电致发光检测:重新审视光伏组件隐藏的一面

  • 2021年02月05日
  • 作者: Selina Shi

    Selina Shi

    电子邮件:.(JavaScript must be enabled to view this email address)

  • 翻译: Selina Shi

    Selina Shi

    电子邮件:.(JavaScript must be enabled to view this email address)

正在进行的电致发光检测

正在进行的电致发光检测

近年来,随着技术经济和社会特征的动态进步及优化,太阳能光伏获得了大规模应用。太阳能光伏市场的现状较以往任何时候都要健康。当今的光伏电站建立在上万块大尺寸晶硅组件之上,这些组件由最先进的太阳能电池组成。电池通过创新的连接方式连在一起,双面组件已成为一种主流技术。这些组件由吉瓦水平的公司在线生产,以创纪录的速度运往世界各地的项目现场。

在组件制造方面,为了大量生产全新组件以满足不断增长的市场需求,需要不断的创新和升级生产线。有时,这些创新和升级甚至没有经过适当的验证。从历史上来看,虽然这些创新和升级带来了新的解决方案,但与此同时,在太阳能电池组装成组件后,也会造成对不易发现的质量缺陷的误判。多年来,公用事业光伏电站的建设成本、安装和并网周期已大幅缩短。

总的来说,这表明,与以往相比,通过具有成本效益的快速技术来提高检测水平是更加合理的。因此,考虑到光伏组件可能会在光伏项目的不同阶段不断受到损害,经常使用的电致发光(EL)检测技术毫无疑问的成为最广泛使用的工具之一。EL检测技术能够以大规模的、经济实惠的方式检测光伏组件。实际上,今天每一个参与光伏项目开发的人都知道,EL检测是一种非侵入性的、用于检测太阳能光伏组件电学缺陷的实践方法。

简单来说,为了取得合适的信噪比,获得高质量的EL检测结果,EL检测通常是在黑暗条件下进行,对光伏组件执行EL测量意味着通过直流电源注入正向偏置电流。光伏器件的有源部件自发发出一定波长的发光辐射,然后通过检测器收集。经过处理后,形成对比图像或图谱,展示具有不同发光活性的区域。最后,这些区域被解读为缺陷,而这些缺陷是人眼无法发现的。

在实践中,EL分析以一种定性、快速和直接的方式揭示了被检测样品的健康区域或缺陷区域,呈现出不同的串联和分流电阻。调节注入电流的水平是使用不同电阻方案的原因,不同的电阻方案有助于了解被测电池或组件中发生了什么。因此,一般而言,通过低EL图像的对比度特征,可以推断其结构或架构中存在着的隐藏缺陷。

早在Fuyuki等人发表的文章中,EL检测与红外热检测就已同为可靠的、低成本的大规模质量筛选技术,不断被光伏组件供应商、实验室乃至EPC厂商所采用。多年来,EL检测的专利和推广使运行检测模式有了很大的改进,如移动实验室、无人机以及先进的图像处理。在标准日照条件下实现EL成像这种原来看似乌托邦的想法已经成为现实。

目前,EL信号采集探测器的应用范围相当广泛,简而言之:硅-CCD系统,低成本高效益的CMOS反射相机或基于InGaAs的应用,它们虽然昂贵,但对某些情况特别有效。归根结底,选择其中之一是在分辨率、灵敏度、光谱范围和最终价格之间的权衡,这取决于EL检测环境和最终目标。

做为一种新技术的演进,虽然EL检测在终端市场得到了迅速的、成功的应用,但其经济性、无损性和直观性反过来又导致了一些过度使用和误读,有时会严重影响光伏项目的经济性。EL图像无疑是有价值的,但有时,从EL图像中获得的定性信息在一定程度上是有限的。

由于业界对什么是EL缺陷缺乏共识,因而对EL图像的解释总是存在偏差或一定的主观性。另外,在损坏的太阳能电池背后,所揭示的问题往往是鲜为人知的物理和化学机理,还有随之而来的短期和长期影响,这使EL分析的结果更加复杂。为此,国际电工委员会针对太阳能系统和设备的TC 82专业工作组最近发布了IEC TS 60904-13:2018规范,旨在为EL图像的采集、处理和解读推荐一系列方法,使其最终成为适用于光伏行业标准的初步指南。

无论如何,即使主流市场最终采用了这些标准指南,对EL的解读也将始终存在空间,最终,EL检测会成为一种通用的、无冲突、无偏见的缺陷检测和分类方法。使用EL检测关联图像和光伏组件性能尤为重要,迄今为止,人们已经进行了很多有趣的尝试。在某些情况下,基于EL结果推断经济或法律后果会令EL检测与其他知名的组件表征方法(例如I-V曲线测量或红外热成像)互为补充,从而全面了解缺陷背后的机理,然后得出更准确、更公平的结论,特别是在涉及罚款或保修索赔的情况下。

尽管如此,得益于第三方专业检验和测试实体(如Enertis)的调查,在光伏项目的下述生命周期中,EL仍将是检查光伏组件质量状况的重要手段:i)组件供应协议或EPC合同中定义的缺陷标准;ii)在组件生产过程中,EL图像的物理收集和评估;iii)出货前;iv)交付时;v)甚至在固定结构和跟踪器安装之后。

因此,如果要令可靠的太阳能光伏发电成为全球清洁能源的主要来源,EL检测具有重要的意义和支持作用。因此,在太阳能光伏项目的开发过程中,迟早都要讨论制定组件的EL缺陷标准、检测的抽样规则以及出现不合格项时的责任问题。

EL技术进入太阳能行业已有15年。目前,垂直整合型的吉瓦水平制造商推出了创新的高功率光伏电池/组件,并在极短的时间内完成生产和安装,我们在此回顾了在哪些情况下,由独立专家顾问设计和进行的EL分析会成为EPC公司和光伏业主的重要决策工具。

为此,我们回顾并评论了Enertis在不同的项目开发和市场环境中进行的EL检测实例,即:
- 制造和装运前测试。
- 交货检验。
- 安装后检查。

PV-Tech原创文章,未经许可严禁转载,违者必究

(责任编辑:Selina Shi)

合作伙伴

鸣谢

Solar Media