Діагностика пошкоджень у сонячних панелях за допомогою тепловізійного обстеження.

Вступ

Тепловізійне (інфрачервоне) обстеження – це швидкий та відносно простий метод діагностики сонячних панелей. Він може застосовуватись на працюючій сонячній станції, без необхідності її зупинки. Тепловізійне обстеження можна застосовувати як до окремих панелей, невеликих приватних сонячних станцій, так і для досить швидкого обстеження промислових СЕС.

Вплив на точність

Тепловізійне обстеження дозволяє виявити температурну різницю в сонячній панелі, що виникає під дією зовнішнього струму, або при освітленні панелі. При тепловізійному обстеженні сонячних панелей в темноті, зовнішнє освітлення відсутнє, тому потрібно використовувати блок живлення із струмом близьким до Iкз (1,2). 

1. Струм близький до Iкз
2. Тепловізійне обстеження панелей в темноті

Для більш точної діагностики сонячної панелі, тепловізійні заміри бажано робити у декількох варіантах – під час холостого ходу, у режимі короткого замикання та під час роботи у точці максимальної потужності.

При обстеженні панелей на вуліці, слід проводити заміри в сонячний та безхмарний день, з мінімальним рівнем освітленості 700 Вт/м2. Кут між тепловізором та сонячною панеллю має бути наближеним до 90°, але не меншим ніж 60°. При огляді необхідно уникати віддзеркалення від оточуючих предметів та будівель, в тому числі числі самого оператора (3). Тепловізійне обстеження із задньої сторони сонячних панелей більш точне, в порівнянні із передньою.

Віддзеркалення від оточуючих предметів та будівель
Віддзеркалення від оточуючих предметів та будівель
3. Віддзеркалення від оточуючих предметів та будівель

Коли рівень освітлення рівномірний та стабільний, температура сонячних комірок може відрізнятись лише на пару градусів.  Якщо модуль коротко замкнений, чи присутні дефекти, температура може коливатись набагато ширше. Але слід враховувати, що температурний градієнт, особливо на дахах, може становити до 15° на 8 м, чи 3-5° на одному модулі, внаслідок теплової конвекції.

Шаблони тепловізійного огляду

Результуючі шаблони тепловізійного огляду, з описом можливої несправності та впливом на електричні характеристики. 

  • Один модуль (чи весь стрінг) гарячіший за інші
Один модуль (чи весь стрінг) гарячіший за інші

Можливі причини:

Сонячна панель (стрінг) не підключені.

Вплив на електричні характеристики:

            Відсутній

  • Один під-стрінг гарячіший за інші під-стрінги
Один під-стрінг гарячіший за інші під-стрінги
Один під-стрінг гарячіший за інші під-стрінги

Можливі причини:

Коротке замикання байпас діоду або під-стрінгу

Вплив на електричні характеристики:

Втрата потужності, зменшення Uхх

  • Поодинокі комірки гарячіша за інші. Закономірності немає.
Поодинокі комірки гарячіша за інші. Закономірності немає
Поодинокі комірки гарячіша за інші. Закономірності немає

Можливі причини:

Панель неправильно підключена або всі байпас діоди закорочені. Великі внутрішні ушкодження

Вплив на електричні характеристики:

Велике падіння потужності, велике падіння напруги

  • Поодинокі комірки гарячі, ніжні та ближчі до рамки панелі комірки гарячіші за середні та ті що вгорі.
Поодинокі комірки гарячі, ніжні та ближчі до рамки панелі комірки гарячіші за середні та ті що вгорі.

Можливі причини:

Велика деградація (PID)

Вплив на електричні характеристики:

Потужність сонячної панелі падає, є шанси відновлення панелі

  • Поодинока комірка гарячіша за інші
Поодинока комірка гарячіша за інші
Поодинока комірка гарячіша за інші

Можливі причини:

Затінення, дефектна комірка або деламінація

Вплив на електричні характеристики:

Втрати потужності не обов’язково присутні

  • Частина комірка є гарячішою
Частина комірка є гарячішою
Частина комірка є гарячішою

Можливі причини:

Дефектна комірка або некоректне з’єднання у комірці

Вплив на електричні характеристики:

Велике падіння потужності

  • Точковий нагрів
Точковий нагрів
Точковий нагрів

Можливі причини:

Часткове затінення або артефакт

Вплив на електричні характеристики:

Потужність падає в залежності від площі затінення

  • Частина під-стрінгу значно гарячіша, при однаковому затінені
Частина під-стрінгу значно гарячіша, при однаковому затінені

Можливі причини:

Відсутній чи не працюючий байпас діод

Вплив на електричні характеристики:

Велике падіння струму в умовах часткового затінення. Можливе займання!

Висновки

Як бачимо, тепловізійне обстеження може тільки звернути увагу на певні проблеми. А для отримання чіткої відповіді про характер пошкодження, потрібні додаткові обстеження – як за допомогою зняття ВАХ так і візуального огляду сонячної панелі.

Слід зазначити, що тепловізійне обстеження, також дуже корисне при обстеженні контактів і діодних коробок. За допомогою тепловізора, можна завчасно знайти місця поганого контакту, та запобігти можливій пожежі.

місця поганого контакту
місця поганого контакту

Перелік літератури

J. Bachmann, C. Buerhop-Lutz, C. Deibel, I. Riedel, H. Hoppe, C. J.
Brabec, V. Dyakonov, Organic Solar Cells Characterized by Dark Lock-in
Thermography, Solar Energy Materials and Solar Cells 94 (2010)
C. Buerhop, D. Schlegel, C. Vodermayer, M. Nieß: Quality control of
PV-modules in the field using infrared-thermography, 26th EUPVSEC (WIP,
Hamburg, Germany, 2011)
Cl. Buerhop, J. Adams, F. Fecher, C. J. Brabec, Lock-in Thermographie
an Dünnschichtmodulen, ep Photovoltaik aktuell, no. 7/8 (2012)
Breitenstein, O., M. Langenkamp, Lock-in Thermography, Advanced
Microelectronics 10. Berlin: Springer, 2003
G. Busse, D. Wu, and W. Karpen, Thermal Wave Imaging with Phase
Sensitive Modulated Thermography, Journal of Applied Physics 71 (1992)
U. Hoyer, A. Burkert, R. Auer, C. Buerhop-Lutz, Analysis of PV Modules by
Electroluminescence and IR Thermography, Proc. 24th EUPVSEC (WIP, Hamburg,
Germany, 2009)
Jörg Isenberg, Neue Infrarotmeßtechniken für die Photovoltaik,
Dissertation, KOPS, 2004
T. M. Tran, B. E. Pieters, M. Siegloch, A. Gerber, C. Ulbrich, T. Kirchartz, R.
Schäffler, U. Rau, Characterization of Shunts in Cu(in, Ga)Se2 Solar Modules Via
Combined Electroluminescence and Dark Lock-in Thermography Analysis, Proc.
26th EUPVSEC (WIP, Hamburg, Germany, 2011)
A. Wolf, P. Pohl, R. Brendel, Determination of thermophysical properties of
thin-films for photovoltaic applications, Proc. 31st IEEE PVSC (IEEE, Florida, USA,
2005)
S. Zamini, R. Ebner, G.Újvári, B. Kubicek, Non-destructive techniques for
quality control of photovoltaic modules: Electroluminescence imaging and infrared
thermography, Photovoltaics International 15 (2012)

IEA PVPS Task 13 External final report IEA-PVPS March 2014 ISBN 978-3-906042-16-9

Залишити відповідь