作者：Will White，福祿克太陽(yáng)能產(chǎn)品應(yīng)用專(zhuān)家
在光伏(PV)組件測(cè)試領(lǐng)域，常使用兩種方法來(lái)評(píng)估太陽(yáng)能電池板的性能和健康：I-V曲線繪制和開(kāi)路電壓(Voc)/短路電流(Isc)測(cè)試。雖然這兩種方法都能提供有價(jià)值的見(jiàn)解，但其在診斷能力和提供信息的深度方面存在顯著差異。
技術(shù)人員使用Fluke PVA-1500系列光伏分析儀在太陽(yáng)能發(fā)電廠進(jìn)行詳細(xì)的I-V曲線繪制，從而實(shí)現(xiàn)光伏組件性能的精確診斷和優(yōu)化。
在光伏分析過(guò)程中，有時(shí)還會(huì)用到工作電流(Iop)測(cè)試。(Iop為光伏系統(tǒng)正常發(fā)電時(shí)光伏組串的工作電流)。在本文中，我們將討論兩種主要的光伏測(cè)試類(lèi)型及其優(yōu)缺點(diǎn)。
開(kāi)路電壓和短路電流測(cè)試
開(kāi)路電壓(Voc)和短路電流測(cè)試(Isc)是一種直接測(cè)量I-V曲線端點(diǎn)處太陽(yáng)能電池組件的電壓和電流的方法。Voc在組件未連接任何負(fù)載時(shí)測(cè)得，而Isc則在組件端子短路時(shí)測(cè)得。
上述測(cè)試提供組件最大電壓和電流能力的相關(guān)基本信息。然而，它們并不能讓我們深入了解實(shí)際工作條件下的性能。
I-V 曲線繪制
I-V曲線繪制測(cè)量太陽(yáng)能電池組件在不同負(fù)載下的電流(I)和電壓(V)特性。這種方法可生成詳細(xì)的I-V曲線，以圖形方式顯示組件在整個(gè)工作范圍內(nèi)的性能。
通過(guò)分析曲線，技術(shù)人員可以識(shí)別各種異常，以指示組件或光伏電路中存在特定類(lèi)別的問(wèn)題。每種異常都會(huì)降低電池組串所能產(chǎn)生的最大功率。
I-V曲線的六種異常情況
進(jìn)行I-V曲線測(cè)試時(shí)，必須注意異常情況。它們可以揭示電流不匹配和影響電池組串的潛在問(wèn)題——Voc和Isc測(cè)試可能無(wú)法提供這些信息。例如，損壞的電池和遮擋陰影會(huì)導(dǎo)致電流異常。
以下是六種常見(jiàn)的異常類(lèi)型：
- 階躍或缺口：: 通常是由局部遮擋、碎片或組件上不均勻的污垢造成的，但也可能是由單個(gè)太陽(yáng)能電池的問(wèn)題造成的。它們?cè)贗-V曲線上表現(xiàn)為明顯的階躍或缺口，指示某些電池組性能不佳。I-V曲線繪制可檢測(cè)出上述階躍，為故障診斷和排除提供依據(jù)，而Voc和Isc測(cè)試則無(wú)法顯示上述階躍曲線。
- 低電流：: 這種異常情況可能是由于均勻的污垢、組件行間陰影遮擋或電池轉(zhuǎn)換效率降低造成的，在I-V曲線上表現(xiàn)為電流低于預(yù)期。I-V曲線繪制和Isc測(cè)試都可以發(fā)現(xiàn)低電流問(wèn)題。
- 低電壓：: 低電壓的原因包括旁路二極管短路、組件缺失或電勢(shì)誘導(dǎo)衰減(PID)效應(yīng)，表現(xiàn)為I-V曲線寬度變小(Voc值降低)。I-V曲線繪制可提供有價(jià)值的診斷見(jiàn)解，有助于了解Voc值偏低的可能原因，并能準(zhǔn)確識(shí)別PID情況。Voc測(cè)試也能夠發(fā)現(xiàn)低電壓?jiǎn)栴}。
- 圓拐點(diǎn)：: I-V曲線上的圓拐點(diǎn)表示從最大功率點(diǎn)逐漸過(guò)渡到開(kāi)路電壓，通常是由于串聯(lián)電阻增加或電池連接退化造成的。這種異常情況可以通過(guò)I-V曲線繪制來(lái)檢測(cè)，但Voc和Isc測(cè)試無(wú)法檢測(cè)出來(lái)。
- 垂直段淺坡：: 這種異常情況通常是由于組件內(nèi)的串聯(lián)電阻增加造成的，如電池間的連接斷裂、連接處腐蝕或外部接線電阻增加。這導(dǎo)致I-V曲線的垂直段陡度變緩。串聯(lián)電阻過(guò)高不會(huì)影響Isc或Voc，因此I-V曲線繪制可以發(fā)現(xiàn)上述問(wèn)題，但Voc和Isc測(cè)試卻不能。
- 水平段陡坡(更陡)：: 對(duì)于較新的光伏(PV)陣列，這種異常情況可能是由特定模式的遮擋或污垢造成的；而對(duì)于老舊的光伏(PV)陣列，這種異常情況可能是由電池的分流電阻降低造成的，這是一種退化效應(yīng)，也是PID效應(yīng)造成的一種異常情況，表現(xiàn)為I-V曲線的水平段具有較陡的斜率。I-V曲線繪制可檢測(cè)出這一問(wèn)題，而Voc和Isc測(cè)試則無(wú)法檢測(cè)出該問(wèn)題。
I-V曲線測(cè)試提供最全面的結(jié)果
開(kāi)路電壓和短路電流測(cè)試提供太陽(yáng)能電池組件最大電壓和電流的基本信息，而I-V曲線繪制可提供實(shí)際工作條件下電池組件性能的全面分析，還為診斷和排除性能問(wèn)題提供有價(jià)值的診斷信息。
I-V曲線繪制可檢測(cè)到諸如階躍或缺口、低電流、低電壓、圓拐點(diǎn)、垂直段坡度變緩和水平段坡度變陡等問(wèn)題。測(cè)試電壓和電流時(shí)，僅測(cè)量I-V曲線的端點(diǎn)，因此這種測(cè)試只能測(cè)量到電流或電壓降低。因此，I-V曲線繪制是全面評(píng)估光伏組件健康和性能的首選方法。
通過(guò)I-V曲線繪制，技術(shù)人員可以更詳細(xì)地調(diào)試新安裝的光伏陣列，并確保在維護(hù)太陽(yáng)能組件時(shí)進(jìn)行更準(zhǔn)確的診斷，從而提高光伏系統(tǒng)的效率，延長(zhǎng)其使用壽命。
作者簡(jiǎn)介
自2022年以來(lái)，Will White一直擔(dān)任福祿克太陽(yáng)能產(chǎn)品應(yīng)用專(zhuān)家一職，為I-V曲線繪圖儀、電氣儀表和熱像儀等可再生能源測(cè)試設(shè)備提供支持。Will擁有近二十年的太陽(yáng)能行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，其專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域涵蓋住宅和小型商業(yè)光伏(PV)系統(tǒng)、能源儲(chǔ)存和風(fēng)力發(fā)電。他是NABCEP認(rèn)證的光伏安裝專(zhuān)家，也是一位經(jīng)驗(yàn)豐富的太陽(yáng)能知識(shí)教育工作者，曾為國(guó)際太陽(yáng)能學(xué)會(huì)(SEI)開(kāi)發(fā)和教授課程。
