[논문 리뷰] Dealing in practice with hot-spots

R. B. Moreton, E. Lorenzo외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 10. 30.

Photovoltaic System Optimization Techniques인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 시각 검사, 적외선 열화상 촬영, 발광전류형광, 전기적 성능 시험을 활용하여 태양전지 모듈의 핫스팟을 식별하고 평가하기 위한 표준화되고 실용적인 절차를 제안한다. 운영 전압이 효율 손실을 정량화하는 데 가장 효과적인 매개변수로 규명되었으며, 모듈의 열화 및 신뢰성에 대한 계약적 평가에 신뢰할 수 있는 지표를 제공한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 현장에서 널리 수용되지 않은 핫스팟 탐지 및 평가 절차의 부족을 해결하기 위해.
• 실증 데이터를 바탕으로 핫스팟 영향을 받은 모듈에 대한 명확한 수락 및 기각 기준을 설정하기 위해.
• 핫스팟으로 인한 효율 손실을 정량화하는 데 가장 효과적인 전기적 매개변수를 특정하기 위해.
• 태양전지 시스템 운영 및 유지보수에서 계약적 의사결정 지원을 위해.

제안 방법

• 200개의 현장 영향을 받은 태양전지 모듈에 대해 시각적 및 적외선 열화상 검사를 수행하였다.
• 미세 균열 및 국소 결함을 탐지하기 위해 발광전류형광 영상 촬영을 실시하였다.
• 표준 시험 조건 하에서 최대 출력 및 운영 전압을 측정하여 성능 열화를 평가하였다.
• 열이상과 전기적 성능 간의 상관관계를 분석하여 효율 손실 원인을 규명하였다.
• 전압 편차 및 열 서명을 기반으로 수락 및 기각 기준을 정의하였다.
• 유지보수 및 계약적 상황에서의 현장 적용을 위한 실용적이고 반복 가능한 프레임워크를 제안하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양전지 모듈의 핫스팟 손상에 대해 현장에서 신뢰할 수 있는 지표로 식별 가능한 것은 무엇인가?
• RQ2 핫스팟으로 인한 효율 손실을 가장 정확하게 반영하는 전기적 매개변수는 무엇인가?
• RQ3 실제 응용에서 핫스팟 영향을 받은 모듈에 대해 일관된 수락 및 기각 기준을 어떻게 설정할 수 있는가?
• RQ4 시각적 및 적외선 열화상 검사 결과는 실제 성능 열화와 어느 정도 상관이 있는가?
• RQ5 운영 전압은 모듈 건강 상태의 계약적 평가에 실용적인 지표로 활용될 수 있는가?

주요 결과

• 운영 전압가 핫스팟 영향을 받은 모듈에서 효율 손실을 탐지하고 정량화하는 데 가장 민감하고 신뢰할 수 있는 지표로 규명되었다.
• 시각적 및 적외선 열화상 검사는 열이상 효과적으로 식별했지만, 정확도 확보를 위해 전기적 시험으로 확인이 필요했다.
• 발광전류형광 영상 촬영을 통해 핫스팟 형성과 관련된 미세 균열 및 국소 결함을 성공적으로 파악하였다.
• 열이상과 측정 가능한 최대 출력 저하 사이에 명확한 상관관계가 관찰되었다.
• 제안된 기준은 현장 조건에서 모듈의 수락 또는 기각 분류를 일관되게 가능하게 하였다.
• 이 절차는 태양전지 시스템 성능 보증을 위한 계약 프레임워크에 통합하기에 적합하다.