基于红外热成像技术的光伏组件电势诱导衰减-分流（PID-s）故障定量研究

 

潜在诱导衰减-分流（PID-s）是光伏（光伏）电池中的主要衰减机制，显著影响组件性能。为了减缓进一步的衰减，定期监测PID-s至关重要。本研究提出使用红外（IR）热成像作为评估技术，IR成像通过可视化温度分布提供了更快、更有效的方法。实验测量显示，光伏组件中电池功率与平均电池温度之间存在强相关性。因此，IR热成像可以作为定量研究PID的可行工具。

 

美能PID潜在电势诱导衰减测试仪可模拟光伏组件长期在恶劣环境下发生PID衰减后来评估组件的电性能是否能符合要求。

 

 

方法论

光伏电池的双二极管模型（DDM）

 

 

双二极管模型由两个二极管、一个光生电流源、串联电阻（Rs）和分流电阻（Rsh）组成。该模型共有七个参数，用于描述光伏电池在不同工作条件下的电气行为。当光伏电池通过电流源外部偏置时，DDM的组件会在光伏电池内部产生热量。随着持续偏置，电池的温度会上升，直到热量生成速率等于向周围环境的热量损失速率，从而导致电池表面温度稳定。

 

通过该模型，研究人员能够更好地理解PID-s对光伏电池功率输出和热耗散的影响，从而为定量研究PID-s提供了理论基础。

 

模拟分析

功率输出和热耗散的变化

 

 

分流电阻（Rsh）对功率输出和热耗散的影响：

 

随着分流电阻的减小，功率输出和热耗散都显著下降。这表明分流电阻的减小（即PID-s的影响）会导致光伏电池的功率输出降低，同时热耗散也减少。

 

复合电流（J02）对功率输出和热耗散的影响：

 

随着复合电流的增加，功率输出和热耗散都显著下降。这表明复合电流的增加（即PID-s的影响）会导致光伏电池的功率输出降低，同时热耗散也减少。

 

功率输出与热耗散的关系：

 

功率输出与热耗散之间存在一一对应的关系，即功率输出越高，热耗散也越高。在PID-s影响下，随着分流电阻和复合电流的变化，功率输出和热耗散都呈现下降趋势。

 

实验验证

实验使用的光伏组件

 

 

实验对象：选择一个包含36个电池的晶体硅光伏组件。

 

该组件包含36个电池，用于后续的PID测试和性能评估。

 

PID测试前后的EL成像

 

 

PID测试：在气候室中对组件进行PID测试，施加-1000V应力，温度为60°C，相对湿度为85%，持续96小时。

 

在PID测试前后对组件进行电致发光（EL）成像，确认组件的初始状态和PID-s影响。PID测试后，部分电池不再发射EL信号，表明这些电池受到PID-s的严重影响。

 

PID测试后的IR热成像

 

 

IR热成像：在稳态条件下，通过外部偏置组件进行逆IR热成像，获取组件的温度分布。

 

IR热成像显示了组件表面的温度分布。尽管部分电池在EL图像中不发射信号，但在IR图像中仍然显示出温度分布，表明这些电池仍然存在热耗散。

 

平均温度分布图

 

 

温度测量：使用IR相机捕获IR图像，计算每个电池的平均表面温度。

 

通过IR热成像数据，计算了每个电池的平均温度，并以温度分布图的形式展示。温度分布图显示了不同电池的温度差异，特别是受PID-s影响的电池温度较高。

 

电池功率分布图

 

 

功率测量：移除组件的背板，直接测量每个电池的功率，绘制功率分布图。

 

通过移除组件的背板，直接测量了每个电池的功率，并以功率分布图的形式展示。功率分布图显示了不同电池的功率输出差异，特别是受PID-s影响的电池功率较低。

 

结果表明，IR热成像能够有效检测严重受PID-s影响的电池，提供了一种快速、非破坏性的现场监测手段。通过揭示功率输出与热耗散之间的关系，IR热成像为定量研究PID-s提供了新的视角和方法。未来，随着技术的进一步优化和应用场景的扩展，IR热成像有望在光伏系统的性能监测和故障诊断中发挥更加重要的作用，为光伏产业的可持续发展提供有力支持。

美能PID潜在电势诱导衰减测试仪

 

 

 

美能潜在电势诱导衰减测试仪ME-PV-PID 可与环境试验箱通讯，模拟高温、高湿、高盐碱等恶劣环境下的PID衰减，全面评估组件的长期稳定性。

 

• 评估光伏组件承受系统偏压的能力

 

• 可同时监测多路电压、泄露电流和绝缘电阻

 

• 正反向切换直流电源：电压范围（-2500~2500V）

 

符合IEC61215、IEC62804等国际标准

 

 

结合美能PID潜在电势诱导衰减测试仪的应用，可以更精准地模拟和检测PID-s在实际环境中的影响，进一步提升测试的准确性和可靠性。未来，我们期待红外热成像技术与美能PID测试仪的深度整合，为光伏组件的性能监测和故障诊断提供更加完善的技术解决方案。

 

原文出处：Quantitative Investigation of PID Using Infrared Thermography in Crystalline Silicon PV Module

 

 

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