Seminarium Solis, Odcinek 24: Problemy z mikropęknięciami paneli PV i metody ich identyfikacji

Efekt PID, mikropęknięcia i gorące punkty to trzy ważne czynniki, które mogą wpływać na wydajność modułów fotowoltaicznych z krzemu krystalicznego. Wśród nich efekt PID i gorące punkty pojawiają się zwykle po instalacji i eksploatacji paneli PV przez pewien okres czasu. Mikropęknięcia są częstym problemem związanym z modułami fotowoltaicznymi i trudno je wykryć naocznie. W związku z tymi potencjalnie ukrytymi problemami ważne jest, jak je zidentyfikować i naprawić. Podczas ostatniego seminarium Solis przedstawiliśmy problem efektu PID i jego rozwiązań. Podczas tego seminarium podzielmy się z wami przyczynami mikropęknięć ogniw, sposobami ich identyfikacji i ostatecznie ich zapobiegania.

Co to jest „mikropęknięcie” i jakie są możliwe jego przyczyny

Mikropęknięcia są stosunkowo powszechną wadą modułów fotowoltaicznych z krzemu krystalicznego, która odnosi się głównie do niewielkich pęknięć, które nie są łatwo wykrywalne przez ludzkie oko. Ze względu na właściwości własnej struktury krystalicznej, moduły krzemu krystalicznego są bardzo podatne na pękanie.

Rysunek 1 Pęknięty panel fotowoltaiczny

W procesie produkcji paneli z krzemu krystalicznego wiele czynników może spowodować pęknięcie ogniwa. Ale główną przyczyną jest zwykle jedna z trzech:

1.Naprężenie mechaniczne: Ma to miejsce, gdy ogniwo jest narażone na działanie sił zewnętrznych, takich jak spawanie, laminowanie, kadrowanie, instalacja, budowa, itp., a w przypadku nieprawidłowego ustawienia parametrów - awaria sprzętu lub nieprawidłowe działanie, które spowodowało mikropęknięcia.

2.Naprężenie termiczne: Jest to spowodowane głównie tym, że ogniwa pęcznieją i pękną po narażeniu na nagłą wysoką temperaturę, np. temperatura spawania lub laminowania jest zbyt wysoka, a inne ustawienia parametrów są nieprawidłowe.

3.Wady surowca: Zaopatrzenie w nieodpowiednie surowce lub materiały, które nie są należycie przetwarzane, może spowodować wady materiałowe.


Wpływ „mikropęknięć” na wydajność modułów fotowoltaicznych
Prąd ogniwa jest zbierany i wyprowadzony przez linie głównej sieci i cienkie linie sieci, których powierzchnie są prostopadłe do siebie. W związku z tym, gdy mikropęknięcia (w większości równoległe do magistrali) powodują zerwanie cienkich linii sieci, prąd nie będzie skutecznie transportowany do magistrali, co doprowadzi do częściowej, a nawet całkowitej awarii ogniw. Może to również wytworzyć odłamki, gorące punkty itp., a jednocześnie spowodować tłumienie mocy komponentów.

Rysunek 2 Pobór prądu i wyprowadzenie linii sieci w warunkach normalnych      Rysunek 3 Prąd linii sieci jest blokowany przez mikropęknięcia  

Jak rozpoznać „mikropęknięcie”

Sprzęt EL
EL (elektroluminescencja) to ogniwo słoneczne lub wewnętrzne urządzenie do wykrywania defektów, które wykorzystuje zasadę elektroluminescencji krzemu krystalicznego do przechwytywania obrazów komponentów w bliskiej podczerwieni za pomocą kamer termowizyjnych o wysokiej rozdzielczości. Urządzenie to wykrywa i określa wady podzespołów.

Metoda ta ma jednak kilka wad, jeżeli chodzi o rozpoznawanie mikropęknięć w zainstalowanych panelach fotowoltaicznych:

1. Sprzęt ten jest drogi
2. Długi czas wykrywania, zwykle kilka tygodni, a nawet miesięcy w przypadku dużych układów
3. Do pracy na miejscu potrzebny jest profesjonalny personel, a koszty jego pracy są wysokie

Rysunek 4 Metoda tradycjonalna identyfikowania problemu mikropęknięć w panelach fotowoltaicznych

Metoda skanowania krzywej I-V

W przypadku paneli PV, które zostały zainstalowane i podłączone do inteligentnej platformy monitorującej,
funkcja skanowania krzywej I-V umożliwia szybkie skanowanie i kategoryzację paneli PV pod kątem mikropęknięć.

Rysunek 5 Rozwiązanie rozpoznawania krzywej Solis I-V       Rysunek 6 Schemat krzywej I-V w przypadku typowych usterek

Jeśli wyniki skanowania pokazują dwa typy krzywych: ① lub ② na rysunku 6, oznacza to, że prąd wyjściowy modułu PV jest nieprawidłowy. Przyczyną może być uszkodzenie w postaci pęknięć lub blokada prądu.

Korzyści:
1. To rozwiązanie może zidentyfikować różne awarie PV
2. Krótki czas reakcji i dochodzenie może zostać przeprowadzone w zaledwie 5 minut
3. Brak konieczności posiadania profesjonalnego sprzętu i/lub personelu, co pozwala zaoszczędzić koszty
4. Skanowanie jednym kliknięciem, ekonomiczne

Przykładowe aplikacje wykorzystujące skanowanie krzywej I-V

Przypadek ten dotyczy zastosowania skanowania krzywej I-V w projekcie C&I. Wszystkie falowniki na miejscu zostały zeskanowane zdalnie przez SolisCloud i stwierdzono, że jeden z ich ciągów wykazał charakterystykę krzywej ① (na rysunku 6), a krzywa I-V i P-V była następująca:

Rysunek 7 Krzywe I-V i P-V nieprawidłowych ciągów w przykładzie skanowania krzywej I-V

Rysunek 9: mikropęknięcia panele PV znalezione na podstawie skanowania krzywej I-V

Rysunek 8 Raport danych skanowania krzywej I-V dla wszystkich ciągów tego falownika w tym projekcie komercyjnym

Dzięki tej precyzyjnej funkcji analizy możemy szybko zidentyfikować panele PV z pęknięciami w tym zakresie, co ostatecznie poprawiłoby wydajność systemu pod kątem produkcji i wydajności oraz obniżyłoby koszty.

Podsumowanie
Problem mikropęknięć ma duży wpływ na moc modułu PV, a ostatecznie na cały system i nie można go cofnąć. Podczas, gdy producenci modułów starają się zapobiegać powstawaniu mikropęknięć podczas produkcji, ważne jest, aby zachować szczególną ostrożność podczas ich przechowywania, transportu i instalacji, by uniknąć uszkodzenia ogniw. Należy zwrócić szczególną uwagę na środowisko przechowywania i unikać nagłych skrajnych zmian temperatury.

Połączenie dowolnego systemu PV na dużą skalę z platformą monitorującą taką jak SolisCloud, zapewni szybkie i skuteczne rozwiązanie wielu potencjalnych problemów, chroniąc tym samym LCOE całego systemu.