การวัดเส้นโค้ง IV ของแผงโซลาร์เซลล์ — วิธีการทดสอบที่แม่นยำ

คำตอบสั้น: การวัดเส้นโค้ง IV จะติดตามความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันของโมดูลโซลาร์เซลล์ และคำนวณพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าที่แท้จริง ได้แก่ กระแสลัดวงจร แรงดันวงจรเปิด จุดกำลังสูงสุด และฟิลแฟกเตอร์ ตัวเลขเหล่านี้ ไม่ใช่ฉลากสินค้า เป็นตัวกำหนดเกรดของโมดูล การควบคุมคุณภาพในโรงงาน และการประเมินความสามารถในการลงทุน การวัดให้แม่นยำต้องใช้เครื่องจำลองแสงอาทิตย์ที่ผ่านมาตรฐาน IEC 60904 ในด้านสเปกตรัมและความสม่ำเสมอ อุณหภูมิของโมดูลคงที่ที่ 25°C และความเข้มแสง 1000 W/m² ที่มวลอากาศ 1.5 การตรวจจับแบบสี่สายเคลวินเป็นสิ่งจำเป็น เพราะความต้านทานของสายไฟและจุดสัมผัสจะเพิ่มเข้าไปในค่าความต้านทานอนุกรมที่วัดได้ และทำให้ฟิลแฟกเตอร์ต่ำกว่าความเป็นจริง การวัดที่ทำนอกสภาวะทดสอบมาตรฐานต้องได้รับการแก้ไขโดยใช้ขั้นตอนตาม IEC 60891 อุณหภูมิของโมดูลเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของข้อผิดพลาด: การเบี่ยงเบน 1°C ทำให้กำลังเปลี่ยนแปลงประมาณ 0.4% ดังนั้นการคลาดเคลื่อนเพียงไม่กี่องศาจึงทำให้ผลการทดสอบแบบแฟลชเปลี่ยนไปมากกว่า 1% ได้ง่าย

การผลิตโมดูล PV · โดย Jerry, Ooitech

แนะนำผลิตภัณฑ์

จากการวัดที่ไม่แน่นอนสู่การทดสอบ IV โมดูล PV ที่เชื่อถือได้

กำลังไฟฟ้าที่กำหนดเป็นหนึ่งในตัวบ่งชี้ทางไฟฟ้าที่สำคัญที่สุดของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ แต่ตัวเลขนี้มาจากไหน? ในห้องปฏิบัติการมืออาชีพส่วนใหญ่และสายการผลิตโมดูลโซลาร์เซลล์ คำตอบเริ่มต้นจากการทดสอบเส้นโค้ง IV

การทดสอบเส้นโค้ง IV เป็นวิธีการหลักที่ใช้ในการประเมินประสิทธิภาพของโมดูลโซลาร์เซลล์ โดยกำหนดพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าที่สำคัญ เช่น กระแสลัดวงจร แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด กำลังสูงสุด และแฟกเตอร์เติม ค่าเหล่านี้ไม่ใช่แค่ตัวเลขที่พิมพ์บนฉลาก แต่มีผลต่อการจัดเกรดโมดูล การควบคุมคุณภาพในโรงงาน การประเมินความน่าเชื่อถือทางการเงิน และการทำนายประสิทธิภาพในระยะยาวของโครงการ

อย่างไรก็ตาม การวัดเส้นโค้ง IV อย่างแม่นยำไม่ใช่เรื่องง่ายเหมือนการวางโมดูลใต้แสงแล้วอ่านค่า ความสม่ำเสมอของแสง ความเข้ากันของสเปกตรัม อุณหภูมิโมดูล เอฟเฟกต์ความจุ ความต้านทานสัมผัส และการสอบเทียบความเข้มแสง ล้วนสามารถเปลี่ยนผลลัพธ์กำลังสุดท้ายได้

ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับการวัดเส้นโค้ง IV

ก่อนที่จะพูดถึงวิธีการปรับปรุงความแม่นยำในการวัด ควรทำความเข้าใจความหมายพื้นฐานของเส้นโค้ง IV

เส้นโค้ง IV คือเส้นโค้งคุณลักษณะกระแส-แรงดันของโมดูลโซลาร์เซลล์ PV แสดงกระแสเอาต์พุตของโมดูลภายใต้สภาวะแรงดันต่างๆ โดยการวิเคราะห์เส้นโค้งนี้ สามารถรับพารามิเตอร์สำคัญหลายประการ

กระแสลัดวงจร Isc: ค่ากระแสเมื่อแรงดันเป็น 0 สะท้อนความสามารถในการสร้างกระแสจากแสงของโมดูล

แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด Voc: ค่าแรงดันไฟฟ้าเมื่อกระแสเป็น 0 ซึ่งสะท้อนถึงศักย์ไฟฟ้าที่เกิดจากเซลล์แสงอาทิตย์

จุดกำลังสูงสุด, Pmax: จุดที่โมดูลให้กำลังไฟฟ้ากระแสตรงสูงสุด

เพื่อให้ผลการวัดเปรียบเทียบกันได้ อุตสาหกรรม PV มักใช้สภาวะทดสอบมาตรฐาน หรือที่เรียกว่า STC

อุปกรณ์หลักที่ใช้สำหรับการวัดเส้นโค้ง IV คือ เครื่องจำลองโซลาร์โดยจะสร้างสภาวะแสงที่ควบคุมได้คล้ายกับแสงอาทิตย์ และช่วยให้ผู้ทดสอบสามารถสร้างเส้นโค้ง IV ของโมดูลได้ ประสิทธิภาพของเครื่องจำลองแสงอาทิตย์ส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำสุดท้ายของการวัด

พารามิเตอร์ทางเทคนิค

มาตรฐานสำคัญและจุดควบคุมการวัด

การวัด IV ที่แม่นยำขึ้นอยู่กับทั้งประสิทธิภาพของอุปกรณ์และวิธีการทดสอบที่ถูกต้อง ตารางต่อไปนี้สรุปพารามิเตอร์ทางเทคนิคที่สำคัญที่สุดและมาตรฐานอ้างอิงที่ใช้ในการทดสอบ IV ของโมดูล PV

เหตุใดประสิทธิภาพของเครื่องจำลองแสงอาทิตย์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

เครื่องจำลองแสงอาทิตย์ไม่ใช่แสงแดดธรรมชาติ ความเข้มของแสง สเปกตรัม ความสม่ำเสมอ และความเสถียรต้องได้รับการควบคุมและตรวจสอบ แม้การเบี่ยงเบนเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดความแตกต่างที่มองเห็นได้ในเส้นโค้ง IV ที่วัดได้ โดยเฉพาะเมื่อทดสอบโมดูลประสิทธิภาพสูง เช่น PERC, TOPCon, HJT หรือโครงสร้างเซลล์ขั้นสูงอื่นๆ

สำหรับสายการผลิต สิ่งนี้สำคัญยิ่งกว่าเพราะทุกโมดูลจะถูกจัดเกรดตามกำลังไฟฟ้าที่วัดได้ ข้อผิดพลาดเชิงระบบ 1% ในการแก้ไขความเข้มแสงหรืออุณหภูมิอาจส่งผลกระทบทางการค้าโดยตรง

ข้อได้เปรียบทางเทคนิค

วิธีเปลี่ยนจากการทดสอบที่ไม่แม่นยำไปสู่การทดสอบที่แม่นยำ

แม้ว่าการวัดเส้นโค้ง IV จะมีมาตรฐานเป็นแนวทาง แต่ปัญหาที่เกิดขึ้นในทางปฏิบัติหลายประการยังคงลดความแม่นยำในการทดสอบได้ ต่อไปนี้เป็นปัญหาที่พบบ่อยที่สุดและแนวทางแก้ไขทางเทคนิคที่แนะนำ

1. ความสม่ำเสมอของแสงจากเครื่องจำลองแสงอาทิตย์

แสงจากเครื่องจำลองควรครอบคลุมพื้นผิวโมดูลทั้งหมดอย่างสม่ำเสมอที่สุด หากความเข้มแสงไม่สม่ำเสมอ พื้นที่ต่างๆ ของโมดูลจะได้รับความเข้มแสงที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจทำให้เกิดความไม่สมดุลของกระแสภายในโมดูลและทำให้เส้นโค้ง IV มีลักษณะเป็นขั้นหรือผิดปกติ

แนวทางแก้ไขที่แนะนำ:

• ใช้เครื่องจำลองแสงอาทิตย์คุณภาพสูงที่มีความสม่ำเสมอของแสงที่ดีเยี่ยม

• สำหรับการทดสอบที่แม่นยำ กำหนดเป้าหมายความสม่ำเสมอระดับ Class A+ ตามมาตรฐาน IEC 60904-9 ซึ่งหมายถึงความไม่สม่ำเสมอต่ำกว่า 1%

• ทำแผนที่ระนาบทดสอบอย่างสม่ำเสมอเพื่อตรวจสอบว่าพื้นที่โมดูลทั้งหมดได้รับรังสีที่สม่ำเสมอหรือไม่

2. สเปกตรัมและความคลาดเคลื่อนทางสเปกตรัม

สเปกตรัมของเครื่องจำลองแสงอาทิตย์ไม่เคยเหมือนกับสเปกตรัมอ้างอิง AM1.5G อย่างสมบูรณ์ ในขณะเดียวกัน การตอบสนองทางสเปกตรัมของอุปกรณ์อ้างอิงอาจแตกต่างจากโมดูลที่ทดสอบ ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนทางสเปกตรัม

ตัวอย่างเช่น เซลล์อ้างอิงและโมดูล TOPCon อาจตอบสนองต่อช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกันไม่เหมือนกันทุกประการ หากละเลยความแตกต่างนี้ กำลังไฟฟ้าที่วัดได้อาจคลาดเคลื่อนไป

แนวทางแก้ไขที่แนะนำ:

• ใช้เครื่องจำลองแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพการจับคู่สเปกตรัมสูงตามมาตรฐาน IEC 60904-9

• โดยทั่วไปควรเลือกค่า SPC ที่ต่ำกว่า

• คำนวณปัจจัยแก้ไขความคลาดเคลื่อนทางสเปกตรัมตามมาตรฐาน IEC 60904-7

• ใช้วิธีการแก้ไขกราฟ IV ตามมาตรฐาน IEC 60891 เมื่อจำเป็น

3. การควบคุมอุณหภูมิ

โมดูล PV ซิลิคอนผลึกมีความไวต่ออุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1°C กำลังไฟฟ้าที่ส่งออกอาจลดลงประมาณ 0.25% ถึง 0.5% ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีของโมดูลและค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ

สิ่งนี้สำคัญเป็นพิเศษเมื่อใช้เครื่องจำลองแสงอาทิตย์แบบพัลส์ยาวหรือแบบ steady-state ในระหว่างการเปิดรับแสง อุณหภูมิของโมดูลอาจเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและทำให้เกิดความเบี่ยงเบนในการวัด

แนวทางแก้ไขที่แนะนำ:

• รักษาสภาพแวดล้อมการทดสอบให้ใกล้เคียง 25°C

• ใช้เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิพื้นผิวโมดูลแบบเรียลไทม์

• หากอุณหภูมิโมดูลเบี่ยงเบนจาก STC ให้ใช้การแก้ไขอุณหภูมิตามมาตรฐาน IEC 60891

• หลีกเลี่ยงการเปิดรับแสงนานเกินไปก่อนการวัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโมดูลที่ไวต่ออุณหภูมิ

4. เอฟเฟกต์ความจุและฮิสเทรีซิส

โมดูลประสิทธิภาพสูง เช่น PERC, TOPCon และ HJT อาจแสดงพฤติกรรมที่เกี่ยวข้องกับความจุระหว่างการสแกน IV หากการสแกนแรงดันไฟฟ้าเร็วเกินไป กระแสและแรงดันอาจไม่ถึงสถานะคงที่ในแต่ละจุด ผลลัพธ์คือฮิสเทรีซิส ซึ่งการสแกนไปข้างหน้าและย้อนกลับไม่ทับซ้อนกันอย่างสมบูรณ์

สิ่งนี้ส่งผลโดยตรงต่อค่าที่วัดได้ เช่น Pmax, fill factor และบางครั้งแม้แต่การประมาณค่า Voc หรือ Isc

แนวทางแก้ไขที่แนะนำ:

• ใช้การสแกนเชิงเส้นที่ช้าลงเพื่อให้การตอบสนองทางไฟฟ้ามีเสถียรภาพ

• ใช้วิธีการแฟลชหลายครั้งเพื่อจำลองการสแกนที่ช้าลง แม้ว่าอาจลดปริมาณงานลง

• ใช้การสแกนแบบขั้นบันได โดยรอที่แต่ละจุดแรงดันจนกระแสคงที่ก่อนเคลื่อนไปยังจุดถัดไป

• ใช้การสแกนไปข้างหน้าและย้อนกลับเพื่อประเมินและแก้ไขพฤติกรรมฮิสเทอรีซิส

• เทคโนโลยีเช่น DragonBack, Dynamic IV และวิธีการแก้ไขฮิสเทอรีซิสขั้นสูงเป็นตัวอย่างของแนวทางปฏิบัติในอุตสาหกรรม

5. ความต้านทานสัมผัส

ความต้านทานสัมผัสเป็นปัญหาทั่วไปในการทดสอบ IV การสัมผัสที่ไม่ดีระหว่างฟิกซ์เจอร์ทดสอบและขั้วต่อโมดูลอาจทำให้เกิดแรงดันตกหรือการวัดกระแสที่ไม่เสถียร ซึ่งอาจบิดเบือนเส้นโค้ง IV และลดความสามารถในการทำซ้ำ

แนวทางแก้ไขที่แนะนำ:

• ใช้การวัดแบบสี่สายเพื่อแยกเส้นทางนำกระแสและตรวจจับแรงดัน

• รักษาความสะอาดของขั้วต่อ หัววัด และแคลมป์

• เปลี่ยนหน้าสัมผัสทดสอบที่สึกหรอหรือออกซิไดซ์เป็นประจำ

• ตรวจสอบความสามารถในการทำซ้ำเมื่อเส้นโค้งผิดปกติปรากฏขึ้น

6. การสอบเทียบความเข้มแสงของเครื่องจำลอง

ในการวัด IV ของโมดูล PV ความแม่นยำของความเข้มแสงเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดประการหนึ่ง STC กำหนดให้ทดสอบที่ 1000 W/m² แต่คำถามเชิงปฏิบัติคือ: เราจะแน่ใจได้อย่างไรว่าเครื่องจำลองถึง 1000 W/m² จริงที่ระนาบทดสอบ

แหล่งกำเนิดแสงของเครื่องจำลองแสงอาทิตย์เปลี่ยนแปลงไปตามเวลา การเสื่อมสภาพของหลอดไฟ การปนเปื้อนของเลนส์ และการเลื่อนของระบบอาจเปลี่ยนแปลงความเข้มแสงจริง ดังนั้น การสอบเทียบความเข้มแสงเป็นประจำจึงเป็นสิ่งจำเป็น

แนวทางแก้ไขที่แนะนำ:

• ใช้อุปกรณ์อ้างอิงหลัก เช่น เซลล์ WPVS สำหรับการสอบเทียบ

• สอบเทียบเครื่องจำลองเป็นประจำด้วยอุปกรณ์อ้างอิง

• พิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มแสงที่ตำแหน่งเซลล์ WPVS กับความเข้มแสงเฉลี่ยทั่วระนาบทดสอบทั้งหมด

• หากละเลยความสัมพันธ์เชิงพื้นที่นี้ อาจเกิดข้อผิดพลาดมากกว่า 1%

การประยุกต์ใช้ผลิตภัณฑ์

เซลล์ WPVS: ข้อมูลอ้างอิงที่เชื่อถือได้สำหรับการสอบเทียบความเข้มแสง

ในอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ การสอบเทียบความเข้มแสงมักทำผ่านอุปกรณ์อ้างอิงที่สอบเทียบแล้ว เซลล์ WPVS ย่อมาจาก World Photovoltaic Scale cell เป็นหนึ่งในอุปกรณ์อ้างอิงหลักที่ใช้กันทั่วไป

เซลล์ WPVS คือเซลล์แสงอาทิตย์มาตรฐานที่มีความแม่นยำสูง ใช้สำหรับปรับเทียบอุปกรณ์วัดกำลังของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ หน้าที่หลักคือให้ค่าอ้างอิงที่สอดคล้องกันทั่วโลก เพื่อให้ผลการวัดจากห้องปฏิบัติการและสายการผลิตต่างๆ สามารถเปรียบเทียบกันได้

วิธีการปรับเทียบเซลล์ WPVS

เพื่อตรวจสอบว่าเครื่องจำลองแสงอาทิตย์ให้ความเข้มแสง 1000 W/m² จริงหรือไม่ เซลล์ WPVS ต้องได้รับการปรับเทียบจากสถาบันมาตรวิทยาที่ได้รับการยอมรับในระดับสากลก่อน

ในระหว่างการปรับเทียบ สถาบันจะวัดกระแสลัดวงจรของเซลล์ WPVS ภายใต้สภาวะมาตรฐาน: สเปกตรัม AM1.5G และความเข้มแสง 1000 W/m² ค่าที่วัดได้นี้จะกลายเป็นค่าอ้างอิงที่ใช้ในการปรับเทียบเครื่องจำลองแสงอาทิตย์ในภายหลัง

ปัจจุบัน สถาบันที่ได้รับการยอมรับในระดับสากลที่สามารถปรับเทียบอุปกรณ์อ้างอิงหลักได้แก่:

• NRELห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ สหรัฐอเมริกา

• PTBสถาบันมาตรวิทยาทางกายภาพแห่งสหพันธ์สาธารณรัฐเยอรมนี

• AISTสถาบันเทคโนโลยีอุตสาหกรรมขั้นสูงแห่งชาติ ญี่ปุ่น

• JRCศูนย์วิจัยร่วม สหภาพยุโรป

ผลการปรับเทียบของสถาบันเหล่านี้ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ทั่วโลก และมักถูกพิจารณาว่าเป็นมาตรฐานทองคำสำหรับการวัดกำลังของแผงเซลล์แสงอาทิตย์

สถานที่ที่ใช้การทดสอบ IV ที่แม่นยำ

การทดสอบเส้นโค้ง IV ที่แม่นยำมีความจำเป็นในหลายสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องกับเซลล์แสงอาทิตย์:

• สายการผลิตแผงเซลล์แสงอาทิตย์: สำหรับการวัดกำลัง การคัดแยก และการติดฉลากขั้นสุดท้าย

• ห้องปฏิบัติการเซลล์แสงอาทิตย์: สำหรับการรับรอง การวิจัย และการตรวจสอบผลิตภัณฑ์

• การตรวจสอบคุณภาพ: สำหรับตรวจสอบว่าประสิทธิภาพของแผงเป็นไปตามข้อกำหนดการซื้อหรือไม่

• การประเมินเทคโนโลยีใหม่: สำหรับเปรียบเทียบพฤติกรรมของแผง PERC, TOPCon, HJT, IBC, shingled หรือฟิล์มบาง

• การควบคุมกระบวนการในโรงงาน: สำหรับระบุปัญหาการบัดกรี ความไม่สมดุล ความต้านทานผิดปกติ หรือกำลังเอาต์พุตที่ไม่เสถียรของแผง

โดยสรุป การวัดเส้นโค้ง IV ไม่ใช่เพียงการทดสอบเมื่อสิ้นสุดการผลิตเท่านั้น แต่ยังเป็นเครื่องมือวินิจฉัยที่สะท้อนถึงคุณภาพวัสดุ การจับคู่เซลล์ กระบวนการเชื่อมต่อ ความเสถียรของการเคลือบ และการควบคุมการผลิตโดยรวม

ติดต่อซื้อ

รายการตรวจสอบเชิงปฏิบัติก่อนทำการทดสอบเส้นโค้ง IV

ก่อนเริ่มการทดสอบเส้นโค้ง IV อย่างมืออาชีพ ควรยืนยันประเด็นต่อไปนี้:

• เครื่องจำลองแสงอาทิตย์ได้รับการสอบเทียบเมื่อเร็วๆ นี้

• อุปกรณ์อ้างอิงอยู่ในช่วงอายุการสอบเทียบที่ถูกต้อง

• ความสม่ำเสมอของแสง สเปกตรัม และความเสถียรเชิงเวลาเป็นไปตามระดับที่กำหนด

• อุณหภูมิของโมดูลถูกวัดและบันทึก

• ฟิกซ์เจอร์ทดสอบมีความต้านทานสัมผัสต่ำและเสถียร

• ความเร็วในการสแกนเหมาะสมกับเทคโนโลยีโมดูลที่กำลังทดสอบ

• ใช้วิธีการแก้ไขตามมาตรฐาน IEC 60891 และ IEC 60904-7 เมื่อจำเป็น

• เส้นโค้ง IV ที่ผิดปกติจะถูกตรวจสอบแทนที่จะยอมรับโดยอัตโนมัติ

เส้นโค้ง IV ที่เชื่อถือได้เป็นผลมาจากระบบการวัดที่สมบูรณ์ ไม่ใช่การอ่านค่าเครื่องมือเพียงอย่างเดียว ฮาร์ดแวร์ที่ดี มาตรฐานที่ถูกต้อง การสอบเทียบอย่างระมัดระวัง และขั้นตอนการปฏิบัติงานที่เสถียร ล้วนมีความสำคัญ

มุมมองของ Ooitech

ในฐานะผู้จัดหาอุปกรณ์ที่ทำงานอย่างใกล้ชิดกับโครงการ สายการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ เราเห็นความแม่นยำของเส้นโค้ง IV เป็นปัญหาการควบคุมคุณภาพในระดับโรงงานมากกว่าเป็นเพียงหัวข้อในห้องปฏิบัติการ สำหรับโมดูลประสิทธิภาพสูงสมัยใหม่ โดยเฉพาะ TOPCon, HJT และเทคโนโลยีอื่นๆ ที่ไวต่อความจุ การเลือกคลาสของเครื่องจำลอง กลยุทธ์การสแกน และขั้นตอนการสอบเทียบสามารถส่งผลโดยตรงต่อการจัดกลุ่มกำลังและการเชื่อมั่นของลูกค้า สายการผลิตโมดูลที่ออกแบบมาอย่างดีควรมองว่าการทดสอบ IV การตรวจสอบ EL และการติดตามกระบวนการเป็นระบบคุณภาพที่เชื่อมโยงกัน ไม่ใช่สถานีที่แยกจากกัน สำหรับผู้ผลิตที่วางแผนกำลังการผลิตใหม่ การลงทุนในแนวปฏิบัติการวัด IV ที่ถูกต้องตั้งแต่เนิ่นๆ มักจะถูกกว่าการแก้ไขความเบี่ยงเบนของกำลังอย่างเป็นระบบหลังจากเริ่มการผลิตจำนวนมาก