光伏电站现场组件电性能标态和缺陷一体化检测车开发与研制.pdf

50青海科技202303“四地”建设青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGY0 引言太阳电池组件是光伏电站最核心的部件，其在运行一段时间后会出现不同程度的功率衰减，运行时间越长，功率衰减越大。造成太阳电池组件功率衰减的主要原因：一是材料老化等，这是本质特性，属正常现象；二是组件品质不佳、安装不当、运维不到位等导致的衰减，这种非正常衰减会不同程度地影响组件、组串乃至整个电站的发电量。电站后期运行管理中，一方面出于对电站质量的控制、发电量的提升，很有必要对组件定期进行电性能（I-V）以及隐性缺陷（EL）、热斑等运行和质量缺陷情况测试，以便及时发现功率衰减较大、存在严重缺陷的问题组件，通过技改从根本上提高光伏电站的发电量1。另一方面，出于对电站交易等需求，市场需要对组件进行检测，出具权威检测报告，在组件性能和质量的检测中需要做到准确、权威、快速、节约成本。目前对运行中的太阳电池组件的检测方法主要有：一是拆卸、运回检测机构，在实验室内进行检测，这种检测方法运距长、耗费时间长、花费的人力财力较大，不经济，在装卸、运输过程中可能会造成二次伤害。二是在电站现场采用便携式 I-V 测试仪，检测速度慢、效率低，检测数据受现场太阳辐射等环境条件变化的影响大，加上输出的数据是测试数据修正到标准测试条件下的数据，数据不确定度高2，无法做到令人信服的、准确的、权威的检测结果。为此，市场需要一种在光伏电站现场实现标准测试条件并能快速、准确、权威地测试组件电性能（I-V）及隐性缺陷（EL）、热斑等运行和质量缺陷的检测系统，解决组件现场检测的需求。基金项目:青海省企业研究转化与产业化专项“光伏电站现场组件电性能标态测试与隐性缺陷测试一体化检测车研制与应用”(2021-GX-C02)。作者简介:李王安顺(1998-),男,助理工程师,主要研究领域:新能源利用。E-mail:。光伏电站现场组件电性能标态和缺陷一体化检测车开发与研制李王安顺1 郭浩刚2 李昌恩3 王 卓1 朱广泰1（1.青海天创新能源科技有限公司，西宁 810000；2.陕西众森电能科技有限公司，西安 710000；3.中国水利水电建设工程咨询西北有限公司，西安 710000）摘 要：结合目前光伏电站现场太阳电池组件的检测需求和实际情况，研究开发了光伏电站现场组件电性能标态和缺陷一体化检测车。该检测车集成太阳电池组件电性能（I-V）、隐性缺陷（EL）和热斑三种测试技术为一体，能够在光伏电站现场实现标准测试条件，快速检测太阳电池组件功率、隐性缺陷和热斑，提供权威检测报告。关键词：光伏电站；电性能标态；热斑；隐性缺陷；一体化；检测车中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1005-9393(2023)03-0050-0651青海科技202303“四地”建设青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGY1 一体化检测车开发与研制1.1 开发思路克服目前光伏电站现场组件检测设备功能单一、检测效率低、检测数据不确定度高等缺点，开发一套在光伏电站现场具备标准测试条件，集太阳电池组件电性能（I-V）测试与隐性缺陷、热斑测试为一体的移动检测车。该检测车相当于一个在光伏电站现场可移动的太阳电池组件标态检测实验室，在光伏电站现场实现标准测试条件下的太阳电池组件的 I-V 电性能、EL 和热斑等隐性缺陷的快速、准确检测。1.2 开发路线检测车基于现有的太阳电池组件测试技术进行开发。将开发的车载电性能（I-V）、隐性缺陷（EL）和热斑测试系统集成到移动车内；车内设计安装温度控制系统，保证测试环境温度达到标准测试条件；设备支架采用特殊缓冲结构设计，避免测试设备在野外复杂路况行驶中发生晃动，影响测试效果。图 1 为太阳电池组件电性能测试与隐性缺陷测试一体化移动检测车结构图。检测车内分为测试区、操作区、待测区。测试区搭载有太阳电池组件电性能（I-V）测试系统、红外热斑测试系统、隐性缺陷（EL）测试系统等测试设备以及辅助操作系统。操作区放置有系统操作开关、测试电脑等设备。待测区放置待测太阳电池组件。图 1 一体化移动检测车结构图1.2.1 车载 I-V 电性能测试系统本研究开发的车载电性能（I-V）测试系统，以氙灯为光源来模拟太阳辐射进行测试，系统由太阳模拟光源（箱）、控制柜、控制盒、计算机系统及配套软件组成。开发了短光程直射式大面积太阳模拟器，保证太阳电池组件接收的光照与太阳光更接近，同时缩小车内检测空间。模拟光源光程仅为 2.6m，使得检测距离变短，设备所占面积较小，检测车内能够同时放入约 20 块组件进行恒温，提高测试效率，同时检测车辆变短、变小，更适合光伏电站现场测试。短光程直射式大面积太阳模拟器有多个光源，通过加载特制的滤光片技术调节氙灯的光谱分布；通过多个光源同时发光，在滤光片与辐照面之间添加光阑的方法，使每个光源都对应有一个辐照区域，此区域最多只受到直接相邻的光源的辐照叠加，彼此不相邻光源之间，其辐照区域没有交集，从而降低了模拟器辐照均匀度和光谱匹配度实现的难度，最终形成辐照不均匀度小于 2%的辐照面。控制柜包含电源开关、充放电控制系统、氙灯触发系统、恒光控制系统、氙灯电流检测系统等部分，主要功能是作为氙灯的储能装置，以及在氙灯触发后控制测试面上辐照度的稳定性。控制盒是系统的控制中心，内有测试主板和辐照度基准调节电阻，主要功能是发送和接收信号。计算机系统包含一台计算机、显示器和测试软件，计算机与测试台之间通过 RS232 串口连接，用于控制太阳模拟光源的运行以及太阳电池组件电性能测试数据的处理。系统还配有标准太阳电池组件，测试前用于太阳模拟器的校准，使得测试结果更加精确。为了满足检测车在野外的电力需求，额外设计搭载了一台 10kW 的柴油发电机提供电力。1.2.2 车载红外热斑测试系统本研究开发的车载红外热斑测试系统由红外热像相机、镜头、电源、控制模块及测试电脑组成。红外热斑测试系统最大可测2200mm1200mm尺寸的组件，满足市场主流尺寸组件测试需求。热像相机采用像素 640480,温度分辨率 65mK，温度检测精度达到 2%，可以很好地测试组件中单个电池片的热斑，进而分析热斑对于组件的影响。52青海科技202303“四地”建设青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGY1.2.3 车载隐裂缺陷（EL）测试系统本研究基于电致发光成像技术开发太阳电池组件的隐裂测试系统，系统由相机、滤光片、电源、控制模块和测试电脑组成。设计短视距 6 相机电致发光成像系统，分别从不同位置进行测试组件的图像拍摄，缩小每个相机的测试面积，提高了相机对应的分辨率，降低了图像畸变，更适合进行图像的拼接，实现了在车内进行大尺寸太阳电池组件的隐性缺陷测试。相机采用高像素红外相机及高清定制镜头，图像像素 2200 万像素，图像空间分辨能力 0.6 mm，最小检测尺寸达到 1.5mm1.5mm，可以测试漏电流、热斑、暗区、过亮区、不工作的电池等缺陷类型，利用图像拼接融合技术，降低短视距下图像畸变，同时提高图像的空间分辨率，使得成像效果更加清晰。1.2.4 车载温度控制系统IEC 测试标准规定太阳能组件标准状态下温度为 252。温度每变化 1，可能对组件功率的测试产生 0.15%偏差，因此将温度与 25差距控制越小越好3。本研究基于散热循环技术，研究车厢内部温度均匀系统，建立稳定可靠的标准测试条件。检测车厢体采用内外玻璃钢、中间 8cm 厚聚氨酯保温板，再考虑厢体内环境面积、空气密度、厢内铁质器件重量、室外环境温度范围等影响条件，综合计算选择总制热功率为 1400W、制冷功率为 1040W 的分体变频热泵型空调对厢内进行加热和制冷，同时利用风扇助力厢内的空气流动，提升车厢内部温度均匀性，使得厢内环境温差达到252。1.2.5 车载减震系统设计本研究开发了一种车载太阳模拟器减震系统。系统采用一种钢丝绳减震器作为太阳模拟器的减震装置，巧妙地利用减震器上、下夹板螺旋缓冲吸能结构，实现设备在 X、Y、Z 三维度的减震效果，避免了因震动引起的模拟器元器件松动以及氙灯、滤光片等关键设备破损等问题，而且不会因车辆行驶颠簸影响设备的测试性能，有效提高了光伏电站现场太阳电池组件的检测效率和检测准确度。2 现场太阳电池组件检测方案2.1 电性能（I-V）测试方案首先在光伏电站现场将待测太阳电池组件从光伏阵列拆下后放置于检测车的待测区，连接好检测平台电源，开启空调进行有效保温至少2小时，将组件温度控制在 252范围内；然后通过标准组件对测试设备进行校准，将待测组件放置于样品架，连接测试线，在测试系统中设置待测组件的参数后进行电性能（I-V）测试。测试时，氙灯光源闪烁发光，输出有效能量，待测的组件经过光的照射接收辐照能量，产生电流和电压，测试设备在一个脉冲宽度内通过电子负载采集组件的短路电流、开路电压、峰值功率等相关参数信息，检测时同时记录温湿度计显示的温度、湿度数据。2.2 红外热斑测试方案组件（I-V）测试结束后，利用红外相机拍摄组件的热斑图像，查看并保存完整、清晰的图像。红外扫描应重点发现电池热斑、有问题的旁路二极管、接线盒、焊带等。如果有热斑发生，一般应该可以看到热斑处有明显发黄变色。注意一旦发现温度异常，应从组件的正反两面扫描以正确判断引起高温的原因，同时保留影像，根据拍摄的组件不同区域的温度差值，采用 CNCA/CTS0016-2015 提出的“同一组件外表面电池正上方温度差超过 20，视为发生热斑”的标准，判断组件内部发生热斑的情况。根据判断条件筛选发现有热斑的图像。2.3 隐裂缺陷（EL）测试方案组件红外测试完成后，操作人员通过计算机软件发出拍摄命令，相机无线控制模块通过无线路由接收到命令，从而控制特制镜头的相机拍摄照片，并把拍摄的照片进行软件处理，再通过无线路由传输给计算机，计算机软件把接收来的照片再进行处理，待测试页面进度条显示 100%后，查看显示的图片。通过设置选项卡中曝光度调整来调整图片的亮度，通过校准选项卡中图片校准进行图像的界限调整，从而获取组件色界分明、53青海科技202303“四地”建设青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGY层次清晰、完整规范的 EL 图像，输入被测组件的编码，保存视图，最后根据判断条件筛选发现有隐性缺陷（EL）的图像。3 检测车电站现场测试结果与分析经校准，车载太阳模拟器光谱匹配度为 0.911.09，辐照不均匀度为 0.9%，长时间辐照不稳定度为0.4%，此款设备的三项技术指标均优于 IEC60904-92007 中 AAA 级要求，同时也满足 IEC60904-92020中 A+A+A+标准，达到了 3A+级，光谱范围 3001200nm，解决了市面上模拟器 300400nm 波段光谱匹配不足问题，实现高效晶硅电池的全光谱测试，大幅提高了测试准确性。3.1 测试稳定性和准确性验证虽然车载电性能（I-V）测试设备的性能都达到了实验室的检测条件标准，但在经过长时间道路行驶后，其性能的稳定性、准确性有待进一步验证，研究团队分别做了如下验证。本研究通过利用一体化检测车对不同太阳电池组件进行多次功率测试，并通过一体化检测车与室内检测实验室进行组件功率的对比测试，验证一体化检测车的测试稳定性和准确性。表 1 为 1#、2#太阳电池组件功率在一体化检测车中的多次测试数据，表 2 为 1#、2#太阳电池组件在实验室内的功率多次测试数据，表 3 为 1#、2#太阳电池组件在一体化检测车和室内检测实验室里功率测试数据对比表。时间组件编号最大输出功率/W短路电流/A开路电压/V最大工作电流/A最大工作电压/V标称功率/W11:161#451.3511.3049.4710.7741.92450（0+3%）11:16451.5911.3049.4810.7741.9411:16451.5511.3149.4610.7741.9211:16451.7211.3149.4810.7741.9411:16451.3111.3049.4710.7641.9311:16451.3411.3149.4710.7741.9111:262#265.529.1437.928.7030.52270（0+4.99W）11:26265.179.1337.908.6830.5511:26265.529.1337.928.7030.5211:26265.179.1337.928.6830.5511:26265.179.1337.928.6830.5511:26265.179.1437.928.6830.55注：测试日期为 2023 年 4 月 7 日。注：测试日期为 2023 年 4 月 3 日。表 1 1#、2#太阳电池组件在一体化检测车中的多次测试数据表表 2 1#、2#太阳电池组件在实验室中的多次测试数据表时间组件编号最大输出功率/W短路电流/A开路电压/V最大工作电流/A最大工作电压/V标称功率/W15:131#451.5311.3049.5210.8441.64450（0+3%）15:15450.0311.3049.4910.8441.6215:15451.0311.3049.4910.8441.6115:15450.9711.3049.4810.8441.6115:16451.1311.3149.4810.8441.6115:16450.8611.3049.4710.8441.6016:002#264.529.1437.898.6930.44270（0+4.99W）16:00264.709.1337.898.6930.4616:00264.839.1337.898.7030.4416:00264.529.1337.898.6930.4416:00264.969.1337.888.6930.4916:00264.839.1337.888.7030.4454青海科技202303“四地”建设青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGY从表 1 数据中可以看出，1#、2#太阳电池组件6次的功率测试最大值和最小值相差仅为0.41 W和 0.35W，反映了一体化检测车测试组件功率的稳定性较好，测试较为可靠。表2、表3的数据显示，1#、2#太阳电池组件在一体化检测车和检测实验室内的功率测试平均值误差仅为 0.55W 和 0.56W，平均误差率仅为 0.122%和 0.212%，反映了一体化检测车测试组件功率的准确性高。3.2 测试功能验证本研究利用一体化检测车在某光伏电站现场进行了检测功能实地测试验证。表 4 为抽检的电站中 4 块组件的电性能测试数据。测试获得了组件的开路电压、短路电流、最大工作电压、最大工作电流、最大输出功率。以组件标称功率作为初始功率，组件编号开路电压/V短路电流/A最大工作电压/V最大工作电流/A最大输出功率/W标称功率/W功率衰减率/%580149.8713.4441.8812.71532.5540-1.39581749.6913.5041.6312.70528.7-2.09081450.0412.8141.9412.81537.4-0.48787950.1513.4042.1112.74536.5-0.64表 3 1#、2#太阳电池组件检测车和实验室测试数据对比表表 4 光伏电站中 4 块组件的电性能测试数据表组件编号测试次数/次检测车测试功率/W实验室测试功率/W功率误差/W功率误差率/%1#1451.35451.53-0.15-0.0332451.59450.031.560.3473451.55451.030.520.1154451.72450.970.750.1665451.31451.130.180.0406451.34450.860.480.106平均值451.48450.930.550.1222#1265.52264.521.000.3782265.17264.700.470.1783265.52264.830.690.2614265.17264.520.650.2465265.17264.960.210.0796265.17264.830.340.128平均值265.29264.730.560.21255青海科技202303“四地”建设青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGY根据现场的测试数据计算了组件功率衰减率，抽检的 4 块组件功率最大的衰减率为 2.09%。本研究对表 4 中的 4 块组件同时进行了隐性缺陷（EL）和热斑测试。图 2 至图 5 为列举的典型的隐性缺陷（EL）和红外热成像图像。图 2 5801 组件 EL 图像图 3 5817 组件 EL 图像图 4 5801 组件红外热成像图像图 5 5817 组件红外热成像图像从隐性缺陷（EL）测试图像可以清晰地看出组件的隐性缺陷问题，组件 5801 和组件 5817 均存在同一组件中不同电池呈现不同亮度的电池片失配现象，另外组件 5801 存在 1 处工艺污染缺陷，组件 5817 存在 1 处缺角现象；从红外热成像图像来看，两块组件均无明显异常现象。4 结论本研究开发了集成太阳电池组件电性能（I-V）、隐性缺陷（EL）和热斑三种测试技术的光伏电站现场一体化检测车；研究开发了适用于车载的太阳模拟器，模拟器的光谱匹配度、辐照不均匀度、长时辐照不稳定度都达到 A+级别；在厢式货车内通过环境改造，实现了适应于光伏电站现场恶劣气候和复杂环境条件下的太阳电池组件标准测试条件；通过一体化检测车和室内实验室的对比测试，以及一体化检测车在电站现场的实际测试验证，一体化检测车测试准确性高、测试效果良好，解决了光伏电站现场测试精度不高、实验室测试成本过高的问题。一体化检测车通过了中国合格评定国家认可委员会（CNAS）认证，能够在光伏电站现场为客户提供实验室级别的精确组件电性能测试和缺陷检测，出具权威性检测报告。参考文献:1张永忠,张永东,周玉兰,等.利用现场检测技术提高光伏电站发电量的研究J.青海科技,2021,28(1):69-72.2张丽瑾,李昌恩,王卓.便携式光伏电站多路电流比测仪的研发与应用J.青海科技,2022,29(4):146-150.3刘立勇,郭钟亮,朱青云,等.光伏组件标态3A级IV移动检测平台研究J.重庆理工大学学报:自然科学,2019,33(5):121-126.（下转第 134 页）134青海科技202303成果视窗青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGYStudy on Antioxidant Activity of Aboveground Part of Rheum TanguticumPangQin,CuiYunbin,QiDesheng,SunShihao,MaJianbin（KeyLaboratoryofBiodiversityFormationMechanismandComprehensiveUtilizationonQinghai-TibetPlateau,CollegeofLifeSciences,QinghaiNormalUniversity,Xining810008,China）Abstract:Objective:Rheum Tanguticumisaperennialherb.Traditionally,theabovegroundpartofRheum Tanguticumisclassifiedasnon-medicinalparts,whichareoftenabandonedinthecollectionofmedicinalmaterials.InordertofullyexplorethepotentialvalueofRheum Tanguticumresources,thisstudytooktheabovegroundpartofRheum Tanguticumastheresearchobjecttoconductamaterialbasisstudyonantioxidantactivity.Methods:TheabovegroundpartofRheumTanguticumtwasextractedbyalcoholextractionmethod,andthesamplewaspreliminicallyseparatedbymacroporousadsorptionresin.ThefreeradicalscavengingrateofthealcoholextractandeachcomponentofRheum TanguticumwasverifiedbyDPPHradicalscavengingexperiment,andtheactivecomponentwaspurified.Results:TheethanolextractsfromabovegroundpartsofRheum Tanguticumhadcertainantioxidantactivities,andtheantioxidantactivitiesofFr3,Fr4,Fr5andFr6werethestrongest.Conclusion:TheabovegroundpartofRheum Tanguticumhasthevalueoffurtherapplicationanddevelopment.Keywords:Rheum Tanguticum;Abovegroundpart;Antioxidantactivity（上接第 55 页）Development of an Integrated Testing Vehicle for Electrical Performance Standards and Defects of On-site Components in Photovoltaic Power PlantsLiWanganshun1,GuoHaogang2,LiChangen3,WangZhuo1,ZhuGuangtai1（1.QinghaiTech-CreationRenewableEnergyCo.,Ltd,Xining810000,China;2.GsolarPowerCo.,Ltd,Xi an710000,China;3.ChinaNorthwestWaterConservancy&HydropowerEngineeringConsultingCompany,Xi an710000,China）Abstract:Basedonthecurrenttestingneedsandactualsituationofon-sitesolarcellmodulesinphotovoltaicpowerplants,anintegratedtestingvehiclefortheelectricalperformancestandardsanddefectsofon-sitemodulesinphotovoltaicpowerplantshasbeendeveloped.Thistestingvehicleintegratesthreetestingtechnologies,namelysolarcellmoduleelectricalperformance(I-V),latentdefects(EL),infraredthermalimaging,andcanachievestandardtestingconditionsonsiteinphotovoltaicpowerplants,quicklydetectsolarcellmodulepower,latentdefects,andinfraredthermalimaging,andprovideauthoritativetestingreports.Keywords:Photovoltaicpowerplant;Electricalperformancestandardstate;Infraredthermalimaging;Implicitdefects;Integrated;Inspectionvehicle