[論文レビュー] Dealing in practice with hot-spots

R. B. Moreton, E. Lorenzo+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 30, 2014

Photovoltaic System Optimization Techniques被引用数 13

ひとこと要約

本論文では、視覚検査、赤外線熱画像法、電気光消光法、および電気的性能試験を用いて、太陽電池モジュールのホットスポットを特定・評価する標準化された実用的手順を提案する。作動電圧が、モジュールの劣化および信頼性に関する契約上の評価のための信頼性の高い指標を提供する上で、最も効果的なパrameterであることが特定された。

ABSTRACT

The hot-spot phenomenon is a relatively frequent problem occurring in current photovoltaic generators. It entails both a risk for the photovoltaic module's lifetime and a decrease in its operational efficiency. Nevertheless, there is still a lack of widely accepted procedures for dealing with them in practice. This paper presents the IES-UPM observations on 200 affected modules. Visual and infrared inspection, electroluminescence, peak power and operating voltage tests have been accomplished. Hot-spot observation procedures and well defined acceptance and rejection criteria are proposed, addressing both the lifetime and the operational efficiency of the modules. The operating voltage has come out as the best parameter to control effective efficiency losses for the affected modules. This procedure is oriented to its possible application in contractual frameworks.

研究の動機と目的

• フィールドで太陽電池モジュールのホットスポットを検出・評価するための広く受け入れられた手順の欠如に対処すること。
• 実証データに基づいて、ホットスポットに影響を受けるモジュールの受容および拒否基準を明確にすること。
• ホットスポットによる効率損失を定量化するための最も効果的な電気的パラメータを特定すること。
• 太陽電池システム運用および保守における契約上の意思決定を支援すること。

提案手法

• 200個の現場で影響を受けていた太陽電池モジュールについて、視覚的および赤外線熱画像による点検を実施した。
• 微小亀裂数および局所的欠険を特定するため、電気光消光イメージングを実施した。
• 標準試験条件（STC）下でのピーク出力および作動電圧を測定し、性能劣化を評価した。
• 熱的不均一性と電気的性能の相関関係を分析し、効率損失を特定した。
• 電圧の偏差および熱的シグネチャに基づいて、受容および拒否のしきい値を定義した。
• 保守および契約上の状況での現場適用に適した、実用的で再現性のあるフレームワークを提案した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽電池モジュールにおけるホットスポット損傷の、最も信頼性の高い現場で識別可能な指標は何か？
• RQ2 どの電気的パラメータが、ホットスポットによって引き起こされる効率損失を最も正確に反映しているか？
• RQ3 実世界の応用において、ホットスポットに影響を受けるモジュールに対して一貫した受容および拒否基準をどのように確立できるか？
• RQ4 視覚的および赤外線点検と、実際の性能劣化との相関関係はどの程度か？
• RQ5 作動電圧は、モジュールの健康状態の契約上の評価に実用的な指標として機能できるか？

主な発見

• 作動電圧が、ホットスポットに影響を受けるモジュールにおける効率損失の検出および定量化の観点で、最も感受性が高く信頼性の高い指標であることが判明した。
• 視覚的および赤外線点検は熱的不均一性を効果的に特定できたが、正確性を確保するには電気的試験による確認が必要であった。
• 電気光消光イメージングは、ホットスポット形成に関連する微小亀裂および局所的欠陥を効果的に特定した。
• 熱的ホットスポットとピーク出力の測定可能な低下との間に明確な相関関係が観察された。
• 提案された基準により、現場状況下でモジュールを受容可能または拒否可能として一貫して分類できるようになった。
• この手順は、太陽電池システムの性能保証に関する契約枠組みへの統合に適している。