)檢測(cè)人員的測(cè)試手法進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試后，要在STC條件下修正現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)。

2.4 光伏組件背板材料光譜一致性檢測(cè)

光伏組件中的背板作為保護(hù)電池片和封裝材料的直接屏障，對(duì)組件的安全性、長(zhǎng)期可靠性和耐久性起著至關(guān)重要的作用。要達(dá)到保護(hù)組件的目的，背板需具備良好的機(jī)械強(qiáng)度與韌性、耐候性、絕緣、水汽阻隔、耐腐蝕和耐風(fēng)沙磨損等各種平衡的性能?，F(xiàn)場(chǎng)不同批次或品牌的光伏組件背板材料間的差異，將會(huì)直接影響同一組串，甚至同一陣列光伏組件的串并聯(lián)安裝的匹配度，為最大限度地降低光伏組件串并聯(lián)適配損失，保持組件發(fā)電性能較好的一致性，現(xiàn)場(chǎng)使用標(biāo)準(zhǔn)圖譜信息庫(kù)齊全，能夠快速檢測(cè)便攜式紅外光譜儀檢測(cè)組件背板材料的一致性，通過(guò)抽樣檢測(cè)結(jié)果的分析，可對(duì)光伏組件的分區(qū)安裝給予合理建議和意見。

2.5 光伏組件紅外（熱斑）檢測(cè)

并網(wǎng)光伏電站常常存在局部陰影遮擋的情況，遮擋將會(huì)逐步形成電池片熱斑現(xiàn)象，熱斑缺陷電池片溫度異常過(guò)高，從而破壞組件的表面封裝材料，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒壞光伏電池，引發(fā)火災(zāi)事故。正常情況下，電池片溫度呈均勻分布，如果出現(xiàn)個(gè)別電池片溫度異常過(guò)高，那么該電池片可能由正常的光能轉(zhuǎn)電能過(guò)程，變?yōu)榻M件的負(fù)載消耗電能發(fā)熱。紅外檢測(cè)采用紅外熱像儀來(lái)排查電站所有組件熱斑情況，其利用熱點(diǎn)效應(yīng)，通過(guò)非接觸檢測(cè)，能夠靈敏、準(zhǔn)確地感應(yīng)出被測(cè)物表面發(fā)生的溫度變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏組件或電池片熱斑缺陷的檢測(cè)，并將缺陷的位置直觀準(zhǔn)確地顯示在紅外圖像中。檢測(cè)時(shí)組件正常運(yùn)行，且組件表面輻照度應(yīng)高于600 W/m2，需確保有足夠的輻照使有問(wèn)題的部位產(chǎn)生高溫。紅外測(cè)試重點(diǎn)掃描光伏組件電池?zé)岚?、缺陷旁路二極管、接線盒和連接器等部位。

3 光伏組件現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)分析

3.1 光伏組件衰減

光伏組件衰減測(cè)試，利用IV功率測(cè)試結(jié)果，通過(guò)與標(biāo)稱功率或前期已知功率數(shù)據(jù)對(duì)比，進(jìn)一步得到功率衰減值，從而判定光伏組件是否滿足技術(shù)參數(shù)要求，同時(shí)可結(jié)合組件EL測(cè)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(cè)試結(jié)果

3.2 光伏組件灰塵（陰影）遮擋

現(xiàn)場(chǎng)選擇具有代表性的積灰光伏組件，清洗前測(cè)試樣品組件功率數(shù)據(jù)，并記錄輻照度和組件背板溫度；清洗后，重復(fù)測(cè)試該組件的功率數(shù)據(jù)；分別修正到STC測(cè)試條件。前后數(shù)據(jù)對(duì)比，得出該灰塵/污漬遮擋損失率。同時(shí)，根據(jù)灰塵遮擋的損失情況制定合理有效的組件清洗周期計(jì)劃；亦可通過(guò)遮擋損失數(shù)據(jù)分析和成本核算，選擇自動(dòng)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(shí)提高光伏組件的發(fā)電能力，增加發(fā)電收益。陰影損失測(cè)試方法同上，通過(guò)陰影遮擋測(cè)試，可為并網(wǎng)電站光伏組件的安裝優(yōu)化提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.3 光伏組件串、并聯(lián)失配損失

并網(wǎng)光伏電站的串并聯(lián)失配損失是光伏組件或組串實(shí)際電性能不一致而造成的，由于各個(gè)方陣的距離不同，其發(fā)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(guò)組件和組串功率測(cè)試數(shù)據(jù)，人們可以計(jì)算出光伏組件串、并聯(lián)失配損失結(jié)果。

光伏組件串聯(lián)失配損失測(cè)試時(shí)，先斷開選定樣品組串，對(duì)選定光伏組串中每一塊光伏組件進(jìn)行IV測(cè)試，并記錄測(cè)試輻照強(qiáng)度和組件溫度；再檢測(cè)整個(gè)串聯(lián)光伏組串的IV數(shù)據(jù)，分別將檢測(cè)數(shù)據(jù)修正STC條件的數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算。光伏組件并聯(lián)失配損失測(cè)試時(shí)，可參照以上方法，分別計(jì)算各光伏組串和匯流箱整體IV數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)修正后進(jìn)行計(jì)算。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)大規(guī)模建設(shè)光伏電站，光伏組件的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作為并網(wǎng)光伏電站全周期和全過(guò)程的安全質(zhì)量管控提供有效支持，也是并網(wǎng)光伏電站安全健康運(yùn)行、持續(xù)高效收益的重要保證。因此，隨著檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)技術(shù)的不斷升級(jí)改進(jìn)，光伏組件現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)方案和檢測(cè)項(xiàng)目體系也將不斷完善和優(yōu)化，為并網(wǎng)光伏電站提供準(zhǔn)確、可靠的檢測(cè)技術(shù)服務(wù)。