Obrazowanie elektroluminescencyjne modułu PV, bądź pojedynczego ogniwa, jest obok pomiaru parametrów elektrycznych najpopularniejszym badaniem mającym na celu ujawnienie wad powstałych podczas produkcji, transportu, montażu lub eksploatacji.
Badanie to jest nieniszczące, tym samym może zostać wykonane na każdym etapie produkcji, bądź użytkowania modułu i w przypadku pozytywnego wyniku pozwala na dalsze bezproblemowe użytkowanie go w instalacji fotowoltaicznej. Układ pomiarowy jest stosunkowo prosty wymaga jednak dość kosztownych elementów oraz wiedzy podczas ich doboru. Najważniejszym jego elementem jest kamera rejestrująca emisję promieniowania z modułu w czasie gdy jest on spolaryzowany w kierunku przewodzenia. Fakt, iż maksimum intensywności tego promieniowania przypada dla fali o długości około 1140 nm powoduje, że kamera musi mieć zdolność rejestrowania obrazu w tym zakresie. W przypadku najpopularniejszych kamer zbudowanych w oparciu o matryce CMOS dodatkowo należy zastosować filtry blokujące promieniowanie o długości fali poniżej 800 nm. Aby obraz miał dostateczną rozdzielczość należy stosować matryce o rozdzielczości nie mniejszej niż 16 Mpx. To pozwala, w przypadku obrazowania modułu o wymiarach 1,7m x 1m, zobaczyć defekty występujące w obszarze pojedynczych ścieżek zbierających elektrody przedniej ogniwa (ang. fingers). W przypadku kamer o niższej rozdzielczości możliwe jest wykonanie większej ilości zdjęć i połączenie ich przed ostateczną analizą.
Odpowiednio dobrany układ pomiarowy jest ważny ale nie mniej ważna jest także wiedza, która pozwoli na zdiagnozowanie uszkodzeń i ich klasyfikację. Najczęściej badanym obiektem jest gotowy moduł PV. Warto jednak podkreślić, że badanie modułu to tak naprawdę badanie ogniw w nim się znajdujących. To wady poszczególnych ogniw ujawnia obrazowanie EL. Poniżej zaprezentowano, wraz opisem, najczęściej występujące wady i uszkodzenia
w ogniwach PV.
Rys. 1. Obrazy EL ogniwa PV przedstawiające ego wady (ogniwo na bazie krzemu polikrystalicznego)
Wady oznaczone na rysunku 1 numerami 1, 2, 3 i 4 to mikropęknięcia ogniwa a dokładnie mikropęknięcia płytki krzemowej, z której zbudowane jest ogniwo. Wada z numerem 5 to obszar ogniwa o mniejszej aktywności (mający mniejszy wkład do foto prądu ogniwa). Wady oznaczone jako 6 i 7 to obszary, z których nie są w dostatecznym stopniu odprowadzane nośniki ładunku.
Mikropęknięcie powstaje w wyniku oddziaływania mechanicznego (udaru) na ogniwo. Jeśli ogniwo jest wykonane na bazie krzemu polikrystalicznego kształt (przebieg) mikropęknięcia jest nieregularny. Odzwierciedla przebieg granic ziaren w krzemie. W przypadku krzemu monokrystalicznego pęknięcia przebiegają często pod katem wynikającym z układu krystalograficznego krzemu bazowego. Tego typu mikropęknięcia pokazano na rysunku 2.
|
|
|
Rys. 2. Schemat przebiegu mikropękniecia (z lewej), obraz rzeczywistego mikropęknięcia ogniwa (z prawej)
Mikropęlniecie może także przebiegać w taki sposób, że niewielki obszar ogniwa, nie mający połączenia z elektrodami zbierającymi, stanie się nieaktywny. Taki rodzaj uszkodzenia pokazano na rysunku 3.
|
|
|
Rys. 3. Schemat przebiegu mikropękniecia z obszarem nieaktywnym (z lewej),
obraz rzeczywistego mikropęknięcia ogniwa (z prawej)
Mikropękniecie, któremu towarzyszy obszar niewktywny, jest poważną wadą. Tym powazniejszą, im większa jest powierzchnia obszaru nieaktywnego. Ogniwo z taką wadą ma niższy prąd maksymalny a biorąc pod uwagę szeregowe połączenie ogniw w module wpływa na prąd i moc cąłego modułu.
Kolejnym rodzajem wad, które ujawnia badanie EL, są wady ogniw wynikjące z niedoskonałości procesu sitodruku, w którym wykonywane są przednie elektrody ogniwa. Przednia elektroda składa się z szerokich ścieżek przyłączeniowych (ang. buss bar) oraz cienkich ścieżek zbierajacych nośniki ładunku z powierzchni ogniwa (ang. fingres). Ciągły postęp w produkcji ogniwa wymusił druk coraz cieńsyzch „fingers”. Podczas wydruku zdarza się, że w tych ścieżkach pojawiają się przerwy co pokazano na rysunku 4.
|
|
|
Rys. 4. Schemat pokazujacy przerwy w elektordzie (z lewej), obraz rzeczywistych przerw w elektrodzie (z prawej)
Przerwa w pojedynczej ścieżce powoduje, że droga ładunków wygenerowanych w pobliżu przerwanej ścieżki jest zbyt długa, aby mógł on zostać poprawnie odprowadozny przez siąsiednią (nie przerwaną) ścieżkę i „wydajność” tego obszaru maleje.
Ostatnim defektem pokazanym na rysunku 1 jest obszar ogniwa o mniejszej intensywności elektroluminescencji (wada numer 5 na rys. 1). W tym przypadku uszkodzenie powstało już na etapie produkcji ogniwa bądź płytki krzemowej. Przykładową taką wadę wraz ze schematem pokazano na rysunku 5. Obszar taki obniża prąd maksymalny ogniwa, a co za tym idzie całego modułu. Poziom spadku prądu jest proporcjonalny do powierzchni wady.
|
|
|
Rys. 5. Schemat pokazujacy obszar o nskiej intensywności elektroluminescencji (z lewej),
obraz rzeczywistego obszaru na ogniwie (z prawej)
Podczas obrazowania EL, modułu bądź ogniwa fotowoltaicznego, uzyskuje się monochromatyczny obraz, na którym widoczne są różnego rodzaju defekty. Najważniejsze z nich zostały omówione powyżej. Przerwy w elektrodach zawsze powstają na etapie produkcji ogniw a mikropęknięcia mogą powstać zarówno podczas procesu laminacji, jak i podczas pakowania modułów, transportu czy montażu. Obszary o niższej intensywności świadczą o niskiej jakości zastosowanych ogniw. Badanie EL pozwala nie tylko zdiagnozować istniejące wady, ale wykonywane na różnych etapach drogi, jaką przebywa moduł z fabryki na instalację, pozwala wyeliminować czynniki, które prowadzą do jego uszkodzeń.
W artykule wykorzystano materiały własne autora
