分布式光伏系統(tǒng)組件缺陷檢測及診斷技術(shù)規(guī)范

[在此處鍵入]1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14測試程序 24.1外觀檢查 24.2紅外熱成像測試 24.3EL測試 44.4I-V測試 54.5接地連續(xù)性測試 54.6絕緣測試 65組件故障類別 65.1安全性能故障 65.2功率損耗故障 76故障診斷 76.1外觀檢查 76.2紅外熱成像 96.3電致發(fā)光 106.4I-V測試 15

分布式光伏系統(tǒng)組件缺陷檢測及診斷技術(shù)規(guī)范范圍本技術(shù)規(guī)范規(guī)定了分布式光伏系統(tǒng)組件缺陷檢測的試驗要求以及組件故障診斷的分類和分析。本標(biāo)準(zhǔn)適用于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中安裝使用的光伏組件。本標(biāo)準(zhǔn)適用于晶體硅光伏組件。規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T6495.1光伏電流-電壓特性的測量GB/T6495.2標(biāo)準(zhǔn)太陽電池的要求GB/T6495.3地面用光伏器件的測量原理及標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度數(shù)據(jù)GB/T6495.5用開路電壓法確定光伏（PV）器件的等效電池溫度（ECT）GB/T6495.6標(biāo)準(zhǔn)太陽電池組件的要求GB/T6495.7光伏器件測量過程中引起的光譜失配誤差的計算GB/T6495.10線性特性測量方法IEC61215-1地面用光伏組件設(shè)計鑒定和定型第1部分：試驗要求（Terrestrialphotovoltaic(PV)modules-Designqualificationandtypeapproval-Part1:Testrequirements）IEC61215-2地面用光伏組件設(shè)計鑒定和定型第2部分：試驗程序（Terrestrialphotovoltaic(PV)modules-Designqualificationandtypeapproval-Part2:Testprocedures）IECTS60904-13光伏器件第13部分：光伏組件電致發(fā)光（Photovoltaicdevices–Part13:Electroluminescenceofphotovoltaicmodules）IECTS62446-3光電系統(tǒng)、試驗、文件和維護(hù)要求-第3部分：光伏組件和設(shè)備-室外紅外熱像儀（Requirementsfortesting,documentationandmaintenance-Part3:Photovoltaicmodulesandplants-Outdoorinfraredthermography）IEC61853-1光伏組件性能測試和能量評級第1部分：輻照度和溫度性能測試和能量評級（Photovoltaic(PV)moduleperformancetestingandenergyrating-part1:irradianceandtemperatureperformancemeasurementsandpowerrating）術(shù)語和定義反射溫度物體向紅外相機(jī)反射的環(huán)境平均溫度。云層覆蓋對于觀測來說，云的類型分為不同的兩種:積云和卷云。云覆蓋率應(yīng)用okta給出。像素圖像傳感器上能單獨(dú)感光的物理單元。曝光時間缺陷檢測儀成像傳感器接受太陽電池組件電致發(fā)光信號所用的時間。組件故障組件故障是指造成運(yùn)行不可逆轉(zhuǎn)的功率衰減或安全問題。測試程序外觀檢查試驗?zāi)康臋z測分布式光伏系統(tǒng)組件上的任何外觀缺陷。試驗步驟在不低于1000lux的照度下，對每一個組件仔細(xì)檢查下列情況：開裂、彎曲、不規(guī)整或損傷的外表面；破碎的太陽電池；有裂紋的太陽電池；互聯(lián)線或接頭有缺陷；太陽電池相互接觸或與邊框接觸；粘合連接失效；在組件的邊框和電池之間形成連續(xù)通道的氣泡或脫層；在塑料材料表面有粘污物；引出端失效，帶電部件外露；可能影響組件性能的其它任何情況。對任何裂紋，氣泡或脫層等的狀態(tài)和位置應(yīng)作記錄或/和照相記錄。這些缺陷在后續(xù)試驗中可能會加劇并對組件的性能產(chǎn)生不良影響。紅外熱成像測試試驗?zāi)康拇_定分布式光伏系統(tǒng)組件是否存在潛在缺陷，探測組件是否存在電氣互聯(lián)問題。試驗設(shè)備本章節(jié)規(guī)定了用于紅外熱成像設(shè)備測試的最低要求，包括對紅外相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和環(huán)境條件測試設(shè)備的要求測試過程中使用的紅外相機(jī)應(yīng)該滿足表1所列的最低要求，建議使用分辨率大于等于320×240像素的紅外相機(jī)。紅外相機(jī)的最低要求特性最低要求a光譜響應(yīng)2μm到5μm（中波長）或8μm到14μm（長波長）ab熱敏度和校準(zhǔn)范圍(組件溫度范圍)-20°C到+120°Cc操作環(huán)境空氣溫度范圍-10°C到+40°Cd熱靈敏度(NETD)≤0.1K在30℃下e空間分辨率光伏組件：每像素最大3cm的組件邊緣b電氣連接：空間分辨率(實(shí)測點(diǎn)c)必須匹配待驗證的最小目標(biāo)區(qū)域f測量絕對誤差<±2Kg可調(diào)參數(shù)發(fā)射率，反射溫度h可調(diào)功能聚焦，溫度等級和跨度i測量功能測量點(diǎn)，測量平均和最大溫度區(qū)域j校準(zhǔn)測量系統(tǒng)(相機(jī)，鏡頭，光圈和濾色鏡):熱像儀至少兩年校準(zhǔn)一次，并且記錄。如果相機(jī)有問題，必須由廠家進(jìn)行調(diào)整。k文件存儲紅外圖像與所有輻射測量信息，以能夠確定絕對溫度。非輻射照片只能提供模式和最終的溫差。波長范圍為2-5μm的照相機(jī)只能用于BOS器件的熱成像，例如保險絲。由于玻璃的透明度在3um范圍內(nèi)，使用該范圍的光伏組件可能會導(dǎo)致測量誤差。在一個光伏電池上每像素3厘米的邊緣長度等于5×5像素。實(shí)測點(diǎn)大多定義為3×3像素。若紅外照片出現(xiàn)熱異常現(xiàn)象或與安全有關(guān)的異?，F(xiàn)象，需在對應(yīng)的位置上，用單獨(dú)的數(shù)碼相機(jī)拍攝一張可見光圖片，數(shù)碼相機(jī)像素至少是紅外相機(jī)的30倍。為了準(zhǔn)確測量紅外熱像，測試時環(huán)境條件必須滿足要求。環(huán)境條件測試設(shè)備要滿足表2的最低要求。環(huán)境條件測試設(shè)備要求參數(shù)設(shè)備精度a輻照度輻照傳感器（晶硅電池或輻照計）±5%b環(huán)境溫度溫度傳感器（避光避風(fēng)）±2Kc風(fēng)速Bftscale或風(fēng)速表估測d云層覆蓋范圍照相機(jī)估測e沾污度照相機(jī)可根據(jù)IEC61724-1的程序進(jìn)行估測f組件或者串聯(lián)電流直流(鉗位)安培表(或逆變器讀數(shù))a±2%逆變器讀數(shù)可能不能給出準(zhǔn)確的結(jié)果或校準(zhǔn)。盡管對某些BOS組件有用，但逆變器讀書也可能沒有解決光伏串級聯(lián)電流測量要求。試驗步驟為了確保紅外熱成像測試在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下進(jìn)行，組件平面內(nèi)的輻照度至少為600W/m2，風(fēng)速最大為4Bft或28km/h，最大2okta的天空被積云覆蓋。在對組件進(jìn)行紅外熱成像測試之前，應(yīng)先進(jìn)行外觀檢查，并以照片形式記錄結(jié)果。如果在光伏組件上觀察到由于鳥類糞便等原因造成的嚴(yán)重污染或部分陰影，建議在檢查之前對整個系統(tǒng)進(jìn)行清洗。經(jīng)過外觀處理后，應(yīng)使系統(tǒng)進(jìn)行紅外熱成像測試的部分處于熱穩(wěn)定狀態(tài)。被檢組件與紅外攝像機(jī)之間的距離應(yīng)滿足4.2.2中規(guī)定的空間分辨率，同時滿足安全規(guī)程要求的安全距離。紅外照片的拍攝應(yīng)盡可能垂直于組件表面。與此同時，應(yīng)避免測試人員和紅外相機(jī)自身反射、以及太陽、附近建筑物、樹等熱源的反射。如果照片不能垂直于組件拍攝，相機(jī)和組件平面的夾角不能小于30°。根據(jù)被檢測對象的表面情況調(diào)整紅外相機(jī)的發(fā)射率。與熱像圖一起，每一種類型的熱探測都應(yīng)拍攝相同區(qū)域的照片。被檢查系統(tǒng)中所有結(jié)果的準(zhǔn)確位置，以及包括局部直流負(fù)載和環(huán)境條件在內(nèi)的操作條件都應(yīng)記錄在案。EL測試試驗?zāi)康耐ㄟ^黑暗環(huán)境中進(jìn)行的電致發(fā)光測試，可以檢測出光伏組件中存在的隱裂、黑片、斷柵、裂片、虛焊等缺陷，分析這些缺陷與組件發(fā)電性能和安全性能的關(guān)系，確保分布式光伏系統(tǒng)正常運(yùn)行。試驗設(shè)備一個可為分布式光伏組件的缺陷檢測提供合適的檢測環(huán)境，并抑制雜散光的暗室，暗室可以是設(shè)備自身的箱體結(jié)構(gòu)、遮光布簾或者設(shè)備外部的暗檢測環(huán)境。一臺電致發(fā)光成像相機(jī)，主要包括成像探測器、鏡片和過濾片。具體要求如下：成像探測器應(yīng)使用Si、Ge、InGaAs等材料制成，需對光伏組件的電致發(fā)光波段有響應(yīng)；鏡片通常采用光學(xué)玻璃，允許光伏組件產(chǎn)生的電致發(fā)光透過；過濾片可以減少雜散光。針對晶硅光伏組件的測試，通常采用850nm到950nm的過濾片。需要一個能保證組件達(dá)到Isc狀態(tài)的直流電源，根據(jù)組件技術(shù)不同，直流電源的電壓可能近似等于組件的開路電壓。一個圖像處理系統(tǒng)，主要包括圖像處理軟件和圖像顯示系統(tǒng)。具體要求如下：圖像處理軟件應(yīng)可以對成像探測器采集到的圖像信息進(jìn)行處理，如可進(jìn)行圖像拼接、圖形取向等編輯，以得到被檢測光伏組件的圖像。圖像顯示系統(tǒng)應(yīng)具有支持圖像處理軟件進(jìn)行圖像顯示、局部放大、剪裁、旋轉(zhuǎn)、調(diào)節(jié)灰度等功能，并可進(jìn)行圖像像素、曝光時間等圖像信息查詢。試驗步驟確定實(shí)驗室測試環(huán)境滿足以下要求：環(huán)境溫度：5℃-45℃環(huán)境相對濕度：<=80%RH測試環(huán)境寶石情節(jié)、無振動。在室內(nèi)測試中，打開暗室，將樣品放入測試區(qū)域，使樣品表面與成像鏡頭垂直，鏡頭對準(zhǔn)測試樣品的中間區(qū)域。接通電源與試驗樣品，將測試樣品正極與恒流電源正極相連，負(fù)極與恒流電源負(fù)極相連。輸入樣品序號，關(guān)閉暗室，開始拍照。確認(rèn)測試樣品在測試區(qū)域可以成像，進(jìn)行圖像分析，最大分辨率符合圖案編號范圍，測試系統(tǒng)與分辨率相對應(yīng)。成像拍攝清楚后，保存圖像，打開暗室，去除樣品。I-V測試試驗?zāi)康臏y量光伏組件的I-V曲線，確定其功率變化情況。試驗設(shè)備輻照度的測量應(yīng)使用經(jīng)過標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)光伏器件或輻射強(qiáng)度計。標(biāo)準(zhǔn)光伏器件的封裝和標(biāo)定過程應(yīng)符合GB6495.2或者GB6495.6要求。標(biāo)準(zhǔn)光伏器件應(yīng)該與被測樣品具有相匹配的光譜響應(yīng)，或根據(jù)GB6495.7進(jìn)行光譜失配修正。標(biāo)準(zhǔn)期間的短路電流應(yīng)符合IEC60904-10要求。在感興趣的輻照度范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)期間的短路電流應(yīng)當(dāng)是線性變化的；標(biāo)準(zhǔn)器件與試樣的溫度測量精度為+-1℃，重復(fù)性為+-0.5℃；測量試樣的溫度裝置可以采用GB6495.5指定的等效電池溫度測量方法；能夠跟蹤太陽，精度為+-5℃的二軸跟蹤系統(tǒng)；能夠測量試樣和標(biāo)準(zhǔn)器件在光譜響應(yīng)范圍內(nèi)的太陽光譜輻照度的分光輻射計。試驗步驟在自然太陽光下測量，必須要在一次量期間內(nèi)總輻照度的波動不大于±1。若要求測量結(jié)果仍以標(biāo)準(zhǔn)測量條件為參照，則輻照度應(yīng)不低于800W/m2。測試過程如下：在雙軸跟蹤器上，標(biāo)準(zhǔn)器件應(yīng)可能靠近試樣安裝，并與之共面。兩者均應(yīng)和直射太陽光束垂直，偏差應(yīng)在±5°以內(nèi)。連接必要的儀器。如果試樣和標(biāo)準(zhǔn)器件各有溫控，則將溫度設(shè)過在所需的溫度下。如果不能控制溫度，則把試樣和標(biāo)準(zhǔn)器件遮蔽起來，避免太陽光和風(fēng)的影響，一直們的溫度與周圍空氣溫度一致，溫差在±2℃以內(nèi)。需把試樣溫度平衡到其穩(wěn)態(tài)溫度，或者將試樣預(yù)置到低于目標(biāo)溫度的某個溫度，然后讓組件自然升溫。記錄試樣的電流一電壓特性及溫度，同時記錄標(biāo)準(zhǔn)器件的在所需溫度下的輸出和溫度（如有需要)。如有必要，移去遮擋物后立即進(jìn)行泓量。在每個設(shè)定數(shù)據(jù)的記錄期間內(nèi)，確保試樣和標(biāo)準(zhǔn)器件的溫度是穩(wěn)定的，并保持恒定在±1℃范圍內(nèi)；由標(biāo)推器件測得的輻照度恒定在±1％（波動可能是中云、霧、煙塵等引起的）范圍內(nèi)。如輻射強(qiáng)度計或不相匹配的標(biāo)準(zhǔn)器件用作為參考器件，同時用分光輻射渡計對光譜輻照度進(jìn)行測量。通過其光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)（應(yīng)用GB6495.7）計算試樣在AMI.5光譜（見GB6495.3）下的有效輻照度。依照IEC60891，將測得的電流-電壓特性修正到所需的輻照度和溫度條件。接地連續(xù)性測試試驗?zāi)康尿炞C可直接接觸的導(dǎo)電部件之間的連續(xù)路徑（例如金屬框架的部分）。試驗設(shè)備能夠產(chǎn)生2.5倍于光伏組件最大過流保護(hù)級別的電流的恒流電源。合適的電壓表。注：最大過流保護(hù)必須由制造商提供，常見的過流保護(hù)裝置有熔斷器或斷路器。試驗步驟選擇制造商的指定的等電位連接點(diǎn)和推薦的連接線，連接到恒流電源的終端。選定到接地點(diǎn)最大物理唯一的相鄰（連接）外露導(dǎo)電部分，并接上另一個電源終端；將電壓表連接到靠近電流引線的電流供應(yīng)器上的兩個導(dǎo)電元件上；施加2.5±10%倍于組件過電流保護(hù)級別的電流，并持續(xù)至少2分鐘；測量所施加的電流和所產(chǎn)生的電壓降；將電流調(diào)到0；對所有其他可接觸的導(dǎo)電部件重復(fù)試驗；對制造商所指定的用于光伏組件接地的所有連接、端子和/或電線重復(fù)試驗。絕緣測試試驗?zāi)康臏y定組件中的載流部分與組件邊框或外部之間的絕緣是否良好。試驗設(shè)備有限流的直流電壓源，能提供500V或1000V加上規(guī)定的兩倍組件最大系統(tǒng)電壓的電壓；測量絕緣電阻的儀器。試驗步驟對組件試驗的條件：溫度為環(huán)境溫度(見GB/T2421)，相對濕度不超過75%將組件引出線短路后接到有限流裝置的直流絕緣測試儀的正極將組件暴露的金屬部分接到絕緣測試儀的負(fù)極。如果組件無邊框，或邊框是不良導(dǎo)體，將其邊緣用導(dǎo)電箔包裹。將組件全部的聚合表面（前后表面，接線盒）用導(dǎo)電箔包裹。再將導(dǎo)電箔覆蓋的所有部分連接到絕緣測試儀的負(fù)極。如果組件保持正向電壓連接邊框，一些組件可能對靜態(tài)極化比較敏感。在這種情況下，測試儀的應(yīng)以相反的方式連接。如果條件允許，生產(chǎn)商應(yīng)提供靜態(tài)極化靈敏度的信息。以不大于500V/s的速率增加絕緣測試儀的電壓，直到等于1000V加上兩倍的系統(tǒng)最大電壓。如果系統(tǒng)的最大電壓不超過50V，所施加的電壓應(yīng)為500V。維持此電壓1min。降低電壓到零，將絕緣測試儀的正負(fù)極短路使組件放電。拆去絕緣測試儀正負(fù)極的短路線。以不大于500V/s的速率增加絕緣測試儀的電壓，直到等于500V或組件最大系統(tǒng)電壓的高值。維持此電壓2min。然后測量絕緣電阻。降低電壓到零，將絕緣測試儀的正負(fù)極短路使組件放電。拆去絕緣測試儀與組件的連線及正負(fù)極的短路線。組件故障類別安全性能故障安全性能故障按照光伏組件的安全來進(jìn)行劃分，具體內(nèi)容見表3。安全性能故障類別列表安全性能故障類別描述A故障對組件安全沒有影響。B(f,e,m)如果發(fā)生后續(xù)故障和/或第二次故障，則失效可能導(dǎo)致火災(zāi)隱患（f）、電擊危險（e）和機(jī)械應(yīng)力隱患（m）。C(f,e,m)故障直接導(dǎo)致安全問題（f，e，m的定義見B）。功率損耗故障功率損耗故障類別描述了從初始時刻到光伏組件使用的某一時刻，功率損耗的變化情況。具體內(nèi)容見表4。功率損耗故障類別列表功率損耗故障類別描述A功率損耗低于初始值的3%。B功率隨使用時間呈指數(shù)衰減。C功率隨使用時間呈線性衰減D隨著使用時間的推移，功率損耗減低趨于飽和。E功率隨使用時間呈階梯狀衰減。F隨著使用時間的推移，其他類型的功率損耗。故障診斷外觀檢查按照組件的物理結(jié)構(gòu)將外觀檢查故障劃分為以下三類：太陽電池故障主要包括電池片變色、電池片裂紋、焊帶故障；封裝材料故障主要包括EVA變色、背板燒痕、背板分層、組件分層；外部元件故障主要包括接線盒故障。通過外觀檢查，并結(jié)合表5的組件故障清單可對光伏組件進(jìn)行故障診斷，以評估分布式光伏組件中可見的缺陷。外觀檢查對應(yīng)的組件故障清單組件故障類別描述安全性能等級功率衰減等級外觀檢查照片太陽電池故障當(dāng)一塊電池片比其他電池片溫度高時，這塊電池片會更快的變?yōu)楹稚?。B(f)D蝸牛紋是電池網(wǎng)格線上銀漿的變色，蝸牛紋沿著電池裂紋出現(xiàn)。B(f)C組件前部有燒痕，封裝劑變色，這與金屬連接處過熱有關(guān)B(f,e,m)D/E封裝材料故障電池片中心的EVA呈微褐色，且EVA中發(fā)生變色的部分發(fā)生在能夠接觸到大氣中的氧氣和/或非常接近醋酸擴(kuò)散出細(xì)胞的邊緣AC電池片上EVA呈褐色，且電池片有兩條裂紋。沿電池片裂紋出現(xiàn)光致褪色，因此，電池片裂紋是可見的。EVA材料的褐變需要幾年時間才能出現(xiàn)。B(f)C組件背板沿著母線方向出現(xiàn)燒痕B(f,e,m)D/E背板分層B/C(e)D多晶硅光伏組件分層B(e)D/E組件外表面、框架或接線盒等部位的外觀缺陷可能導(dǎo)致現(xiàn)場故障。另外，像電池片裂紋這樣的缺陷很有可能導(dǎo)致組件功率損失或安全問題等后續(xù)故障。紅外熱成像按照組件熱成像的區(qū)域?qū)⒓t外熱成像故障劃分為以下三類：組件故障主要包括組件整體過熱、組件部分過熱、電池串過熱；電池片故障主要包括某些電池片過熱（無規(guī)律）、某些電池片過熱（有規(guī)律）、單塊電池片過熱、單塊電池片部分過熱。在光伏組件平面內(nèi)輻照度穩(wěn)定在至少為600W/m2，且室外風(fēng)速比較低的情況下進(jìn)行紅外熱成像試驗，在操作偏差下觀察成像結(jié)果時，電池溫度可能只相差幾度。若組件短路或存在缺陷，溫度變化會大很多。表6列出了紅外熱成像試驗可以識別的光伏組件故障。紅外熱成像測試對應(yīng)的組件故障清單組件故障類別描述安全性能等級功率衰減等級紅外熱成像照片組件故障一塊組件比其他組件更熱A系統(tǒng)故障一個熱點(diǎn)B(f)C(m,tc)組件中的一行電池片比其他行的電池片更熱B(f)功率恒定或者E在相同陰影下，電池串中部分電池片溫度比其他電池片溫度更高A、B(f)A、C電池片故障單塊電池片過熱，沒有任何規(guī)律。A（當(dāng)外部短路時），B(f)（當(dāng)二極管短路）功率恒定或者E單塊電池片較上部和中部溫度高，下部溫度低，靠近框架溫度高。AC(v,h,t)一塊電池片明顯比其他電池片溫度更高A、B(f)A、B或C(m,h,tc)一塊電池片的一部分溫度較高B(f)C(m,tc)電致發(fā)光按照組件故障程度劃分，可分為以下三類：組件無故障情況；組件故障主要包括電勢誘導(dǎo)衰減、組件裂紋、組件翹起、組件某處斷開、二極管故障；電池片故障主要包括電池片裂紋、柵線故障、濕氣腐蝕、輪胎類壓痕、分流故障、電池片連接斷開。通過電致發(fā)光測試，并結(jié)合表7的組件故障清單可對光伏組件進(jìn)行故障診斷，以評估分布式光伏組件中隱藏的缺陷。電致發(fā)光測試對應(yīng)的組件故障清單組件故障類別描述安全性能等級功率衰減等級電致發(fā)光照片沒有組件故障的情況多晶圓片中的晶體位錯AA晶片邊緣AA紋環(huán)AA光伏組件故障電勢誘導(dǎo)衰減（PID）：在功率損失之前，PID光伏組件可以在早期以額定電流1/10下拍攝的EL圖像進(jìn)行識別。A生產(chǎn)過程中，重復(fù)誘導(dǎo)電池裂紋B(f)C過大的機(jī)械載荷。組件中整體裂紋形狀呈X狀，如右圖中紅線部分。B(f)C光伏組件翹起。在光伏組件中間的電池片上存在許多樹突狀裂紋。B(f)C通過二極管分流或者電流在組件某處斷開。B(f)E電池片故障電池片裂紋模式A：電池片有裂紋，但裂紋不影響流過裂紋的電流（無抗電流）BC電池片裂紋模式B+（A）：電池片有裂紋，且裂紋影響流過該單元互聯(lián)條的電流，但電池片仍然是連接的。B(f)C電池片裂紋模式C+（B+A）：電池片有裂紋，且裂紋完全將電池片部分與電池片互聯(lián)條隔離。在光伏組件額定電流的1/10下拍攝的EL圖像（上圖）與光伏組件額