[发明专利]太阳能组件的故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能组件的故障诊断方法，其中，在太阳能组件内部和组成太阳能电源系统(电线，焊接等)的材料中测量电参数，以便可以在太阳能组件没有暴露在太阳光的情况下进行故障诊断。特别地，在一宽频率范围内通过DC BIAS(直流偏置)和AC(交流)电压激励太阳能电池组件，并测量作为频率响应和DC BIAS的函数的组件的阻抗。

背景技术

为了使得太阳光能量转化达到最优，确定太阳能电池性能的特性是必需的。在材料科学和电设备技术的许多领域中都采用阻抗光谱学(IS)作为工具，在科学研究实验室，它已经被应用在小面积硅太阳能电池和其它类型太阳能电池中。

实验结果分析表明，在硅太阳能电池中，能够分离电容的物理元件，并且能够监测在不同水平照度下不同内部电阻的变化。

IS技术是基于材料对振荡电磁(EM)场的电响应的分析。振荡电磁(EM)场被施加为与材料相连的两个电终端处的交变电流(AC)或电压。典型地一个专注于在一宽频带范围内分析阻抗。IS被广泛应用在一大类材料系统和设备中，包括无机的、有机的和生物学系统。在太阳能电池科学与技术中，最常使用的频率技术是导纳谱。

应该注意的是，阻抗和导纳互为倒数函数，因此它们精确地提供了相同的信息。但是，由传统的导纳谱命名了—种特殊的方法，该方法在反向电压下操作，并且评估大部分载流子陷阱(—般情况下，是那些越过费米级的)的能量级以及状态的陷阱密度。

与之相反，在电化学中，通常更关注于向电极中注入电荷，并且一般所采用的术语是电化学阻抗谱(EIS)。在太阳能电池中，在二极管特性的反向区域执行频率分析显而易见是很重要的，因为这可以探查接触点的选择性。通过在黑暗和不同光强的光照下探测前向偏置范围，可以单独研究各种特性，包括光敏层内的传送、接触点、体积和表面电容等。近年来，该方案被广泛用于染料敏化太阳能电池(DSC)和氧化太阳能电池，同时至今只需要做很少的工作在固态没备上，例如那些基于纳米晶／非晶硅、薄膜、CdTe／CdS,GaAs／Ge和CdS／Cu(In,Ga)Se2的太阳能电池(Energy Environ。Sci。，2009，2，678-686)。

TDR通常被用于诊断常规传输线缆(大部分是同轴线缆)。该方法包括在传输线缆中发送一电信号(通常是一电压脉冲或电压步长)，分析沿线缆产生的反射。确实，如果信号在线缆上遭遇一故障，—部分信号就会被反射到线缆输入端。通常，使用回声测深仪来测量这些反射。回声测深仪是一能够产生电脉冲的设备，并且安装有一显示器，用于显示所发生的不同的反射。

为了在光伏组件和一串组件上实施TDR，需要定义用于绒缆的每个元件的相应的模型。在光伏领域，通常使用单个导电线缆，而在传输线缆情况下(同轴线缆，并行电线等)，其包括两个导体，通常在其上使用时域反射仪。

应该注意到，涉及到光伏组件串时，TDR增加了某些难度。问题涉及到现场安装设备(光伏线缆和地之间的平行的问题，等等)的方法，还有，产生于一个串上的多个反射使得能够提供TDR的结果变得难以解释。该方法还缺乏敏感性：由于该串的不同部件(线缆和组件)的等价阻抗都非常大，在串中基本不可能检测到故障，导致在实际中阻抗的变化很小。但是，当使用直流偏置时，太阳能组件的阻抗会急速下降，因而，本发明可以满足敏感度要求，即，TDR设备和DC稳压器的结合，可以进行有效的测量。

WO2011／032993A1描述了—种方法，用于表征至少一个太阳能电池组件并且监视其随时间的变化，包括由于故障导致的变化。该方法包括在介于1kHz与2MHz之间的宽频范围内，将幅度为10V至2kV的交流电压施加于太阳能电池组件，并且测量作为频率的函数的阻抗。与早期已记录的阻抗光谱有关的阻抗频谱的变化被探测。计算装置依据被探测的变化计算测量值，并且，时间上不同点的测量结果被存储。WO2011／032993A1并没有设想使用DC偏置，并且没有评估在将物理模型拟合到被测数据方面的测量值。本发明提供了—种方法，用于检测在互相连接的太阳能组件中特定于材料的变化，即在更大的损伤发生被识别出来之前，组件和它们相互连接所使用的材料由于外部和内部原因所引起的随时间的演变。该方法在WO2011／032993A1中的系统中不可能进行，其中人眼不可见的、日光下的特别小的变化，能够被太阳能电池串所捕获，可以在光伏下产生连续的变化。本发明是在WO2011／032993A1上的一个改进，其中提高了具有多个太阳能电池组件的太阳能电池系统内的故障诊断的可靠性。