Testowanie paneli słonecznych jednoznacznie kojarzy się z wyznaczaniem ich parametrów elektrycznych dla warunków STC (Standard Test Conditions).
Niewątpliwe jest to najważniejsze badanie i wykonywane jest zawsze przez producenta modułu, zanim ten trafi do klienta. Wyniki tego badania stanowią integralną część karty katalogowej oraz tabliczki znamionowej. Badanie jest precyzyjnie opisane w normie IEC 61215 i może być powtórzone w dowolnym laboratorium pomiarowym posiadającym odpowiedni sprzęt i kompetencje. Testowanie paneli słonecznych nie tylko pozwala zweryfikować to co podaje producent, ale umożliwia także na diagnostykę modułu, który podejrzewamy o nieprawidłowe działanie. Wynik pozwala stwierdzić, czy tak jest w istocie, ale tylko w ograniczonym zakresie (przebieg ch-ki I-V) wyjaśnia przyczyny wadliwego działania. Bardzo użytecznym badaniem, które może dać odpowiedź na pytanie dlaczego moduł nie pracuje prawidłowo, albo dlaczego jego parametry elektryczne odbiegają od deklaracji producenta jest obrazowanie elektroluminescencji modułu PV.
Zastosowanie elektroluminescencji modułów PV i testowanie paneli słonecznych
Badanie odpowiedzi elektroluminescencyjnej modułu PV (EL) jest techniką obrazowania stosowaną do testowania paneli słonecznych. Można nią badać zarówno same pojedyncze ogniwa fotowoltaiczne, jak również ich układy (baterie) znajdujące na module PV. Chociaż jest to technika stosunkowo młoda – po raz pierwszy zastosowano ją w 2005 roku - to można śmiało powiedzieć, że obecnie stosowana jest powszechnie i to zarówno w laboratoriach badawczych, jak i w przemyśle. Do największych zalet tej techniki należą duża szybkość w uzyskiwaniu odpowiedzi EL ogniwa (rzędy kilku do kilkudziesięciu sekund) oraz ilość uzyskiwanych informacji. Technika ta pozwala na określenie rozkładu czasu życia nośników mniejszościowych, obrazowanie mikropęknięć, a nawet na wyznaczenie rozkładu rezystancji szeregowej (w połączeniu z techniką obrazowania fotoluminescencji). Nie bez znaczenia pozostaje okoliczność, że technika ta należy do nieniszczących metod badawczych.
W ogniwie PV w wyniku rekombinacji promienistej nadmiarowych nośników prądu następuje emisja światła, które może zostać zarejestrowane przez czułą kamerę. W obrazowaniu elektroluminescencyjnym (EL) ogniwo zostaje spolaryzowane w kierunku przewodzenia odpowiednio wysokim napięciem (równym lub większym niż Uoc). Wówczas nadmiarowe nośniki są „wstrzykiwane” przez złącze. Obraz luminescencyjny pochodzi z emisji międzypasmowej w krzemie, której maksimum natężenia przypada dla długości około 1140 nm, przy czym widmo promieniowania dla krzemu rozciągnięte jest w zakresie fal od około 900 do 1250 nm. Promieniowanie to może być rejestrowane całkowicie przez kamerę wyposażoną w detektor InGaAs lub tylko częściowo przez kamery wyposażone w krzemowe detektory CCD lub CMOS (rys. 1). Wynika to z widma czułości zastosowanych detektorów. Na rysunku 1 pokazano widma czułości dla wybranych detektorów na tle widma promieniowania PL dla krzemu.W kontekście powyższych informacji istotne jest również testowanie paneli słonecznych w celu oceny ich wydajności i jakości.
Rys. 1. Widmo promieniowania EL ogniwa krzemowego oraz zakres widmowy dla matryc CCD i InGaAs
Układ pomiarowy
Układ pomiarowy do obrazowania elektroluminescencyjnego jest stosunkowo prosty. Składa się z badanego ogniwa/modułu PV, zasilacza, kamery oraz oprogramowania pozwalającego na zapis i obróbkę zarejestrowanego obrazu (rys. 2).
Rys. 2. Układ do obrazowania elektroluminescencji modułu PV
Biorąc pod uwagę, że kamery wyposażone w detektory InGaAs są drogie oraz mają niewielkie rozdzielczości powszechnie używa się kamer z matrycami opartymi na detektorach krzemowych CCD lub CMOS. W przypadku detektorów CCD, które charakteryzują się większą czułością i mniejszymi szumami, wyróżniają się te produkowane przez firmę KODAK. Jednym z najlepszych w tej kategorii jest matryca o oznaczeniu KAF 16803. Niestety jest stosunkowo droga a przy tym oferuje rozdzielczość 16 Mpx. Z tego powodu najpowszechniejszymi matrycami do obrazowania EL są matryce typu CMOS. Ze względu na masowość produkcji oraz konstrukcję kamery oparte o te matryce są tańsze i oferują duże rozdzielczości przekraczające 20Mpx. Najczęściej spotyka się te produkowane przez firmę SONY.
Zarówno w przypadku kamer opartych o matryce CCD, jak i CMOS ich maksimum wydajności kwantowej przypada na zakres widzialny a obraz elektroluminescencji rejestrowany jest w zakresie od około 900 do 1250 nm. Z tego powodu stosuje się odpowiednie filtry i odpowiednio długie czasy naświetlania.
Obraz EL
W wyniku obrazowania EL modułu bądź ogniwa fotowoltaicznego, uzyskuje się monochromatyczny obraz, na którym widoczne są różnego rodzaju defekty. Podobnie jak badanie parametrów elektrycznych, obrazowanie EL można wykonać na dowolnym etapie produkcji i użytkowania modułu PV. Znajomość procesu produkcji ogniwa (lub modułu PV), sposobu jego transportu oraz montażu pozwala w wielu przypadkach stwierdzić, na którym
z tych etapów defekty te powstały. Szczegółową analizę opisywanych defektów zawarto w artykule pt. „Zaawansowane metody diagnostyki modułów PV – elektroluminescencja – rodzaje defektów i ich źródła”.
W artykule wykorzystano materiały własne autora oraz dane z materiałów firmy KODAK.
