Kiểm tra phát quang điện (EL) tấm pin mặt trời là gì?

1. Kiểm tra phát quang điện EL pin mặt trời là gì?

Hiện tượng phát quang điện dựa trên nguyên tắc giống như đi-ốt phát quang (LED). Dòng điện được đưa vào pin mặt trời (về cơ bản là một đi-ốt lớn) và sự tái hợp bức xạ của các hạt tải điện gây ra sự phát xạ ánh sáng. 

Khi dòng điện đi qua các tế bào quang điện, phát xạ ánh sáng xảy ra. Hiện tượng này được gọi là EL – Electroluminescence. Thử nghiệm các mô-đun bằng hiện tượng này có thể phát hiện các khiếm khuyết tiềm ẩn trong cấu trúc của các tế bào quang điện. Phương pháp này làm cho phân phối dòng điện có thể nhìn thấy trong mô-đun quang điện và giúp phát hiện các lỗi.

Với sự trợ giúp của kiểm tra phát quang điện EL, nhà sản xuất pin mặt trời có thể đánh giá chất lượng cấu trúc của các tế bào quang điện hoặc bất kỳ lỗi nào khác được tạo ra trong khi xử lý.

Các khiếm khuyết có thể được tìm thấy từ EL như được đưa ra dưới đây:

• Vết nứt vi mô
• Vết nứt tế bào quang điện
• Khuyết tật hàn
• Lỗi PID
• Lỗi điốt
• Tế bào chết
• Vết trầy xước trên tấm nền
• Khuyết tật wafer

2. Kiểm tra phát quang (EL) pin mặt trời như thế nào?

Kiểm tra phát quang điện – EL, liên quan đến việc đưa một dòng điện ngược vào mô-đun hoặc dây. Dòng điện thường là từ 3-5 ampe tùy thuộc vào các mô-đun. Dòng điện ngược này chạy qua các tế bào của mô-đun gây ra hiệu ứng phát quang có thể nhìn thấy vào ban đêm (hoặc mức độ ánh sáng yếu).
Thay vì hấp thụ ánh sáng qua các tế bào để tạo ra năng lượng đầu ra, năng lượng đầu vào sẽ tỏa sáng qua các tế bào tự hiển thị trong một dải ánh sáng rất hẹp trong phạm vi Phát quang điện. Ánh sáng này không thể nhìn thấy bằng mắt người, nhưng có thể được phát hiện bằng máy ảnh EL chuyên dụng.
Hình ảnh của các mô-đun phát quang được máy ảnh chụp lại và phương pháp này cho phép bạn nhìn rõ các vùng tế bào tạo ra năng lượng (vùng trắng/xám sáng) và các phần không tạo ra năng lượng của tế bào (vùng xám đậm/đen, vết nứt, khuyết tật). Những vùng tối này thể hiện sự cách ly về điện (tách ngón lưới) và sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến sản lượng điện của mô-đun. Bằng chứng cũng có thể được nắm bắt về một loạt các hiện tượng xuống cấp và các vấn đề về chất lượng sản xuất (ví dụ như ăn mòn PID hoặc trợ dung).

3. Các lỗi và tác động của các lỗi trong mô-đun được xác định bởi ảnh EL

Mô tả ngắn gọn về các lỗi EL quan trọng có thể dẫn đến lỗi hiệu suất được đưa ra dưới đây:

a) Vết nứt vi mô

Hiệu suất lâu dài của các tấm pin mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố, một trong những nguyên nhân nghiêm trọng nhất gây ra hiệu suất kém và không thể phát hiện được bằng mắt thường là các vết nứt vi mô bên trong tế bào silicon tạo nên các mô-đun năng lượng mặt trời của bạn. Trong nhiều trường hợp, các vết nứt này không rõ ràng ngay lập tức thông qua các phương pháp kiểm tra phổ biến như dò đường cong IV và quét hồng ngoại (IR).

Vết nứt vi mô có thể tạo ra sự phân tách điện, dẫn đến phần tế bào không hoạt động. Việc xác định tổn thất điện năng do các vết nứt vi mô gây ra là rất khó. Nó có thể thay đổi để không ảnh hưởng gì cả. Các vết nứt vi mô trong tấm silicon có thể được hình thành ở bất kỳ giai đoạn nào, từ quá trình sản xuất, vận chuyển, lắp đặt hoặc vận hành.

Làm thế nào để ngăn chặn các vết nứt vi mô?
Để ngăn chặn các vết nứt vi mô, ba vấn đề phải được giải quyết là sản xuất, vận chuyển và môi trường. Nhà sản xuất mô đun năng lượng mặt trời phải thừa nhận vấn đề này để phòng ngừa.

Nhà cung cấp phải đáp ứng những điều sau đây:

• Một chuỗi cung ứng được xác định rõ ràng
• Quy trình kiểm tra đảm bảo mỗi mô-đun nhận được kiểm tra EL
• Xây dựng một thương hiệu mạnh

Các vết nứt vi mô xảy ra như thế nào?
Một nguyên nhân chính gây ra các vết nứt nhỏ là lỗi sản xuất. Tuy nhiên, có một số nguyên nhân môi trường tự nhiên cũng gây ra các vết nứt nhỏ, chẳng hạn như:

• Chu kỳ nhiệt (sự thay đổi nhiệt độ giữa đêm và ngày)
• Độ ẩm và đóng băng
• Tải trọng áp suất tuần hoàn (hoặc động) và tải trọng gió
• Tuyết rơi dày
• Mưa đá

Các vết nứt nhỏ cũng có thể xảy ra trong quá trình lắp đặt, vì nhiều lý do, chẳng hạn như:

• Giẫm lên mô-đun hoặc đặt thiết bị khác lên mô-đun
• Va đập hoặc làm rơi các mô-đun khi chúng được nâng lên mái nhà
• Lắp đặt trên bề mặt không phẳng, có thể gây xoắn khung lắp đặt và gây áp lực lên mô-đun

Các vết nứt nhỏ có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất của các nhà máy điện mặt trời. Nhiều nhà sản xuất và lắp đặt sử dụng phần mềm kiểm tra điện phát quang (EL) do AI điều khiển để loại bỏ các vết nứt nhỏ khỏi các dự án điện mặt trời của bạn. Giải pháp này loại bỏ 100% các vết nứt nhỏ nghiêm trọng khỏi các lô hàng quang điện của bạn bằng giải pháp thử nghiệm Điện phát quang (EL) do AI điều khiển.

b) Thế nào là nứt tế bào?

Các vết nứt tế bào gây ra sự cô lập của các vùng tế bàCác vết nứt tế bào dường như nghiêm trọng hơn vì dòng điện không đi qua khu vực này và chúng có thể gây ra các điểm nóng hoặc tản nhiệt.Khi dòng điện đi qua các điểm nóng này, nó sẽ làm nóng tấm pin mặt trời và bắt đầu làm nó. Do đó, cần phải xác định các điểm nóng này trước khi chúng làm hỏng hoàn toàn tấm pin.

c) Lỗi hàn

Khi nhiệt độ trong quá trình hàn không đủ cao, hiện tượng hàn nguội sẽ xảy ra.Hàn nguội cản trở kết nối giữa dải băng tế bào và tab tế bào, ngăn dòng điện chạy qua và dẫn đến mất điện năng sản xuất.

Do tầm quan trọng của nó, các nhà sản xuất mô-đun năng lượng mặt trời thường xuyên thực hiện thử nghiệm EL hai lần trong quá trình sản xuất.

Nếu không được kiểm soát, hàn nguội có thể phát triển thành các điểm nóng, làm giảm công suất của mô-đun và gây ra nguy cơ hỏa hoạn.

d) Lỗi đi ốt
Khi một đi-ốt rẽ nhánh bị hỏng trong quá trình hoạt động của mô-đun, một trong ba chuỗi tế bào quang điện thường bị tắKết quả là giảm một phần ba sản lượng.Trong đường cong năng suất của một chuỗi, với điều kiện bức xạ tốt, năng suất giảm ở mức độ này và trong nhiều mô-đun thường được tìm thấy. Giao diện thiết yếu để dẫn điện ra bên ngoài là một hộp nối ở phía sau tấm pin mặt trời.

Đi-ốt rẽ nhánh bên trong vỏ hộp nối có thể bị đoản mạch và cháy nếu nước hoặc bụi xâm nhập vào vỏ.

Đi-ốt rẽ nhánh hoặc đầu nối bị cháy có thể khiến bảng trở thành mạch hở, ngăn không cho năng lượng truyền ra ngoài. Lỗi đi-ốt bỏ qua có thể được phát hiện với sự trợ giúp của EL. Các mô-đun này nên được thay thế ngay lập tức để tránh cháy hộp nối hoặc tổn thất năng lượng trong nhà máy.

e) Lỗi PID

Các tấm năng lượng mặt trời có khả năng suy giảm cảm ứng (PID) thường được kết nối thành chuỗi dài để tạo ra điện áp hệ thống cao, thường vượt quá 1000 V, được sử dụng để cấp nguồn cho bộ biến tần năng lượng mặt trời.

Chênh lệch điện áp lớn giữa khung nối đất và pin mặt trời có thể quá lớn đối với pin mặt trời chất lượng thấp, khiến chúng bị hỏng. Những khiếm khuyết này có thể được xác định với sự trợ giúp của hình ảnh EL.

f) Tế bào chết
Tế bào chết xảy ra khi một tế bào cụ thể ngừng dẫn điệCác tế bào chết có thể được gây ra do căng thẳng cơ học, có thể trước đó đã gây ra vết nứt tế bào ở khu vực đó.

4. Khi nào kiểm tra phát quang điện (EL) tấm pin mặt trời?

Giờ đây, khi nhận thức được các lỗi, điều quan trọng là phải biết khi nào một mô-đun sẽ được kiểm tra phát quang điện (EL)?

a) Trong quá trình sản xuất

Kiểm tra chất lượng tế bào của các tế bào và mô-đun và thay thế bất cứ khi nào cần thiết.

Tại sao điều này lại quan trọng?

• Điều này sẽ giúp các nhà sản xuất xác định lỗi ngay từ giai đoạn đầu tiên và tránh tổn thất trong tương lai do bị từ chối nhận hàng hoặc yêu cầu bảo hành
• Lợi ích cho nhà sản xuất: Tránh bị từ chối cung cấp hàng loạt.

b) Kiểm tra của bên thứ ba bằng EL di động trước khi gửi đi .
Điều này sẽ ngăn việc gửi các mô-đun có chất lượng kém và từ chối các lô hàng trước khi nó đến công trường.

Tại sao điều này lại quan trọng?

• Điều này sẽ mang lại niềm tin cho khách hàng rằng các mô-đun được cung cấp có chất lượng tốt và có thể tránh được các vấn đề thay thế mô-đun do lỗi sản xuất trong tương lai.
• Lợi ích cho chủ sở hữu tài sản: Tránh bị từ chối lô hàng hoặc mô-đun.

c) Kiểm tra EL trước khi lắp đặt 

Vì các mô-đun năng lượng mặt trời được làm từ các tế bào có kích thước lên tới 100-500µm, nếu các mô-đun không được xử lý đúng cách trong quá trình vận chuyển hoặc các mô-đun không được vận chuyển đúng cách, điều này có thể gây ra các vết nứt tế bào hoặc vết nứt vi mô. Cũng có thể xe tải vận chuyển gặp tai nạn trên đường vận chuyển, trong điều kiện này có nguy cơ cao bị hỏng và hư hỏng các mô-đun.

Tại sao điều này lại quan trọng?

• Để yêu cầu bảo hiểm vận chuyển và thay thế các mô-đun bị hư hỏng
  

d) Kiểm tra EL sau khi lắp đặt 
Thao tác tại công trường có thể gây ra lỗi mô-đun trong quá trình lắp đặt. Nếu các mô-đun không được xử lý đúng cách trong khi sửa chữa hoặc vận chuyển trong các công trường, điều này có thể gây ra các vết nứt nhỏ hoặc hư hỏng khung mô-đun. Các mô-đun cũng có thể vô tình bị rơi khi di chuyển trong khu vực lắp đặt. Những thứ này có thể gây ra các vết nứt tế bào hoặc vết nứt nhỏ hoặc thậm chí làm vỡ các mô-đun. Những khiếm khuyết này có thể được xác định từ EL.

Tại sao điều này lại quan trọng?

• Nhà thầu EPC có thể phải chịu trách nhiệm về những thiệt hại và các mô-đun có thể được thay thế

e) Yêu cầu bảo hiểm

Đối với các thiên tai như mưa đá, lốc xoáy, mưa lớn, lũ lụt, v.v. Chi phí kiểm tra EL tại hiện trường được bảo hiểm chi trả và nó cho phép bạn tự bảo vệ mình trước những tổn thất trong tương lai do hậu quả của sự cố này. Trong khi bạn chờ mất điện hoặc các điểm nóng do các vết nứt nhỏ trong mô-đun xảy ra, các mô-đun bị nứt nhỏ sẽ được thay thế hoặc tiền sẽ được giữ trong tài khoản ký quỹ.

Quan trọng nhất, nếu không có dữ liệu kiểm tra EL, sẽ không thể yêu cầu các mô-đun quang điện bị nứt vi mô sau này khi mất điện hoặc các điểm nóng trở nên rõ ràng. Cánh cửa cơ hội dành cho những chủ sở hữu tài sản đợi vài năm sau khi sự cố xảy ra đã đóng lại: Hợp đồng bảo hiểm quy định khung thời gian cụ thể để báo cáo thiệt hại do sự kiện bất khả kháng gây ra.

f) Trước khi mua Tài sản, trước khi ký hợp đồng O&M, và đối với bên cho vay trước khi giải ngân

• Trước khi mua một tài sản, việc biết hiệu suất của nhà máy là rất quan trọng. EL có thể giúp xác định các khiếm khuyết và bảo vệ chủ sở hữu mới khỏi tổn thất doanh thu có thể xảy ra.
• Nhà thầu O&M luôn có thể giảm thiểu rủi ro bằng cách biết tình trạng của nhà máy và mô-đun và đặt giá thầu phù hợp, để tránh được tình trạng mất hiệu suất do yếu tố không nằm trong tầm kiểm soát của họ.
• Đối với người cho vay, điều quan trọng là phải biết tình trạng của mô-đun trước khi đầu tư. Do đó, một hình ảnh EL của mô-đun có thể dự đoán chất lượng hiện tại của các mô-đun tại vị trí lắp đặt.

5. Ảnh hưởng của khiếm khuyết nếu không được phát hiện?

Được biết, sức mạnh của tấm pin mặt trời giảm khi nhiệt độ tăng. Vết nứt trong một mô-đun gây ra sự tiêu hao năng lượng ở khu vực tế bào không hoạt động, vì nó hạn chế dòng điện đi qua khu vực không hoạt động, do đó gây ra nhiệt độ cao hơn ở khu vực bị ảnh hưởng. Trong điều kiện khí hậu, nơi nhiệt độ trung bình của mô-đun nằm trong khoảng từ 35 độ đến 45 độ C, nhiệt độ cao hơn tại khu vực không hoạt động sẽ càng làm giảm sản lượng.

Xem xét tình huống có thể xảy ra sau đây của một nhà máy điện mặt trời 100MWp sử dụng 285714 tấm pin, công suất 350 Wp/tấm.

• Tình huống A: Sự xuống cấp của 5% tấm pin mặt trời  là 1,18% thay vì 0,7% do vùng không hoạt động trong các tế bào (tế bào chết)
• Kịch bản B: Sự xuống cấp của 10%  tấm pin mặt trời là 0,9% thay vì 0,7% do vết nứt hoặc khu vực không hoạt động do lỗi hàn.
• Kịch bản C: 10% tấm pin bị ảnh hưởng với PID với mức giảm khoảng 5% thay vì 0,7%
• Trong kịch bản trên, một nhà máy 100 MW sẽ chỉ sản xuất 99,51 MW nếu một số lỗi EL không được chú ý.
• Nếu các lỗi trên được phát hiện, người ta có thể yêu cầu bảo hành, dựa trên các lỗi và xem xét các lỗi trong tính toán năng suất để giảm thiểu tổn thất bảo hành.
• Sẽ có một khoản lỗ do tổn thất trong một năm nếu  các khuyết tật không được xác định, điều này có thể gây ra thiệt hại thêm cho các tấm và tổn thất có thể tăng lên hàng năm.

6. Kết luận

Trong bài viết này, các loại lỗi trong một mô-đun, yêu cầu của bài kiểm tra EL và tác động của bài kiểm tra EL nếu không được thực hiện đã được thảo luận. Người ta đã mô tả rằng các vết nứt, vết nứt nhỏ, tế bào chết có thể gây ra các điểm nóng trong mô-đun, điều này có thể khiến mô-đun xuống cấp hơn nữa và có thể hạn chế quá trình lão hóa sớm của các nhà máy năng lượng mặt trời. Bài viết này đã mô tả rằng lợi ích tiềm năng của việc thực hiện kiểm tra phát quang điện EL ở các giai đoạn khác nhau của vòng đời mô-đun và một mô tả ngắn gọn với tất cả các quan điểm đã được đưa ra. Tác động đối với tổn thất năng lượng do lỗi EL không được phát hiện đã được thảo luận.