晶硅组件检测与分析0.docx

1、晶硅组件检测与分析0 晶硅组件检测与分析 组件减等在、率输而且法、量问解，异。 发现的组绍便正和 光伏电站的件光伏电站进行等，对电站的发电站建成后不可避免，因输出计算的发电且实际装机容量因此文中基组件热斑现象问题的检测将另如组件的衰减一、组件（笔者曾在某如图 1 所示现电量差异的主逆变器发电组串或组件，一便携 I-V 测试仪和二次修正方法 图 1 某地面电光伏电质量问题由来行了质量检测发电量、KPI 指后，随着时间的因此实际的装机电性能指标如量的不确定性将基于现实存在的象和原因分析以另起他文探讨。 减情况、热斑组方阵）I-V 测某西部多家地面示，通过对电站主要来源为各个电量的差异和组一般的，户

2、外组仪的原理、配套法。 电站某一时段电站晶硅组来已久，几年前，调查发现光指标、电站收益的推移，组件本机容量会逐年PR、CPR 和将对次年各个的客观情况，着以及晶硅组件。 通过相关的组件的分布比测试及功率修正面电站进行考察站逐级逐段分析个组串工作电组件的功率输出组件或方阵组套辐照度计量段各个逆变器的组件如何前，一家权威光伏组件普遍存益及日常运行本身首年光致年减少，那么基EPI 等，其中个电站的计划发着重探讨已并件 PID 功率衰减的测试和分析手比例及是否存在正方法 察，发现在某析，排除了逆电流的波动性，出情况有密切组串的电性能测量仪的类型和特的发电对比 何检测与分威认证机构对国存在各种质量问行维

3、护带来严重致衰减及逐年衰基于原始装机容中包含的光伏电发电量的制定带并网电站的户外减的快速甄别手段，可对自有在 PID 组件等某一随机时段各逆变器本身及对，整体离散率较关联，因此有测试使用便携式特点，接着介绍分析？ 国内已经在运行问题，如热斑重影响。 衰减率和其他衰容量进行理论电池板自身损耗带来一定影响外组件电性能测方法，由于篇有电站的实际等。 各个逆变器的发对应方阵故障、较高，有的甚有必要从汇流箱式 I-V 测试仪绍现场组件功行的多座大型斑、隐裂和功率衰减因素都客论发电量或理论耗部分会逐年响。 测试及功率修篇幅有限，其他际情况有清楚的发电量存在较、设备停机等甚至超过 20%。 箱侧去查找低仪，

4、本部分首先功率测试的一次型晶硅率衰客观存论功年增加，修正方他质的了较大差等因素，。 低功率先介次修1.1 便携式 I-据调研目前市和图 3 所示，器通过采集上找到最大功率电容式 I-V 测生电流对电容束，阻抗非常大，相当于光样点构成了光和可变电子负复杂的控制电增加，所以带1.2 太阳辐照-V 测试仪分类市场上常用的便，可变电子负载上百个负载点所率点。 测试仪以充电式容充电，电容在常高，充电回路光伏组件或阵列光伏组件的 I-V负载式相比，动电路，而对于阵带到户外进行测照数据采集介绍类与测试原理便携式 I-V 测试载式是仪器自所对应的工作式动态电容作为在开始充电时路相当于开路列的负载电阻V 特性曲

5、线。 动态电容式测阵列型的 I-V 测测试会比较笨图绍 试仪主要有可自身内置了电子作电流和工作电为光伏组件的时，阻抗很低几路，那么在电容阻从 0 变化到无 测试方法的优点测试仪，就需笨重。 图 2 可变电子负图 3 动态电容可变电子负载式子负载，当电阻电压值来构成整的动态负载，实几乎为零，充电容的充电过程中无穷大，然后对点是虽然测试速需要比较大的电负载式 容式 式和动态电容式阻从 0 变到无整条 I-V 曲线实际测试时，光电回路相当于中，电容的阻对电压电流进速度较快，精电容器，那么体 容式两种，如图无穷大的时候线，并通过算法光伏组件因有于短路，当充电阻抗从 0 变到无进行采样，这些精度较高，但

6、需么体积和重量就图 2，仪法寻有光电结无穷些采需要就会便携式 I-V 测总辐射表，它两种，如图 4热电型一般为感应元件表面机体内，双层测量精度。 同时为了避免的原理很简单温差电动势，度成正比（在目前光电型辐作为辐照度传来测定太阳辐上增加小的负测试仪在测试过它分为热电型4 所示为热电型为两层玻璃罩结面涂有高吸收率层石英玻璃罩结免太阳辐射对冷单，当太阳辐射将光信号转换在线性误差范围辐照计一般使用传感器件，它的辐照度，分为电负载电阻，通过过程中需要对实（Thermopile型，图 5 为光结构，由玻璃率的黑色涂层结构的作用是冷接点的影响射透过玻璃罩换为电信号输围内），根据用硅光电二极的原理是利用电压

7、输出型和过测量负载电图 4实时的辐照数e Pyranome光电型。 璃罩下黑色感应层，感应元件的是防止热接点单响，增加了一个罩到达热电表感输出，那么这个据毫伏表或电位极管传感器，也用其短路电流与和电流输出型两电阻之间的电压4 热电表（热电数据进行采集ters）和光电应面与内部的热的热接点在感应单方向通过玻璃个白色防辐射盘感应面时，冷热个输出信号与感位差计测出的热也有使用标准太与投射在电池片两种，对于电流压来间接得到短电堆型） ，辐照采集目前电型（Silicon P热电堆等感应应面上，而冷璃罩与环境进盘用来反射阳热结点会产生感应面上所接热电势就可以太阳电池（Re片上的太阳辐流输出型，一短路电流。

8、 前常用的仪器Pyranomete应器件组成。 一冷接点位于仪器进行热交换，提阳光的热辐射。 生温差，由此产接收到的太阳辐以进行读数。 eference cell辐照度的线性关一般可在电路设器是rs）一般器的提高它产生辐照ls）关系设计2 图 5 光电型辐当前我国的太较宽，一般大司），响应时1100nm，响且主要特点是应器件硅光电中性宽带感应图 6 光谱响应（蓝色： 太阳表 1 为两者的电表一般都没偿。 由于在测温度变化所做辐照计（晶硅电太阳辐射观测网大致为太阳全谱时间一般小于响应时间一般小是其响应时间快电二极管（含标应器件，并没有应曲线 阳辐射光谱 绿的特点对比，其没有温度补偿电测量过程中的

9、温做的温度修正精电池片式）网所选用的总谱段的 280nm60s，价格较高小于 10s，其快、价格低廉标准电池），有明显的光谱色： 晶硅电池其中温度特性电路，因此需温度变化引入精度也更高。 总辐射表大部分m 至 3000 nm高。 而光电型其光谱响应范廉。 因此光电表具有一定的光谱选择性。 池片的光谱响应性是环境温度发需要在实际使用入的测量偏差较 分都是热电型m（参考图 6型总辐射表的光范围与太阳能电表的光谱选择性光谱选择特性应 红色： 热电发生改变后，表用中确定光电表较大，热电型则，热电型总辐，来源于荷兰光谱范围大致为电池板的工作光性完全取决于，而热电表中电表的光谱响应表的灵敏度所表观测数据的

10、则拥有质量更辐射表的光谱范兰 KippZone致为 400nm 至光谱范围十分于其自身的光电中的热电堆，属应） 所发生的变化。 的温度系数进行更高的玻璃罩，范围en 公至分接近，电感属于 光行补对一般来说，热的太阳总辐射（POA），而输出功率测试但是电池片型误差和方向误别是光电表的表 1 两种辐射1.3 组件背板组件背板温度树脂探头，图像仪进行辅助池片的结温，结温在组件背硅光伏方阵 I用于实际户外图 7 胶带粘贴热电型总辐射表射，因此在评价而由于光电表的试可使用光电表型光电表也存在误差偏高、校准的温度修正、余射表的特点对比板温度采集 度数据的采集操图 8 为吸盘式。 助测试以确定实这是不正确的

11、背板温度值的基V 特性的现外操作。 贴式测试（环氧表主要用来测价电站的 PR 能的光谱响应和表。 在一些问题，准难度大、以余弦误差和方比 操作有下面两。 一般情况下实际的组件背的，根据美国基础上再加上现场测量推荐氧树脂探头）测量水平面太阳能效比和 EPI和电池的光谱响如电池片的衰以及测量精度和方位误差的测量两种，图 7 为胶下，若温度数据背板温度，需要国 Sandia 实验上 2-3。 或荐的开路电压 阳总辐射，也可一般采用热电响应较为接近衰减特性、易受和电池片封装玻量和控制在校准胶带粘接式测试据的采集精度不要注意的一点是验室的经验值，或者也可以根据法来推算结温可用来测量入电表来计量方阵，所以

12、光伏组受环境污染和玻璃的透射率准的时候需要试，其探头分不够，还需使是很多厂家将一般地面电站据国标GBT1温，但是其过程入射到方阵斜面阵斜面总辐射组件或方阵的实和温度影响、余率都有关系等，要注意的。 分为金属或者环使用高精度 IR将背板温度当成站上的晶硅电18210-2019 程较为繁琐，面上射量实时余弦特 环氧热成成电电池片晶体不适 需要测试灰尘另一电流箱监4mm可计3.串图 8 吸盘式温1.4 功率测试便携式 I-V 曲身也可以将实下的峰值功率损失、组串匹个组串到达汇的判断，因此1.灰尘遮蔽损要根据电站所处试和计算，一般尘，另一块不做一串清洗，一般流、实时辐照和监测每一串的工2.光伏电缆线m

13、2 光伏电缆电计算出每一组串联失配损失 L温度传感器探头试值的修正方法曲线测试仪可以实际自然光照条率。 测试仪修正匹配损失及仪器汇流箱的线缆长此还需要进行第损失补偿损失 L处的地理位置和般可以尝试这两做处理，可通过般组串电流和太和环温，将实时工作电流进行分线损补偿损失 L电阻为 4.375串线损为组串功Lm 头 法 以测试单片组件条件下的实测正的内容为温器自身的测试长度不尽相同第二次修正，Ls 和自然环境，两种方法： 过 I-V 测试功太阳辐照可认时电流换算到分析。 Lc /km，假设功率的 0.28%件、组串和单测功率数据进行温度和光强这两试精度，另外如同，也会存在电将上述损耗补测试期间天气

14、在现场选取典功率，确定灰认为是线性正比到 STC 下的电流设取每一组串电%左右，具体值 单台汇流箱直流行自动修正，即两项修正，并未如果在汇流箱的电缆损耗，同样补偿到实际功气状况及组件表典型的两块组件灰尘遮挡损失。 比关系，对于组流进行对比。 电缆平均长度 4值还需要根据流电路的 I-V 曲即修正到标准未考虑到实际的输入端进行样影响对组件功率值当中，具表面积灰状况件进行对比，选择两个组组串式逆变器对于集中式，40 米，工作电实际线缆长度曲线。 一般仪准测试条件（S际组件的灰尘遮行测量，方阵的件或方阵真实功具体参考如下况，可在现场实一块擦除掉表组串，一串不器，可监测组串，可用过智能汇电流值最大 8

15、A度来计算。 仪器自TC）遮挡的各功率下几点： 实际表面不清洗，串的汇流A，组串当中各个组件实际工作电流不一致导致木桶效应，一般经验值可取 1%。 当然实际值可对组串的每一块组件进行测试，获取 Im 值的最小值，以此计算串联失配损失。 4.测试仪器误差 Le 对于 I-V 特性曲线测试仪，如产品供应商给出的测试最大误差范围5%，可根据实际情况取正偏差的 1.5-2.5%。 因此根据上述可简单得到功率修正公式： Px=Pc*（1000/G）/（1+（*（Tc-25）*（1-Ls）*（1-Lc）*（1-Lm）*（1-Le）（其中 Px 为修正功率，Pc 为实测功率，G 为方阵斜面实时辐照度，组件功

16、率负温度系数，Ls 灰尘遮挡损失，Lc 线损，Lm 匹配损失，Le 设备误差损失）。 二、热斑问题分析 组件上的热斑效应，一般由外部原因和内部原因两类造成。 常见的外部原因有： 组件表面积灰严重且厚薄不均，鸟粪、污物、落叶、方阵组件前部的草木以及周边建筑物或电线杆等阴影遮挡，以及场地不平整、方阵东西设计间距不足造成的自阴影等，使得组件局部光照低于其他正常部位，被遮挡的电池或组件被置于反向偏置状态，消耗其他电池的功率，而功率以热能形式释放，导致该电池片温度较其他正常电池片的温度高。 外在因素导致的热斑问题在光伏电站中普遍存在，可在日常运维工作中采取清洗等措施进行消除。 内部原因和组件的生产制造工

17、艺（特别是焊接和层压）、电池片质量（反向特性、边缘漏电流过大）、接线盒中二极管的长期可靠性、EVA 和背板的耐高温及阻燃能力等因素都有关系，内部原因造成的热斑由于是先天性不足，在电站的运行期间将长期存在，对电站的可靠性带来严重安全隐患，任何一个热斑点造成的功率损耗将限制了组串的输出功率。 图 9-图 14 列举了西部地面电站的部分热斑效应案例，如图 9 所示，组件有多个热斑点且随机分布： 由于或者电池片本身的问题，互联条不清洁造成的污染和虚焊、隐裂、裂片或断栅等原因造成。 热斑导致组件局部的高温较高，有的甚至高达 100以上，而其周边温度仅 30 多，尤其在我国西北地区，在夏日午后持续强烈光照

18、和高温环境下，组件局部温度将持续升高，其结果可能导致玻璃爆裂，组件背板局部老化，严重的甚至会起火燃烧。 图 10 为焊接不良问题导致的热斑灼伤，背板烧穿，原因源于组件工艺问题。 那么在焊接时，就要在工艺上严格控制起焊点，避免起焊点 V 型隐裂。 在串焊接时，也同样要控制起焊点，避免重压及温度过高产生 V 型隐裂。 图 12 可能为组件生产时混入一串低效电池片导致。 图 14 为二极管发热，可能为二极管的质量问题或者连接松动。 图 9图 10 焊接图 19 多个热斑随机接问题导致的1 裂片造成热机分布图 的热斑灼伤痕迹热斑效应图 迹 三、PID 组件PID（Potent和边框玻璃之个组串都有可会

19、逐渐增加，件快速检测 tial Induced 之间存在较高的可能发生，其衰同时 PID 组件图 1图 13Degradation的负电压而产衰减程度也不件由于内部电12 低效电池片 虚焊问题引起图 14 接线盒n 电势诱导衰产生的电性能衰不尽相同，但随电池片的失配严片的混用 起的热斑图 盒发热 衰减）是在高温衰减现象，如果随着时间的推移严重，因此将存 温高湿环境中果电站中发生移，轻微 PID存在较大的热，因晶硅组件生了 PID，一般组件的衰减程热斑隐患，对于件负极般各程度于3.1 测图 1由于的 R低，值较照时过 I-PID 衰减严重本部分列举了测试方法 （1）便携式晶硅组件发生电压 Voc

20、 的降其 IV 曲线的异5 单片电池片（2）开路电于 PID 组件电性Rsh 值一般在几在辐照度较高较低的组件，开时间，便于和正-V 测试难以判（3）便携式需要使用便携失效）。 如下延到组件中间重的组件可通过了在电站现场快I-V 测试法 生 PID 后，其降低。 PID 越异常特征不太片 PID 衰减后的压（Voc）测性能参数有一几百兆欧以上高时，开路电压开路电压值会随正常组件进行明判断的情况下EL 测试法 携式 EL 设备，下图 16 所示，间区域。 过测试开路电快速检验 PIDI-V 曲线形状越严重，其曲线太明显，还需结的 I-V 曲线 测试法 个明显特征，上。 并联电阻值压值和正常组随着

21、辐照的降明显区分。 特，可以用该法PID 组件在 EPID 越严重电压进行检验组件的方法状会出现异常，线移动的趋势结合下面的方法即并联电阻值值的大小对组件组件差异会较小降低而出现大幅特别对于 PID 衰法进行判断。 EL 下的明显特，那么发黑的，而轻微 PID，以供业内人士，电性能参数表就如图 15 箭法（开路电压值会下降很多件的弱光效应小，所以难以辨幅下降。 因此开衰减不明显的特征为边框四周区域会增多，的组件还需要士参考。 表现为 Rsh、箭头所示。 而对压法、EL）进行，甚至低到个应有较大的影响辨别，而在低开路电压法测组件（功率衰周电池片发黑一般从边框四要在低辐照下填充因子和开对于轻微 P

22、ID行综合分析。 个位数，正常组响，如果 Rsh低辐照度下，R测试需要选择低衰减10%），黑（因电池 PN四周开始，逐下检测，开路组件， 组件值较Rsh低辐，通N 结逐渐蔓图 13.2 组3.3 需若存此类使用四、鉴于情况流箱仪器较，度采6 左： 功率衰组串排查方法（1）在低辐箱侧的每一路（2）对于低侧第一片到第（3）根据 I-V需要注意的地存在非 PID 引起类低电压组件可用红外相机拍照总结 于目前国内电站况，因此为掌握箱的距离不同，器测试误差等因即可计算实际采集、修正方法衰减 27% 中： 法 照情况下（建路的组串开路电电压组串，一第十片，并一直V 测试曲线或地方 起的低电压组可利用 PI

23、D 组照虽然也是一种站质量参差不齐握电站组件的实，除光强和温度因素并进行补偿际的衰减率。 同法相关内容。 功率衰减 42%建议辐照度低于电压进行测试一般 PID 容易发直测试到出现或者开路电压测件，可能为其件的弱光效应种方法，但是齐，电站运行实际总功率，度修正外，还偿，才能得到同时文中介绍% 右： 功率衰于 400W/m2试，查找低电压发生在组串的现正常组件为止测试法判断。 其他原因造成应进行测试排除是很难和非 PID行一段时间后，一般以汇流箱还需要考虑方阵到较为准确的电绍了常用 I-V 测衰减 52% ），通过监控压组串。 的负极侧，如 2止。 ，如旁路二极除。 另外由于D 造成的热斑，业主

24、也无法知箱为一个单元逐阵的匹配损失、电站组件总功率测试仪的原理和控数据或现场测20 片一串的，管失效、电池PID 组件也会组件进行区分知晓实际的装逐个检测，由、线缆损耗、率，和组件标和特点，并介测试，对每个，要重点测试负池片失效等，对会存在热斑现象分。 装机容量以及衰由于各个组串到灰尘遮挡损耗标称峰值功率相介绍辐照采集、 汇流负极对于象，衰减到汇耗、相比温辐照采集目前主要是热电型总辐射表和硅基光电二极管型光电表（包括使用标准电池片作为传感器的光电表），由于接受太阳辐射光谱响应范围的不同，在实际应用中应注意区别，前者因其高精度、响应时间长、光谱范围 0.28-3m、环境温度敏感性低、ISO 标准

25、校准等优点，主要用于水平面和方阵斜面太阳总辐射量（包括了直接辐射量、散射辐射量）的采集，可用于电站 PR 或Performance index（PI）计算，后者由于和电池板在光谱响应上有较高的匹配度，可用于光伏组件或方阵的实时功率测试，有条件的电站可同时安装这两块表，可进行辐照对比，如在每天的不同时段上午、中午和下午进行对比，在不同天气下（晴天、阴天、多云）和不同季节进行对比，这样的工作国外相关研究人员都曾做过详细的数据分析。 总体来说，电池片型光电表存在一些问题，诸如电池片的衰减特性、易受环境污染、易受环境温度影响、余弦误差和方向误差偏高、校准难度大及测量精度和电池片封装玻璃的透射率都有关系等，在测试时，由于不同类型组件和电池片光谱响应也不同，测试会存在误差。 在校准的时候，特别是光电表的温度修正、余弦误差和方位误差的测量和控制需要注意，所以综合考虑，目前使用最广泛的还是热电表，对于户外测试准确度要求不高的可使用热电表来采集辐照数据。 热斑问题在电站中非常普遍，可使用热成像仪进行逐个检查，究其原因主要分为组件自身和环境因素两大类，由于热斑问题将导致组串失配，严重的组件非常有必要进行更换，以保障电站运行的可靠性。 PID 组件在高温高湿环境中容易发生，本文基于实际经验提供了较全面的排查方法，也供大家参考，文中尚存在不足之处，有些内容未能深入阐述，还有待于进一步研究。