新南威尔士大学光致发光户外实地组件检测技术直击痛点

作者: | 发布日期: 2017 年 11 月 03 日 9:53 | 分类: 产业资讯

光伏产品检测主要可分为两大块,以出货作为分割线,前段主要是为了实现品控分档,后端主要是为运维提供支持。随着全球光伏装机量逐年的级数增长,以及第一批光伏组件逐渐达到寿命年限,户外光伏组件的检测作为运维的重要组成部分,变得愈发要紧。然而,户外检测由于受各种条件限制,技术上一直存在难点。一方面事情极其重要,另一方面事情又很难做,这就是实实在在的痛点。新南威尔士大学(The University of New South Wales, Australia)新近开发的光致发光(PL)户外实地组件检测技术直击痛点,提供了一种先进的最为可行的解决方案,在这个领域,算是革命性的发明也不为过。

(Bhoopathy, Progress in Photovoltaics, 2017)

已有的检测手段有哪些?

户外检测具有非常大的局限性:光源不受控制,安装好了不能随意搬动,连好了线不能随意拆开,等等。一般我们常用的检测包括眼睛看、测I-V、紫外荧光、红外热成像等等。眼睛看不用讲了褪色、脱层、玻璃碎了可以看得出来,别的都不用想了;测I-V,只能看到整个组件的状况,并不能分析出具体的电池来;紫外荧光只能用于检测裂痕;红外热成像只能用来检测热斑。

比较高级一点的是电致发光(EL)或者光致发光(PL)高分辨率成像,裂痕、串阻、旁路二极管失效、光衰、PID、CID都可以拿下。在市面上已经有一些户外EL检测系统了,但受制于必须注入电流产生电致发光,所以接线比较复杂,而且受限于复杂的光照条件,一般这样的测量只能在夜间进行。而市面上并没有PL的检测手段,同样是因为光照条件的多变性所限。

新南威尔士大学的这项工作基本解决了上述的所有难点,为产品化铺平了道路。

新技术新在何处?

自然光即为光致发光的光源。

无需接触,无需断线,无需在逆变器端插入别的硬件。

一个系统仅仅由一个InGaAs红外摄像头、一个电池大小的白光LED光源,和一台电脑构成。

光致发光技术原理不用多讲了,兔子之前也有介绍,一句话,就是载流子浓度越大,发光越强烈。这里需要略作强调的是,在开路状况下(OC),因为所有的光生载流子都需要复合,所以发光最为强烈;而在短路状况下(SC),所有的载流子都从外面跑了,所以基本不发光,这个就是户外PL检测技术的核心思想。因为通过将电池在OC和SC之间快速调制,就可以将硅材料PL发光和强烈的背景日光分离开来。简单来说,就是OC条件下是日光+硅材料光致发光,而SC条件下只有日光,两者做减法就是硅材料光致发光的部分。

具体的实施上,SC和OC的调制是由那个LED实现的。将LED盖在控制电池上,LED关的时候,基本上对于串联在一起且没有旁路二极管的的电池的影响就是,大家都断路OC了;而将LED打开的时候,大家都SC了。当然你需要把LED挪到另外一个电池上面,测量被盖住的那个电池的性能。一个检测,LED挪一个位置,每个位置SC和OC曝光两次,结束。非常简单快捷。

波长的巧妙选择

这是另一个精妙的设计。硅的光致发光,比起环境太阳光弱了太多了,信噪比非常非常低,基本上很难摘出有效信号来(PL是有用的,环境光是没有用的)。这也一直以来是技术上的难点。为了解决这个问题,研究人员盯上了1110到1170nm这个波段。在这个光谱的这个波段的太阳光能量非常低,因为这是大气中水蒸气的吸收峰。然而对于硅材料来说,PL发光可丝毫不受影响。所以在这个波段的信噪比完全已经达到了能够精确测量的程度。这里从室内EL和室外PL的信号比较也可以看的出来。不得不说,这也是大自然为户外光致发光技术开了一扇窗!

检测性能

从一开始的PL和EL的图比较看来,户外PL(左边)基本达到了室内EL(右边)的水准。但显然无接触、不干预、可在白天操作的PL,比EL要来的简单的多。裂痕、位错、低效电池,一目了然。

未来展望

串联电阻相关的功能还有待开发,比如说断栅等等。这需要更细致的调制,而不是仅仅在OC和SC两个点。这个用一个可变光强的LED来实现,也不是难事。兔子认为,这项技术既可以精确快速的实现故障诊断,降低运维成本;同时故障信息也可以准确的反馈给组件制造商,用于改进制作工艺。这项技术的开发在户外组件检测的领域,可以算是革命性的突破。

原文来源:PV兔子

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