光伏电站现场组件红外和电致发光测试的统计分析

胡振球，曾 飞，戴 穗，曾婵娟，林荣超，林志鸿，张万辉

（广东产品质量监督检验研究院，广东 佛山 528333）

光伏电站现场组件红外和电致发光测试的统计分析

胡振球，曾 飞，戴 穗，曾婵娟，林荣超，林志鸿，张万辉

（广东产品质量监督检验研究院，广东 佛山 528333）

通过对某个平铺于彩钢瓦屋顶的分布式光伏电站进行红外热成像全检和EL抽检，对检测结果进行汇总统计分析，发现热斑组件与屋顶排放废气导致的局部灰尘遮挡有关，两个组件厂提供的组件分别存在严重的虚焊、PID效应和明暗片问题，三个施工方中其中一个的施工质量明显较另两个更为规范。由此可见，初期合理的设计、选择优质的组件供应商和规范的EPC承建方对于分布式电站的建设至关重要。

分布式光伏电站；红外热成像；电致发光；统计分析

近年来，分布式光伏应用受到国家和各级地方政府部门的大力支持，正处于投资建设的热潮中。分布式光伏电站是在工业厂房屋顶安装光伏组件，所发电量就地消纳、余电上网。由于屋顶资源有限，为了追求更大的装机容量，早期的投资者在进行光伏方阵排布的设计时，一般在屋顶随彩钢瓦的坡度密集平铺组件，且往往在方阵之间未预留足够的通道，这不仅在施工时容易导致组件受到踩踏，后期的维护、测试也面临很大的困难。目前，光伏电站中的组件存在各种质量问题［1-2］，利用红外（IR）和电致发光（EL）检测技术是发现这些质量问题的最常见方法［3-4］。本文通过对华南地区某分布式光伏电站子系统在现场进行大规模的红外、EL检测，对不同组件品牌、不同承建方的结果进行汇总统计，分析分布式光伏电站中组件容易出现的质量问题，为分布式屋顶光伏电站的设计、建设、运维提供借鉴。

1 项目概况

本次检测的分布式光伏电站为工业厂房彩钢瓦屋顶电站，位于广东省，总安装容量为23 MWp，于2013年5月建成并网发电，分布在1#、2#、3#、4#、5#和6#共6个工厂的19个屋顶，安装额定功率为245 W和250 W的多晶硅光伏组件共93 100块，组件由A、B两个组件供应商分别提供，各屋顶由I、II、III三个EPC公司分别承建，A、B两个组件厂供货比例分别57.4%和42.6%，I、II、III三个EPC承建比例分别为27.4%、55.7%和16.9%。组件全部平铺在彩钢瓦屋顶，每20块组件串联为一个组串，每8～16个组串并联接入直流汇流箱，组件排布密集，方阵间均设有运维通道，图1为本电站外观照片。

图1 光伏电站照片

在该电站现场进行红外热成像测试和EL缺陷测试，其中红外测试覆盖所有安装的组件，在辐照大于700 W/m2的晴朗天气下进行；EL则在每个子系统的每个屋顶随机抽测10%的组件，以组串为单位进行抽测，共计474个组串9 480块组件。电站具体情况如表1所示。

表1 分布式光伏电站安装与检测

2 红外热成像测试结果及分析

现场使用红外热像仪测试组件的热斑情况，以内部电池片温差高于20 ℃作为热斑组件的判定标准，经过统计分析，共发现23块热斑组件，占总组件数的0.25‰，具体情况如表2所示。

从红外热成像的结果可见，不同的屋顶在热斑组件比例上有很大不同，热斑组件比例最高的为1-1、2-2两个屋顶，均达2‰以上，而其他组件均未发现或比例很小，热斑组件的图像见图2，a为1号车间屋顶以及B组件热斑比正常温度高出约33.8℃的可见光照片及红外热成像照片；b为2号车间屋顶以及A组件热斑比正常温度高出约31.5 ℃的可见光照片及红外热成像照片。

表2 各屋顶组件热斑情况一览表

图2 2#子系统热斑组件图像

本项目的1-1、2-2两个屋顶分别为A组件厂（I承建方）和B组件厂（II承建方），可见热斑出现的概率与组件厂家、承建方关系不大。此外，此前的文献研究还表明，隐裂与热斑的相关性不大［5］。对比可见光照片和红外热成像照片，热斑大部分出现在组件最容易积灰的下边缘处，而1-1和2-2恰巧是19个屋顶中废气排放、灰尘污染最为严重的两个屋顶，因此判断热斑的产生很可能与工厂排放的废气造成组件的局部灰尘遮挡有关。

3 EL测试结果及分析

本测试在夜间用直流电源向光伏方阵的单个组串施加反向电流，通过高分辨率的EL测试仪对该组串组件进行拍摄（由于测试软件原因，图像未经过鱼眼修正）。通EL检测发现组件存在各种不同形式的质量问题，具体包括：碎片、电池片黑边、电池黑片、20块电池黑片、明暗片等，如图3所示。

图3 本次EL测试其它异常情况示例图

对以上EL结果显示的质量问题的产生原因分析如表3所示。

表3 不同质量问题的产生原因

对9 480块被测组件的EL结果进行统计分析，19个屋顶9 480块被测组件中，存在碎片的组件总比例为15.4%，电池片存在虚焊的组件占3.0%，存在PID现象的组件占0.4%，二极管导通的组件占0.2‰，明暗片组件比例为4.7%。如表4所示。从碎片情况看，3-2屋顶最好，未发现1块组件存在碎片；5#子系统最差，绝大部分被测组件均存在碎片。

表4 EL图像统计结果

3.1 不同组件供应商EL检测结果及分析

对抽测的A组件和B组件EL检测结果进行分析，检测结果如表5所示，由表中可以看出：

1）组件存在大量、严重的碎片情况，A、B两种组件存在碎片的比例均超过10%，其中A更为严重；2）A组件存在电池片虚焊的现象（占5.2%），而B组件未发现电池片虚焊现象；3）B组件存在PID的现象（占1.0%），而A组件未发现存在PID现象；4）A和B组件均存在二极管导通的现象（均为1块，占0.2‰）；5）A组件存在轻微明暗片的现象（0.4%），而B组件较为严重（10.3%）。

表5 不同组件供应商EL检测结果

由此可见，A、B两种组件各自存在不同的质量问题。

3.2 不同承建方EL检测结果及分析

对抽测的不同承建方所安装的组件进行分析，如表6所示。

表6 不同承建方EL检测结果

由表6可知，II和III两个承建方所安装的组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现象，而I承包的屋顶组件出现碎片的情况为4.5%，因此I承建方的施工更为规范。

4 结论

本文对一个典型的华南地区分布式光伏电站进行检测，该电站分布于19个彩钢瓦工业厂房屋顶，由2个组件厂、3个EPC承建方分别完成。在现场检测了全部93 100块组件的红外热成像和9 480块（10%）组件的EL图像，通过对检测结果进行统计分析，发现热斑组件与组件厂家和承建方关系不大，而与屋顶排放废气导致的局部灰尘遮挡有关；EL结果显示，两个组件厂存在不同情况的质量问题，包括碎片、PID效应、二极管导通、虚焊、明暗片等，其中A组件的虚焊问题严重，而B组件PID效应和明暗片的现象严重；三个EPC中，I安装的组件相比II和III具有明显更低的碎片比例，因此施工更为规范。由此可见，初期合理的设计、选择优质的组件供应商和规范的EPC承建方对于分布式电站的建设至关重要，应尽可能避开在废气排放严重的屋顶安装电站，挑选质量过硬的组件厂和施工规范的承建方，这些直接关系到系统的发电量和投资回报率。

［1］ 靳玉石.并网光伏电站晶硅组件常见质量问题分析与控制［J］.云南水力发电，2015, 31（1）：8-9.

［2］ 李品一.太阳能光伏组件长期质量与功率保证保险研究［J］.中国保险，2013（8）：47-50.

［3］ 李世民.光伏组件热斑对发电性能的影响［J］.发电设备，2013，27（1）：61-63.

［4］ 施光辉.电致发光（EL）在光伏电池组件缺陷检测中的应用［J］.云南师范大学学报，2016，36（2）：17-21.

［5］ 邢涛.系统端光伏组件热斑研究及其成因分析［J］.太阳能，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，Foshan 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

［责任编辑：曹娜］

2017-06-09

广东省省级科技计划项目（2016A040403070）。

胡振球（1967—），男，广东顺德人，工程师，研究方向：太阳能光伏。