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    光伏太陽能電池檢測中全面可靠的監控系統

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        作為環保的新能源,光伏產業的前景一片光明。但同時也面臨諸多問題,比如光伏電站在運作中會存在質量隱患或意外事故,導致投資回報率不高,電池板的正常運行是高效發電、長期使用壽命和高投資回報率的必要條件。為了確保正常運行,在生產過程中和電池板安裝后,都需要一種快速、簡易又可靠的太陽能電池板性能檢查方法。
     
        如何找到一個全面、簡單可靠的監控系統,紅外熱像儀在光伏產業內的檢測應用應運而生。使用熱像儀進行太陽能電池板檢查有著若干優勢。異?,F象能夠清楚地顯示在清晰的熱圖像上,并且與其他大部分方法不同的是,熱像儀能夠用于對已經安裝好的太陽能電池板在運行期間進行檢查。最后,熱像儀還可在短時間內檢查大片區域。
        什么是太陽能組件熱斑效應?
    熱斑效應
        如果太陽電池組件由于在制造和實驗的過程中,出現隱裂、碎片、焊接不良等;或在應用過程中,被其它物體(如鳥糞、樹蔭等)長時間遮擋時,被遮擋的太陽能電池組件此時將會嚴重發熱,這就是“熱斑效應”。
        這種效應對太陽能電池會造成很嚴重地破壞作用;有光照的電池所產生的部分能量或所有的能量,都可能被“熱斑”的電池所消耗。
    太陽能熱斑檢測
        熱像儀來檢測太陽能電池組件上各電池片的發熱狀況。在正常情況下,各電池片的溫度分布均勻;如果存在組件矩陣中有個別電池片溫度出現異常過高,就說明此電池片可能有問題,已經由正常光能轉電能的工作狀態,變為電池組件的負載消耗電能發熱,影響整個電池組件的轉化功率,此時需要更換溫度過高的電池片。
     
        用于預測性維護檢查的便攜式熱像儀通常搭載有靈敏度為8–14μm波段的非制冷微量熱型探測器。但在這個波段內是無法穿透玻璃的。從電池板正面檢查太陽能電池時,熱像儀探測到的是玻璃表面的熱量分布,但只能間接探測玻璃下方電池的熱量分布。因此太陽能電池板玻璃表面的可測量和可視溫差比較微弱。為了使這些溫差可見,用于檢查的熱像儀需要具備≤0.08K的熱靈敏度。為了清晰顯現熱圖像中的微弱溫差,熱像儀還應能夠手動調節電平和跨度。
        光伏組件一般安裝在具有高度反射性的鋁制框架上,這種框架在熱圖像上會顯示為冷區,因為它能反射天空中散發的熱輻射。在實踐中,這意味著熱像儀記錄到的框架溫度遠低于0°C。由于熱像儀的直方圖均衡自動適配最大和最小測溫值,許多細微的熱異常不會立即顯現。為了獲得高對比度熱圖像,需要不斷對電平和跨度進行手動調節。

     

     
        所謂的DDE(數字細節增強)功能提供了解決方式。DDE能夠自動優化高動態范圍場景下的圖像對比度,熱圖像不再需要進行手動調節。因此具備DDE功能的熱像儀非常適用于快速精確的太陽能電池板檢查。
    熱像儀放置
        考慮熱反射和輻射系數,雖然玻璃在8–14μm波段的輻射系數為0.85–0.90,但玻璃表面的測溫并不容易。玻璃熱反射如同鏡面反射,這意味著不同溫度的周邊物體在熱圖像上能夠清晰呈現。在最糟糕的情形中,這會導致成像失實(假“熱點”)和測量誤差。
     
        為了避免熱像儀和操作員的玻璃熱反射,熱像儀不應垂直對準被檢查的模塊。但輻射系數在熱像儀垂直時達到最大,并隨著熱像儀角度的增加而減小。5–60°的視場角是一個較好的平衡點(0°為垂直)。
     
    遠距離檢查
        測量期間并非總能輕易獲得合適的視場角。在多數情況下,使用三腳架能夠解決問題。在較為不利的條件下,可能需要使用移動作業平臺或者甚至乘坐直升機飛到太陽能電池上方。在這種情況下,距離目標較遠可能是一個優勢,因為可以一次性檢查一大片區域。為了保證熱圖像的質量,用于遠距離檢查的熱像儀至少應具備320×240像素、最好是640×480像素的圖像分辨率。
        熱像儀還應配備有互換鏡頭,以便操作員能夠更換長焦鏡頭,進行遠距離檢查,比如從直升機上。但是建議長焦鏡頭僅用于圖像分辨率高的熱像儀。使用長焦鏡頭進行遠距離測量的低分辨率熱像儀無法探測到指示太陽能電池板故障的細微熱量細節。
    從不同視角進行檢查
        在多數情況下,已安裝的光伏組件也可用熱像儀從組件后方進行檢查。這種方式可以將太陽和云朵的干擾性熱反射減至最小。此外,從組件后部獲得的溫度可能比較高,因為是直接測量電池,而不是透過玻璃表面進行測量。
    周圍環境和測量條件
        應選擇晴朗天氣進行熱像檢查,因為云朵會降低太陽輻照度,并產生熱反射干擾。但只要所用的熱像儀足夠靈敏,即便是在陰天也可以獲得有用的圖像。安靜的環境也比較有利,因為太陽能電池板表面的任何氣流都會造成傳遞性冷卻,從而降低熱梯度??諝鉁囟仍降?,潛在熱對比度就越高。建議在清晨進行熱像檢查。
        另一種提高熱對比度的方法是斷開電池負載,以斷開電流,使熱量僅僅依靠太陽輻照度產生。然后接上負載,在電池的發熱階段進行檢查。
        但在正常情況下,系統檢查應在標準運行條件下,即負載狀態下進行。取決于電池和問題或故障的類型,在無負載或短路條件下的測量結果可提供額外的信息。
    紅外熱像儀檢測絕對優勢
        紅外熱像儀和傳統檢測方式相比有自己的優點:
    1
    通過紅外線熱像儀檢測目標電路時,不需要斷電,操作方便,同時非接觸測量使原有的溫度場不受干擾;
    2
    圖像直觀、快捷,方便檢測者在同時間和相同的環境下得到同一塊組件上不同電池塊的溫度,容易找出熱斑;
    3
    反應速度較快,小于1毫秒;
    4
    用戶除了可以拍攝紅外圖像外,還可以同時捕獲一幅可見光照片,并將其融合在一起,有助于第一時間識別和定位故障,如下圖可疑故障點。
    5
    在IEC61215(國際標準地面用晶體硅光伏組件設計鑒定和定型)標準中第10.9章“熱斑耐久試驗”中推薦使用紅外熱像儀。
    延伸
        如何才能拍攝優質電路紅外熱像?
        熱像進行拍攝時,若要得到一幅清晰的紅外熱圖,我們建議:
    1.盡量選擇熱靈敏度較高的熱像儀;
    2.應使熱像儀紅外鏡頭面軸線與所要拍攝的目標垂直;
    3.拍攝焦距應盡量對準;
    4.先使用自動模式測量的溫度范圍;然后手動設置水平及跨度,將溫度范圍設置在最小,并包含有先前測量的溫度范圍;
    5.避免太陽或輔助光源的反射。
    光伏系統熱像檢查可迅速定位電池和模塊的潛在缺陷,并迅速探測出電氣互連問題。檢查是在正常運行條件下進行,不需要關閉系統。
    使用熱像儀進行檢測(先是用于安裝期間的質量控制,緊接著是常規檢查)可促進全面、簡單地監控系統狀態。這將有助于保持太陽能電池板的功能及延長其使用壽命。因此,使用熱像儀檢測太陽能電池板將顯著提升運營公司的投資回報率。
    浙江天鉑云科光電股份有限公司 版權所有 2016
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