光伏组件红外检测故障分级方法.pdf
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1、中国科技信息 2024 年第 1 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jan.2024-116-三星推荐近年来,随着光伏电站装机容量的逐步增大,光伏电站日常运维及发电能效日益得到电站管理方及学者们的关注。光伏组件作为发电系统的核心设备,其工作状态直接关系光伏系统出力。投运已久的电站,光伏组件会出现龟裂、蜗牛纹、损坏、焊带故障等各类问题,各类故障及遮挡引起某些电池片的电流、电压发生变化,其结果使组件产生局部温升。根据不同温差的红外图像差异,采用无人机红外巡检方式已逐渐被光伏电站接受,然而检测结果的识别和判断尚没有成熟的标准,尤其缺乏各类故障缺陷对光
2、伏组件发电功率损失及整个电站发电能效的定量评价标准。本文在 20 多个光伏电站无人机红外巡检工作基础上,针对无人机检测各类故障问题的剖析和进一步测试,定量化研究组件故障分级标准。光伏组件红外影像特征及缺陷判别光伏组件常见故障主要有破损、热斑、隐裂、接线盒故障、遮挡等,这些故障都会使电池片出现不同程度的发热,呈现不同的红外影像。在各类红外影像特征进行对比分析和研究中,为减少检测条件及天气因素差异的影响,巡检前对无人机红外检测条件做了统一规定:无人机搭载可见光、红外两种镜头,检测时光伏方阵应处于正常工作状态,且光伏组件倾斜面辐照度应高于 600W/m2,以确保有足够的电流使有问题的部位产生高温。本
3、文研究的主要几种故障特征如下。(1)组件热斑热斑是同一组串中的某个电池片电阻过大、输出电流明显小于其他电池片输出电流时,该电池片成为负载被其他有光照电池片反向充电而发热的现象。组件内部质量问题、表面玻璃面板破损、电池片隐裂、二极管故障、局部遮挡,以及组串连接问题都有可能导致输出不均引发热斑。热斑效应会严重破坏太阳电池及影响到太阳能电池的使用寿命,极大增加发电成本。同时,有光照的太阳电池所产生的部分能量,都可能被遮蔽的电池所消耗,这会影响到整个光伏系统的发电效率,减少输出。如果不及时对热斑进行检查排除,轻则会对电站造成经济损失,重则会导致电池局部烧毁、焊点融化、引发火灾、盖板玻璃炸裂等情况。热斑
4、组件红外影像显示局部电池片过热,可根据发热电池片的数量分为单热斑和多热斑情况,通常将一个光伏组件中过热电池片数量 3 个时,可定义为组件单热斑;当同一行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度光伏组件红外检测故障分级方法王宗满 李 玲 胡振坤王宗满 李 玲 胡振坤中核坤华能源发展有限公司王宗满(1981),青海海东,硕士研究生,主要从事新能源项目咨询设计、在运电站提质增效技术研究工作。李玲(1987),女,浙江衢州,硕士研究生,主要从事光伏电站设计、在运光伏电站提质增效技术研究工作。胡振坤(1997),浙江金华,硕士研究生,主要从事光伏电站设计、在运光伏电站检
5、测评价及故障诊断工作。-117-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jan.2024中国科技信息 2024 年第 1 期三星推荐组件中过热电池片数量 3 时,定义为组件多热斑。根据发热电池片的数量、发热温度高低还可以将热斑组件区分为一般热斑和严重热斑情况,通常将单个组件中过热电池片数量3个,并且热斑温差15的组件,定义为一般热斑组件;当单个组件发热电池片数量 3,或热斑温差 15时,可定义为严重热斑。在热斑组件中区分出严重热斑组件的目的,是为了将同样产生热斑现象的光伏组件进行分类分级,便于优先处理相对较严重的组件故障。从分级处理的目的考虑,一般热斑
6、与严重热斑的界定标准并非绝对固定的,每个电站在不同阶段检测分类时,可根据电站整体光伏组件故障数量适当调整一般热斑与严重热斑的界定标准。(2)组件破损组件破损通常指表面玻璃面板碎裂,面板碎裂会使组件防潮、密封性能迅速下降,很容易进入水汽和空气,从而造成电池片加速氧化、EVA 老化,从而引起热斑现象。组件表面玻璃面板破损后,破损部位在组件红外图像中呈现热斑状态,并且热斑尺寸较大、较明显,在可见光图像中呈现明显组件破损。通过可见光图像与红外图像的对比,判定是否为组件破损。(3)组件接线盒故障光伏组件接线盒常见故障有:盒体老化变形、接线盒内虚焊、旁路二极管击穿失效、接线盒烧毁、接线盒与硅胶脱离,其中接
7、线盒二极管虚焊、二极管烧坏等情况会直接影响光伏组件发电功率,单个二极管虚焊或击穿,会导致组件中相对应一路电池片回路断路,光伏组件红外图像中呈现规则条状过热区域。(4)阴影遮挡组件阴影遮挡主要有:电力线路、通信等电杆铁搭遮挡,逆变器室、变压器、光伏围栏等建构筑物遮挡,杂草、树木遮挡,严重积灰、鸟粪等污物遮挡。长期、固定位置的遮挡,会使电池片局部产生热斑,红外影像显示出热斑现象。通过可见光图像与红外图像的对比,判定是否为阴影遮挡。(5)低效组串低效组串即组串低电流运行,是当汇流箱熔断器损坏或组件 MC4 插头断开时,整个光伏组串处于不发电或者发电功率异常较低的状态。因整个组串没有电流输出,或输出明
8、显偏低,不仅该组串对发电出力没有贡献,反而整体成为负载消耗光伏系统中电能,较大程度上拉低了整体发电能效。对于近几年新建的光伏电站,大多已采用智能通信方式,运行后台能实时显示出每个组串工作状态,异常低效组串较容易发现和判断。然而早期建设的老旧电站,汇流箱无通信模块,后台无法识别组串工作状态,单靠人工巡检定期排查的方式工作效率较低,红外巡检方式能有效识别和定位。低效组串从红外图像特征看,整个组串所有组件温度明显高于相邻正常发电的光伏组串,当组串中所有组件整体呈现热斑现象时,可判定为低效组串。(6)组串接地组串接地或短接主要表现在组件连接线绝缘层损坏、MC4 密封失效而进水等原因导致连接线与支架连通
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