莱科斯系统效率测试仪讯息：光伏电站的质量问题由来已久，几年前，有关系统效率测试仪公司对国内已经在运行的多座大型晶硅组件光伏电站进行了质量检测，调查发现光伏组件普遍存在各种质量问题，如热斑、隐裂和功率衰减等，对电站的发电量、KPI指标、电站收益及日常运行维护带来严重影响。

【系统效率测试仪】光伏电站晶硅组件如何检测与分析
　　电站建成后，随着时间的推移，组件本身首年光致衰减及逐年衰减率和其他衰减因素都客观存在、不可避免，因此实际的装机容量会逐年减少，那么基于原始装机容量进行理论发电量或理论功率输出计算的发电性能指标如PR、CPR和EPI等，其中包含的光伏电池板自身损耗部分会逐年增加，而且实际装机容量的不确定性将对次年各个电站的计划发电量的制定带来一定影响。
　　
一、组件（方阵）I-V测试及功率修正方法
　　有关系统效率测试仪工作者曾在某西部多家地面电站进行考察，发现在某一随机时段各个逆变器的发电量存在较大差异。有关系统效率检测仪业内人士通过对电站逐级逐段分析，排除了逆变器本身及对应方阵故障、设备停机等因素，发现电量差异的主要来源为各个组串工作电流的波动性，整体离散率较高，有的甚至超过20%。

【系统效率测试仪】光伏电站晶硅组件如何检测与分析
　　逆变器发电量的差异和组件的功率输出情况有密切关联，因此有必要从汇流箱侧去查找低功率的组串或组件，一般的，户外组件或方阵组串的电性能测试使用便携式I-V测试仪，首先介绍便携I-V测试仪的原理、配套辐照度计量仪的类型和特点，接着介绍现场组件功率测试的一次修正和二次修正方法。

1.1 便携式I-V测试仪分类与测试原理
　　据相关系统效率测试仪研究人员调研，目前市场上常用的便携式I-V测试仪主要有可变电子负载式和动态电容式两种，可变电子负载式是仪器自身内置了电子负载，当电阻从0变到无穷大的时候，仪器通过采集上百个负载点所对应的工作电流和工作电压值来构成整条I-V曲线，并通过算法寻找到最大功率点。
　　电容式I-V测试仪以充电式动态电容作为光伏组件的动态负载，实际测试时，光伏组件因有光生电流对电容充电，电容在开始充电时，阻抗很低几乎为零，充电回路相当于短路，当充电结束，阻抗非常高，充电回路相当于开路，那么在电容的充电过程中，电容的阻抗从0变到无穷大，相当于光伏组件或阵列的负载电阻从0变化到无穷大，然后对电压电流进行采样，这些采样点构成了光伏组件的I-V特性曲线。
　　和可变电子负载式相比，动态电容式测试方法的优点是虽然测试速度较快，精度较高，但需要复杂的控制电路，而对于阵列型的I-V测试仪，就需要比较大的电容器，那么体积和重量就会增加，所以带到户外进行测试会比较笨重。

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1.2 太阳辐照数据采集介绍
　　便携式I-V测试仪在测试过程中需要对实时的辐照数据进行采集，辐照采集目前常用的仪器是总辐射表，它分为热电型（Thermopile Pyranometers）和光电型（Silicon Pyranometers）两种。
　　热电型一般为两层玻璃罩结构，由玻璃罩下黑色感应面与内部的热电堆等感应器件组成。一般感应元件表面涂有高吸收率的黑色涂层，感应元件的热接点在感应面上，而冷接点位于仪器的机体内，双层石英玻璃罩结构的作用是防止热接点单方向通过玻璃罩与环境进行热交换，提高测量精度。
　　同时为了避免太阳辐射对冷接点的影响，增加了一个白色防辐射盘用来反射阳光的热辐射。它的原理很简单，当太阳辐射透过玻璃罩到达热电表感应面时，冷热结点会产生温差，由此产生温差电动势，将光信号转换为电信号输出，那么这个输出信号与感应面上所接收到的太阳辐照度成正比（在线性误差范围内），根据毫伏表或电位差计测出的热电势就可以进行读数。

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         有关系统效率测试仪业内人士表示，目前光电型辐照计一般使用硅光电二极管传感器，也有使用标准太阳电池（Reference cells）作为辐照度传感器件，它的原理是利用其短路电流与投射在电池片上的太阳辐照度的线性关系来测定太阳辐照度，分为电压输出型和电流输出型两种，对于电流输出型，一般可在电路设计上增加小的负载电阻，通过测量负载电阻之间的电压来间接得到短路电流。

图4 热电表（热电堆型）

图5 光电型辐照计（晶硅电池片式）

　　当前我国的太阳辐射观测网所选用的总辐射表大部分都是热电型，热电型总辐射表的光谱范围较宽，一般大致为太阳全谱段的280nm至3000 nm，响应时间一般小于60s，价格较高。而光电型总辐射表的光谱范围大致为400nm至1100nm，响应时间一般小于 10μs，其光谱响应范围与太阳能电池板的工作光谱范围十分接近，且主要特点是其响应时间快、价格低廉。因此光电表的光谱选择性完全取决于其自身的光电感应器件硅光电二极管（含标准电池），具有一定的光谱选择特性，而热电表中的热电堆，属于中性宽带感应器件，并没有明显的光谱选择性。

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二、热斑问题分析
　　组件上的热斑效应，一般由外部原因和内部原因两类造成。常见的外部原因有：组件表面积灰严重且厚薄不均，鸟粪、污物、落叶、方阵组件前部的草木以及周边建筑物或电线杆等阴影遮挡，以及场地不平整、方阵东西设计间距不足造成的自阴影等，使得组件局部光照低于其他正常部位，被遮挡的电池或组件被置于反向偏置状态，消耗其他电池的功率，而功率以热能形式释放，导致该电池片温度较其他正常电池片的温度高。外在因素导致的热斑问题在光伏电站中普遍存在，可在日常运维工作中采取清洗等措施进行消除。
　　内部原因和组件的生产制造工艺（特别是焊接和层压）、电池片质量（反向特性、边缘漏电流过大）、接线盒中二极管的长期可靠性、EVA和背板的耐高温及阻燃能力等因素都有关系，有关系统效率测试仪工作人员表示，内部原因造成的热斑由于是先天性不足，在电站的运行期间将长期存在，对电站的可靠性带来严重安全隐患，任何一个热斑点造成的功率损耗将限制了组串的输出功率。
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三、PID组件快速检测
　　PID（Potential Induced Degradation电势诱导衰减）是在高温高湿环境中，因晶硅组件负极和边框玻璃之间存在较高的负电压而产生的电性能衰减现象，如果电站中发生了PID，一般各个组串都有可能发生，其衰减程度也不尽相同，但随着时间的推移，轻微PID组件的衰减程度会逐渐增加，同时PID组件由于内部电池片的失配严重，因此将存在较大的热斑隐患，对于PID衰减严重的组件可通过测试开路电压进行检验，而轻微PID的组件还需要在低辐照下检测。
3.1 测试方法
　　（1）便携式I-V测试法
　　晶硅组件发生PID后，其I-V曲线形状会出现异常，电性能参数表现为Rsh、填充因子和开路电压Voc的降低。
　　（2）开路电压（Voc）测试法
　　由于PID组件电性能参数有一个明显特征，即并联电阻值会下降很多，甚至低到个位数，正常组件的Rsh值一般在几百兆欧以上。并联电阻值的大小对组件的弱光效应有较大的影响，如果Rsh值较低，在辐照度较高时，开路电压值和正常组件差异会较小，所以难以辨别，而在低辐照度下，Rsh值较低的组件，开路电压值会随着辐照的降低而出现大幅下降。因此开路电压法测试需要选择低辐照时间，便于和正常组件进行明显区分。特别对于PID衰减不明显的组件（功率衰减≤10%），通过I-V测试难以判断的情况下，可以用该法进行判断。

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　　（3）便携式EL测试法
　　需要使用便携式EL设备，PID组件在EL下的明显特征为边框四周电池片发黑（因电池PN结失效）。如下图所示，PID越严重，那么发黑的区域会增多，一般从边框四周开始，逐渐蔓延到组件中间区域。

3.2 组串排查方法
　　（1）在低辐照情况下（建议辐照度低于400W/m2），通过监控数据或现场测试，对每个汇流箱侧的每一路的组串开路电压进行测试，查找低电压组串。
　　（2）对于低电压组串，一般PID容易发生在组串的负极侧，如20片一串的，要重点测试负极侧第一片到第十片，并一直测试到出现正常组件为止。
　　（3）根据I-V测试曲线或者开路电压测试法判断。

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3.3 需要注意的地方
　　若存在非PID引起的低电压组件，可能为其他原因造成，如旁路二极管失效、电池片失效等，对于此类低电压组件可利用PID组件的弱光效应进行测试排除。另外由于PID组件也会存在热斑现象，使用红外相机拍照虽然也是一种方法，但是很难和非PID造成的热斑组件进行区分。
　　四、总结
　　鉴于目前国内电站质量参差不齐，电站运行一段时间后，系统效率测试仪业主也无法知晓实际的装机容量以及衰减情况，因此为掌握电站组件的实际总功率，一般以汇流箱为一个单元逐个检测，由于各个组串到汇流箱的距离不同，除光强和温度修正外，还需要考虑方阵的匹配损失、线缆损耗、灰尘遮挡损耗、仪器测试误差等因素并进行补偿，才能得到较为准确的电站组件总功率，和组件标称峰值功率相比较，即可计算实际的衰减率。

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　　总体来说，电池片型光电表存在一些问题，诸如电池片的衰减特性、易受环境污染、易受环境温度影响、余弦误差和方向误差偏高、校准难度大及测量精度和电池片封装玻璃的透射率都有关系等，在系统效率测试仪测试时，由于不同类型组件和电池片光谱响应也不同，测试会存在误差。在校准的时候，特别是光电表的温度修正、余弦误差和方位误差的测量和控制需要注意，所以综合考虑，目前使用最广泛的还是热电表，对于户外测试准确度要求不高的可使用热电表来采集辐照数据。

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　　热斑问题在电站中非常普遍，可使用热成像仪进行逐个检查，究其原因主要分为组件自身和环境因素两大类，由于热斑问题将导致组串失配，严重的组件非常有必要进行更换，以保障电站运行的可靠性。

莱科斯致力于光伏检测设备的研发生产与销售，现有设备包括，EL检测仪，EL测试仪，电池片EL检测仪，电池片EL分选机，组件EL检测仪，便携式组件 EL检测仪，电站组件测试仪，功率测试仪，组件外观检测仪，分布式电站检测，无人机检测仪，等相关设备，不断更新与创新科技研发，设备包含有从硅片到电池片，组件，电站的一系列检测设备，我们的专注只为您更好的服务！

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