一种检测光伏热斑损害的太阳电池漏电流的系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种检测光伏热斑损害的太阳电池漏电流的系统及方法，通过测试太阳电池反向偏压下温度变化情况，判定反偏漏电流的分布情况，根据反向漏电流大小，进行电池分类，同时通过红外热相扫描，检测太阳电池反向漏电流分布，挑选出局部漏电流密度大的电池。采用本发明将局部漏电流大的太阳电池挑选出来，避免太阳电池实际使用中，在电流失配引起的电压反偏情况下产生温度过高的热斑问题。
【专利说明】-种检测光伏热斑损害的太阳电池漏电流的系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种检测光伏热斑损害的太阳电池漏电流的系统及方法，属于光伏电 池检测【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 随着这几年国内太阳能光伏工业迅速发展以及光伏系统安装容量的快速增长，光 伏系统的运行安全性和可靠性问题逐渐显露。
[0003] 光伏的使用环境千差万别，不同的环境因素如辐照、温度、湿度等对太阳电池和组 件封装材料的性能影响机制不尽相同。其中，根据国际标准IEC 61215对光伏组件的性能 评估显示，热斑、湿热老化、高低温循环等试验环境使组件产生较高的失效率；而在光伏的 实际应用中往往显示出旁通二极管失效、栅线界面失效、封装胶膜脱层、汇流条锈蚀、背板 裂纹等多种失效形式，从而导致组件的光电性能下降幅度远超过预期，甚至引发火灾。在众 多光伏失效模式中，由于各种动态阴影遮挡、局部积尘（雪）以及自动太阳跟踪系统故障等 引起的组件表面辐照非均匀分布，进而产生太阳电池高温热斑等问题，成为光伏组件失效 的重要原因。
[0004] 非均匀辐照下，较低辐照下的单体太阳电池输出电流变小，使得其两端处于反向 偏置，从而产生局部过热现象，这就是热斑现象，这种现象会消耗组件的功率，严重的话甚 至可能造成光伏组件的永久失效。现在我国的一些光伏研究、检测机构与光伏企业，也开展 了一些光伏可靠性的测试评估与热斑解决方法研究，如：增加多个旁通二极管保护太阳电 池，由于旁通二极管成本较高，本身也存在可靠性问题，这种方法推广有较大局限性；同时， 当太阳电池严重反向偏置时，用于保护太阳电池、防止其产生过高偏置电压的旁通二极管， 将处于正向工作导通状态，其产生的大量热使二极管结温可达l〇〇°C以上，长时间运行也将 产生可靠性问题。此外，当旁通二极管因长期高温运行而性能失效，不能对反向偏置的太阳 电池产生保护作用，从而导致电池两端电压升高，产生大量的热，造成更严重的太阳电池击 穿和烧毁问题。此外，太阳电池厂家通过分选方式，降低太阳电池反偏电压下的漏电流值， 该方法能够很好部分减少热斑问题，但由于太阳电池反向漏电流分布不均匀的，一些低漏 电流电池，漏电流集中在局部几个甚至1个点，仍会形成热斑问题，在热斑可靠性方面并没 有一个完全有效的解决方案。
【发明内容】
[0005] 为弥补现有技术的缺陷，本发明提供一种检测光伏热斑损害的太阳电池漏电流的 系统及方法，通过太阳电池通反向漏电流后的温度分布，检测漏电流大小分布，根据温度分 布分选太阳电池，将局部漏电流大的太阳电池挑选出来。
[0006] 本发明所采用的技术方案为：
[0007] -种检测光伏热斑损害的太阳电池漏电流的系统，包括测试平台，金属板，光学系 统和驱动采集与图像处理电路，所述金属板置于测试平台上，所述光学系统置于太阳电池 的上方，所述光学系统与驱动采集与图像处理电路相连，所述光学系统由红外探测器和光 学成像物镜构成。
[0008] 前述的测试平台采用绝缘、保温材料制成。
[0009] 利用检测光伏热斑损害的太阳电池漏电流的系统检测光伏电池漏电流的方法，包 括以下步骤：
[0010] 1)将太阳电池置于金属板上，使太阳电池背面正极与金属板接触，通过金属板与 直流电源负极相连，使太阳电池正面负极通过导电压条与直流电源负极连接；
[0011] 2)直流电源对太阳电池施加电压；
[0012] 3)通过光学系统采集光伏电池的温度分布数据；
[0013] 4)驱动采集与图像处理电路对采集的光伏电池的温度分布数据进行处理，生成温 度分布图像；
[0014] 5)将生成的温度分布图像与电池漏电流与温度分布关系数据库比较，判断太阳电 池漏电流的分布；
[0015] 6)将局部漏电流大的太阳电池挑选出来。
[0016] 前述的步骤5)中，电池漏电流与温度分布关系数据库的建立包括以下步骤：
[0017] 5-1)计算均匀辐照分布下初始组件温度；
[0018] 5-2)分别采用单片低纯硅电池、隐裂电池和局部缺陷电池制作成光伏组件；
[0019] 5-3)在被测组件两端施加12V反偏电压；
[0020] 5-4)采用红外热像仪分别对三组光伏组件进行温度测量，得到不同漏电流类型太 阳电池表面沿着发热源形成的温度场；
[0021] 5-5)提出均匀面、均匀线、集中点三种漏电流类型的太阳电池的热源能量密度分 布假设；
[0022] 5-6)计算被遮挡太阳电池由于反偏电压产生的热量；
[0023]5-7)通过计算机模拟得出被遮挡太阳电池的最高温度模型；
[0024] 5-8)搭建试验系统，将实测数据和理论计算数据进行对比，对最高温度模型进行 修正，形成太阳电池漏电流与温度分布关系数据库。
[0025] 前述的步骤5-1)均匀辐照分布下初始组件温度为：
【权利要求】
1. 一种检测光伏热斑损害的太阳电池漏电流的系统，其特征在于，包括测试平台，金属 板，光学系统和驱动采集与图像处理电路，所述金属板置于测试平台上，所述光学系统置于 太阳电池的上方，所述光学系统与驱动采集与图像处理电路相连，所述光学系统由红外探 测器和光学成像物镜构成。
2. 根据权利要求1所述的一种检测光伏热斑损害的太阳电池漏电流的系统，其特征在 于，所述测试平台采用绝缘、保温材料制成。
3. 利用权利要求1或2所述的检巧IJ光伏热斑损害的太阳电池漏电流的系统检巧1|光伏电 池漏电流的方法，其特征在于，包括W下步骤： 1) 将太阳电池置于金属板上，使太阳电池背面正极与金属板接触，通过金属板与直流 电源负极相连，使太阳电池正面负极通过导电压条与直流电源负极连接； 2) 直流电源对太阳电池施加电压； 3) 通过光学系统采集光伏电池的温度分布数据； 4) 驱动采集与图像处理电路对采集的光伏电池的温度分布数据进行处理，生成温度分 布图像； 5) 将生成的温度分布图像与电池漏电流与温度分布关系数据库比较，判断太阳电池漏 电流的分布； 6) 将局部漏电流大的太阳电池挑选出来。
4. 根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述步骤5)中，电池漏电流与温度分 布关系数据库的建立包括W下步骤： 5-1)计算均匀福照分布下初始组件温度； 5-2)分别采用单片低纯娃电池、隐裂电池和局部缺陷电池制作成光伏组件； 5-3)在被测组件两端施加12V反偏电压； 5-4)采用红外热像仪分别对H组光伏组件进行温度测量，得到不同漏电流类型太阳电 池表面沿着发热源形成的温度场； 5-5)提出均匀面、均匀线、集中点H种漏电流类型的太阳电池的热源能量密度分布假 设； 5-6)计算被遮挡太阳电池由于反偏电压产生的热量； 5-7)通过计算机模拟得出被遮挡太阳电池的最高温度模型； 5-8)搭建试验系统，将实测数据和理论计算数据进行对比，对最高温度模型进行修正， 形成太阳电池漏电流与温度分布关系数据库。
5. 根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述步骤5-1)均匀福照分布下初始 组件温度为： T〇= Ta+KXIr (1) 其中，T。为初始组件温度化)，L为环境温度化)，If为福照强度（W/m2)，K为组件温度 与福照的关系系数。
6. 根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述步骤5-2)的低纯娃电池对应步 骤5-5)的均匀面漏电流类型；所述步骤5-2)的隐裂电池对应步骤5-5)的均匀线漏电流类 型；所述步骤5-2)的局部缺陷电池对应步骤5-5)的集中点漏电流类型。
7. 根据权利要求4或6所述的检测方法，其特征在于，所述步骤5-5)中，均匀面漏电流 类型的太阳电池的热源能量密度分布假设为，均匀面漏电流分布为；低纯娃电池反偏漏电 流/电池面积； 所述均匀线漏电流类型的太阳电池的热源能量密度分布假设为，均匀线漏电流分布 为；隐裂电池反偏漏电流/(隐裂长度*裂口）；所述集中点漏电流类型的太阳电池的热源 能量密度分布假设为，集中点漏电流分布为；局部缺陷电池反偏漏电流/缺陷点面积。
8. 根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述步骤5-6)中，被遮挡太阳电池由 于反偏电压产生的热量为： 化=(Ir/1000)冲s*Isc*(n-l)*Voc (2) 其中，化为被遮挡太阳电池产生的热量，Ps阴影遮挡比例，Isc和Voc分别为光伏组件 标准条件下额定短路电流和开路电压，n为每个旁通二极管保护n个太阳电池。
9. 根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述步骤5-7)中，采用稳态热模型， 光伏组件接收到的热量等于产生的电能与对外传散热热量总和，热平衡状态是指该最高温 度T。下通过，热斑高温度点、线或面通过传导、对流、福射H种散热达到平衡，通过计算机模 拟，可计算出H种漏电类型的最高温度T。。
【文档编号】H02S50/10GK104467663SQ201410677382
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】张臻, 王磊, 刘升, 刘演华 申请人:河海大学常州校区