光伏電站現(xiàn)場組件紅外和電致發(fā)光測試的統(tǒng)計分析

胡振球，曾 飛，戴 穗，曾嬋娟，林榮超，林志鴻，張萬輝

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，廣東 佛山 528333）

光伏電站現(xiàn)場組件紅外和電致發(fā)光測試的統(tǒng)計分析

胡振球，曾 飛，戴 穗，曾嬋娟，林榮超，林志鴻，張萬輝

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，廣東 佛山 528333）

通過對某個平鋪于彩鋼瓦屋頂?shù)姆植际焦夥娬具M行紅外熱成像全檢和EL抽檢，對檢測結(jié)果進行匯總統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)熱斑組件與屋頂排放廢氣導(dǎo)致的局部灰塵遮擋有關(guān)，兩個組件廠提供的組件分別存在嚴(yán)重的虛焊、PID效應(yīng)和明暗片問題，三個施工方中其中一個的施工質(zhì)量明顯較另兩個更為規(guī)范。由此可見，初期合理的設(shè)計、選擇優(yōu)質(zhì)的組件供應(yīng)商和規(guī)范的EPC承建方對于分布式電站的建設(shè)至關(guān)重要。

分布式光伏電站；紅外熱成像；電致發(fā)光；統(tǒng)計分析

近年來，分布式光伏應(yīng)用受到國家和各級地方政府部門的大力支持，正處于投資建設(shè)的熱潮中。分布式光伏電站是在工業(yè)廠房屋頂安裝光伏組件，所發(fā)電量就地消納、余電上網(wǎng)。由于屋頂資源有限，為了追求更大的裝機容量，早期的投資者在進行光伏方陣排布的設(shè)計時，一般在屋頂隨彩鋼瓦的坡度密集平鋪組件，且往往在方陣之間未預(yù)留足夠的通道，這不僅在施工時容易導(dǎo)致組件受到踩踏，后期的維護、測試也面臨很大的困難。目前，光伏電站中的組件存在各種質(zhì)量問題［1-2］，利用紅外（IR）和電致發(fā)光（EL）檢測技術(shù)是發(fā)現(xiàn)這些質(zhì)量問題的最常見方法［3-4］。本文通過對華南地區(qū)某分布式光伏電站子系統(tǒng)在現(xiàn)場進行大規(guī)模的紅外、EL檢測，對不同組件品牌、不同承建方的結(jié)果進行匯總統(tǒng)計，分析分布式光伏電站中組件容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題，為分布式屋頂光伏電站的設(shè)計、建設(shè)、運維提供借鑒。

1 項目概況

本次檢測的分布式光伏電站為工業(yè)廠房彩鋼瓦屋頂電站，位于廣東省，總安裝容量為23 MWp，于2013年5月建成并網(wǎng)發(fā)電，分布在1#、2#、3#、4#、5#和6#共6個工廠的19個屋頂，安裝額定功率為245 W和250 W的多晶硅光伏組件共93 100塊，組件由A、B兩個組件供應(yīng)商分別提供，各屋頂由I、II、III三個EPC公司分別承建，A、B兩個組件廠供貨比例分別57.4%和42.6%，I、II、III三個EPC承建比例分別為27.4%、55.7%和16.9%。組件全部平鋪在彩鋼瓦屋頂，每20塊組件串聯(lián)為一個組串，每8～16個組串并聯(lián)接入直流匯流箱，組件排布密集，方陣間均設(shè)有運維通道，圖1為本電站外觀照片。

圖1 光伏電站照片

在該電站現(xiàn)場進行紅外熱成像測試和EL缺陷測試，其中紅外測試覆蓋所有安裝的組件，在輻照大于700 W/m2的晴朗天氣下進行；EL則在每個子系統(tǒng)的每個屋頂隨機抽測10%的組件，以組串為單位進行抽測，共計474個組串9 480塊組件。電站具體情況如表1所示。

表1 分布式光伏電站安裝與檢測

2 紅外熱成像測試結(jié)果及分析

現(xiàn)場使用紅外熱像儀測試組件的熱斑情況，以內(nèi)部電池片溫差高于20 ℃作為熱斑組件的判定標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過統(tǒng)計分析，共發(fā)現(xiàn)23塊熱斑組件，占總組件數(shù)的0.25‰，具體情況如表2所示。

從紅外熱成像的結(jié)果可見，不同的屋頂在熱斑組件比例上有很大不同，熱斑組件比例最高的為1-1、2-2兩個屋頂，均達2‰以上，而其他組件均未發(fā)現(xiàn)或比例很小，熱斑組件的圖像見圖2，a為1號車間屋頂以及B組件熱斑比正常溫度高出約33.8℃的可見光照片及紅外熱成像照片；b為2號車間屋頂以及A組件熱斑比正常溫度高出約31.5 ℃的可見光照片及紅外熱成像照片。

表2 各屋頂組件熱斑情況一覽表

圖2 2#子系統(tǒng)熱斑組件圖像

本項目的1-1、2-2兩個屋頂分別為A組件廠（I承建方）和B組件廠（II承建方），可見熱斑出現(xiàn)的概率與組件廠家、承建方關(guān)系不大。此外，此前的文獻研究還表明，隱裂與熱斑的相關(guān)性不大［5］。對比可見光照片和紅外熱成像照片，熱斑大部分出現(xiàn)在組件最容易積灰的下邊緣處，而1-1和2-2恰巧是19個屋頂中廢氣排放、灰塵污染最為嚴(yán)重的兩個屋頂，因此判斷熱斑的產(chǎn)生很可能與工廠排放的廢氣造成組件的局部灰塵遮擋有關(guān)。

3 EL測試結(jié)果及分析

本測試在夜間用直流電源向光伏方陣的單個組串施加反向電流，通過高分辨率的EL測試儀對該組串組件進行拍攝（由于測試軟件原因，圖像未經(jīng)過魚眼修正）。通EL檢測發(fā)現(xiàn)組件存在各種不同形式的質(zhì)量問題，具體包括：碎片、電池片黑邊、電池黑片、20塊電池黑片、明暗片等，如圖3所示。

圖3 本次EL測試其它異常情況示例圖

對以上EL結(jié)果顯示的質(zhì)量問題的產(chǎn)生原因分析如表3所示。

表3 不同質(zhì)量問題的產(chǎn)生原因

對9 480塊被測組件的EL結(jié)果進行統(tǒng)計分析，19個屋頂9 480塊被測組件中，存在碎片的組件總比例為15.4%，電池片存在虛焊的組件占3.0%，存在PID現(xiàn)象的組件占0.4%，二極管導(dǎo)通的組件占0.2‰，明暗片組件比例為4.7%。如表4所示。從碎片情況看，3-2屋頂最好，未發(fā)現(xiàn)1塊組件存在碎片；5#子系統(tǒng)最差，絕大部分被測組件均存在碎片。

表4 EL圖像統(tǒng)計結(jié)果

3.1 不同組件供應(yīng)商EL檢測結(jié)果及分析

對抽測的A組件和B組件EL檢測結(jié)果進行分析，檢測結(jié)果如表5所示，由表中可以看出：

1）組件存在大量、嚴(yán)重的碎片情況，A、B兩種組件存在碎片的比例均超過10%，其中A更為嚴(yán)重；2）A組件存在電池片虛焊的現(xiàn)象（占5.2%），而B組件未發(fā)現(xiàn)電池片虛焊現(xiàn)象；3）B組件存在PID的現(xiàn)象（占1.0%），而A組件未發(fā)現(xiàn)存在PID現(xiàn)象；4）A和B組件均存在二極管導(dǎo)通的現(xiàn)象（均為1塊，占0.2‰）；5）A組件存在輕微明暗片的現(xiàn)象（0.4%），而B組件較為嚴(yán)重（10.3%）。

表5 不同組件供應(yīng)商EL檢測結(jié)果

由此可見，A、B兩種組件各自存在不同的質(zhì)量問題。

3.2 不同承建方EL檢測結(jié)果及分析

對抽測的不同承建方所安裝的組件進行分析，如表6所示。

表6 不同承建方EL檢測結(jié)果

由表6可知，II和III兩個承建方所安裝的組件均存在大量的碎片，比例接近20%，可能存在普遍的暴力施工現(xiàn)象，而I承包的屋頂組件出現(xiàn)碎片的情況為4.5%，因此I承建方的施工更為規(guī)范。

4 結(jié)論

本文對一個典型的華南地區(qū)分布式光伏電站進行檢測，該電站分布于19個彩鋼瓦工業(yè)廠房屋頂，由2個組件廠、3個EPC承建方分別完成。在現(xiàn)場檢測了全部93 100塊組件的紅外熱成像和9 480塊（10%）組件的EL圖像，通過對檢測結(jié)果進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)熱斑組件與組件廠家和承建方關(guān)系不大，而與屋頂排放廢氣導(dǎo)致的局部灰塵遮擋有關(guān)；EL結(jié)果顯示，兩個組件廠存在不同情況的質(zhì)量問題，包括碎片、PID效應(yīng)、二極管導(dǎo)通、虛焊、明暗片等，其中A組件的虛焊問題嚴(yán)重，而B組件PID效應(yīng)和明暗片的現(xiàn)象嚴(yán)重；三個EPC中，I安裝的組件相比II和III具有明顯更低的碎片比例，因此施工更為規(guī)范。由此可見，初期合理的設(shè)計、選擇優(yōu)質(zhì)的組件供應(yīng)商和規(guī)范的EPC承建方對于分布式電站的建設(shè)至關(guān)重要，應(yīng)盡可能避開在廢氣排放嚴(yán)重的屋頂安裝電站，挑選質(zhì)量過硬的組件廠和施工規(guī)范的承建方，這些直接關(guān)系到系統(tǒng)的發(fā)電量和投資回報率。

［1］ 靳玉石.并網(wǎng)光伏電站晶硅組件常見質(zhì)量問題分析與控制［J］.云南水力發(fā)電，2015, 31（1）：8-9.

［2］ 李品一.太陽能光伏組件長期質(zhì)量與功率保證保險研究［J］.中國保險，2013（8）：47-50.

［3］ 李世民.光伏組件熱斑對發(fā)電性能的影響［J］.發(fā)電設(shè)備，2013，27（1）：61-63.

［4］ 施光輝.電致發(fā)光（EL）在光伏電池組件缺陷檢測中的應(yīng)用［J］.云南師范大學(xué)學(xué)報，2016，36（2）：17-21.

［5］ 邢濤.系統(tǒng)端光伏組件熱斑研究及其成因分析［J］.太陽能，2015（11）：69-72.

Statistical Analysis of Infrared and Electroluminescence Tests for Photovoltaic Power Station

HU Zhenqiu，ZENG Fei，DAI Sui，ZENG Chanjuan，LIN Rongchao，LIN Zhihong，ZHANG Wanhui
（Guangdong Testing Institute of Product Quality Supervision，F(xiàn)oshan Guangdong 528333，China）

s：In this paper，infrared thermal imaging inspection and EL testing are implemented in distributed photovoltaic power station on steel tile roof，and data are analyzed. It is found that the hot spots on modules may be related to partial dust shielding caused by the emission from the roof. Problems including serious welding，PID effect and shading are found in the modules provided by the two manufactures respectively. Among the three constructors，one of the construction quality is significantly better than the other two. Thus it can be seen that，proper design，selection of qualify module suppliers and standard EPC contractors are crucial to the construction of distributed power plants.

distributed photovoltaic power station；infrared thermal imaging；electroluminescence；statistical analysis

TM914.4

A

1672-6138（2017）03-0005-04

10.3969/j.issn.1672-6138.2017.03.002

［責(zé)任編輯：曹娜］

2017-06-09

廣東省省級科技計劃項目（2016A040403070）。

胡振球（1967—），男，廣東順德人，工程師，研究方向：太陽能光伏。