Thermography of photovoltaic modules of solar powerstations
Producing electricity from solar energy is becomingmore popular in Ukraine, as the cost of photovoltaic (PV) modulesare rapid decreases making it more competitive comparedwith electricity, which produced from non-renewable sources ofenergy. In some developed countries, the cost of electricity genera...
Збережено в:
| Дата: | 2017 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2017
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/33 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103081668673536 |
|---|---|
| author | Buslova, N. Petrichenko, D. |
| author_facet | Buslova, N. Petrichenko, D. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "N. Buslova",
"institution": "National Technical University of Ukraine \"Igor Sykorsky Kyiv Polytechnic Institute\""
},
{
"author": "D. Petrichenko",
"institution": "National Technical University of Ukraine \"Igor Sykorsky Kyiv Polytechnic Institute\""
}
] |
| author_sort | Buslova, N. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:07Z |
| description | Producing electricity from solar energy is becomingmore popular in Ukraine, as the cost of photovoltaic (PV) modulesare rapid decreases making it more competitive comparedwith electricity, which produced from non-renewable sources ofenergy. In some developed countries, the cost of electricity generatedby solar PV plant is equal to or less than the cost of electricityfrom non-renewable sources of energy.In the not electrifiedareas, solar energy becoming an alternative source of energy.Each PV module consists of several photovoltaic cells,which consist of a matrix of solar cells that convert solar energyinto electricity. Failure of any PV module can lead to a drop in thepower of PV system, which reduces the power generation.Electrical tests of each PV module on large PV plants whichinclude thousands of PV modules is a time-consuming process.Thermography is the most effective method to identify and controlof defective PV modules. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:37:01Z |
| format | Article |
| fulltext |
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 3 14
УДК 621.316.1.05
Н.В.Буслова1, канд.техн.наук, Д.В.Петріченко2 (Національний технічний університет України "Київський
політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Київ)
Термографія фотоелектричних модулів сонячних електричних станцій
Показано необхідність використання інфрачервоної термографії для дослідження електролюмінесцентних дефектів.
Використання даного методу дозволяє визначити пошкоджені елементи фотоелектричного модуля. Застосований
метод візуалізації дефектів кремнієвих фотоелектричних модулів базується на процесі їх нагрівання зворотним
струмом. Бібл. 6, рис. 4.
Ключові слова: термографія, фотоелектричні модулі, контроль дефектів.
Orcid: 10000-0001-8472-3940; 20000-0002-6394-037X
Вступ. В Україні виробництво електричної
енергії з сонячної набуває все більшої популяр-
ності, оскільки вартість фотоелектричних (ФЕ)
модулів швидко знижується, що робить його
більш конкурентоспроможним порівняно з елек-
троенергією, виробленою з традиційних джерел.
Деякі країни досягли паритету, тобто вартість
електроенергії, виробленої з сонячної, рівна або
менша за вартість електроенергії від звичайних
невідновлюваних джерел. У тих районах, де
відсутнє електропостачання, сонячна енергія ста-
ла альтернативним джерелом енергії.
Кожен ФЕ модуль складається з декількох
десятків фотоелектричних комірок, які, в свою
чергу, складаються з матриці фотоелементів, що
перетворюють сонячну енергію в електричну.
Відмова будь-якого ФЕ модуля може привести до
падіння виробітку електроенергії, що зменшує
потужність ФЕ системи. Електричні випробуван-
ня на кожній окремій панелі на потужних соняч-
них електростанціях, які можуть включати в себе
сотні тисяч ФЕ модулів, є трудомістким проце-
сом. Найбільш ефективним методом
ідентифікації та контролю дефектних ФЕ модулів
є інфрачервона термограма [1].
Інфрачервона термографія є одним із основ-
них методів візуалізації дефектів при нагріванні
поверхні досліджуваного об’єкта. Метод розроб-
лений для різних застосувань і, зокрема, для кон-
тролю сонячних елементів. Нагрівання сонячних
елементів здійснюють невеликим електричним
струмом із зовнішнього джерела живлення, який
пропускають через фотоелемент при відсутності
поглинених фотонів. Такий струм називають
темновим. Нерівномірність температурного поля
свідчить про наявність дефектів, які є джерелом
додаткового локального нагрівання.
Одним із останніх досягнень даного методу є
побудова за знятими термограмами поверхні ФЕ
модуля вольт-амперних характеристик локальних
місць нагріву, в яких зосереджені дефекти. За
вольт-амперними характеристиками визначають
такий важливий експлуатаційний параметр, як
коефіцієнт форми. Коефіцієнтом форми назива-
ють відношення діючого значення струму до се-
реднього за модулем значення. Зменшення цього
коефіцієнта свідчить про деградацію фотоелек-
тричного елемента.
Електролюмінесценція дефектів (гарячих то-
чок) кремнію є також основою методу їх
візуалізації. Причиною появи цих дефектів є
утворення паразитних світлодіодних структур на
фосфіді алюмінію внаслідок недосконалості
технології нанесення шин живлення на поверхню
кремнієвої пластини. Світіння супроводжується
нагріванням поверхні темновим струмом. Ефект
виникає при подачі на кремнієвий сонячний еле-
мент зворотної напруги. При рівномірному
розподілі дефектів по поверхні сонячного еле-
мента нагрівання є також рівномірним, і воно не
веде до значної деградації ФЕ модулів [2]. Вкрай
шкідливим є локальне скупчення дефектів, яке
© Н.В.Буслова, Д.В.Петріченко, 2017
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 3 15
призводить до значного перепаду температури
між зоною дефекту та неушкодженою частиною
сонячного елемента. Слід зауважити, що
наявність у ФЕ модуля принаймні одного де-
фектного елемента зменшує загальний коефіцієнт
корисної дії. Важливим є також візуальний кон-
троль люмінесцентних точок ФЕ модуля, який
можна виконувати неозброєним оком в умовах
часткового затемнення приміщення.
Термограма дозволяє локалізувати місця
дефектів та оцінити їх внесок у деградацію. При
зворотному включенні на ФЕ модуль подається
напруга від 9 до 20 В із середньою щільністю
світлового потоку 0,1 Вт/см2. На рис. 1 зображе-
но термограму сонячного елемента з монокриста-
лічного кремнію при напрузі 20 В [3]. Локальний
осередок перегріву (у вигляді білої плями) має
температуру на 20 градусів вищу (67,24С), ніж
середня температура поверхні елемента (47С).
Рис. 1. Термограма ФЕ комірки із монокристалічного
кремнію.
Наявність скла над пластиною кремнію при-
зводить до збільшення осередку перегріву.
Наявність білої плями в центрі зображення
(рис. 2) свідчить про наявність дефекту, який
унеможливлює проведення PID-тесту, за умова-
ми якого ФЕ модулі випробовують 48 годин без-
перервно під зворотною напругою. Проведення
цього тесту є частиною вихідного контролю на
виробництві ФЕ модуля. Після проведення тесту
до реалізації надходять лише ті ФЕ модулі, ККД
яких зменшився на 0-15%.
Рис. 2. Термограма ФЕ модуля потужністю 260 Вт.
Умови проведення термографічної зйомки.
Незважаючи на те, що скло має випромінювальну
здатність на рівні 0,85-0,90 у хвильовому
діапазоні 8-14 мкм [4], тепловізійні вимірювання
на скляних поверхнях не найпростіша процедура.
Предмети відображаються в склі, як у дзеркалі,
через що на термічному зображенні добре видно
відображення навколишніх об’єктів з різною
температурою, що призводить до неправильних
вимірів (помилкових гарячих точок).
Для того, щоб під час проведення
термографічної зйомки на склі модуля не
відображалась тепловізійна камера та оператор,
не рекомендується проводити огляд під прямим
кутом. Однак при цьому випромінююча здатність
вища за все саме під прямим кутом і зменшується
в міру його збільшення [5]. Компромісним
варіантом є кут зйомки в діапазоні від 5 до 60°,
де 0° відповідає перпендикуляру (рис. 3).
Рис. 3. Рекомендований (зелений) та нерекомендовані
(червоний) кути зйомки під час термографічних оглядів.
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 3 16
У більшості випадків ФЕ модулі можна об-
стежити за допомогою тепловізійної камери,
розміщеної на зворотному боці елементів. Це
дозволяє позбутися перешкод у вигляді
відображень сонця і хмар. Крім того, температу-
ра зі зворотного боку може виявитися вищою,
оскільки фотоелемент не прихований скляною
поверхнею. На рис. 4 зображено гарячі ділянки
ФЕ модулів з лицьового боку, які можуть ство-
рювати враження, що масив фотоелементів
працює недостатньо ефективно [6]. При огляді зі
зворотного боку гарячих ділянок не видно,
оскільки на зображенні, зробленому з лицьового
боку, вони були викликані відображенням хмар.
Рис. 4. Гарячі ділянки ФЕ модулів з лицьового
та зворотного боків.
Природні умови та тепловізійні
вимірювання. При проведенні термографічної
перевірки небо повинне бути ясним, оскільки
хмари зменшують потік сонячного
випромінювання і створюють перешкоди у
вигляді відображень. Однак інформативні зобра-
ження можна отримати і в умовах хмарності, як-
що тепловізійна камера досить чутлива. Кон-
троль дефектів рекомендується проводити при
безвітряній погоді, оскільки потік повітря на
поверхні ФЕ модуля може викликати його
конвекційне охолодження і тим самим зменшува-
ти температурний перепад. Чим нижча темпера-
тура повітря, тим більш можлива теплова
контрастність. У зв’язку з цим термографічний
контроль можна проводити рано вранці.
Ще один спосіб підвищити теплову
контрастність – відключити фотоелементи від
навантаження. В результаті пропадає струм, і
нагрівання відбувається тільки за рахунок соняч-
ного випромінювання. Після цього можна знову
підключити навантаження і спостерігати за фото-
елементами в фазі нагрівання. Однак у більшості
випадків рекомендується оглядати системи в
звичайних робочих умовах, тобто під наванта-
женням. Залежно від різновиду елемента і типу
збою або несправності, додаткову інформацію
можна отримати за допомогою вимірювань без
навантаження або під час короткого замикання.
Висновки. Візуалізація дефектів кремнієвих
фотоелектричних модулів дозволяє визначити
пошкоджені комірки, які значно знижують
виробіток електричної енергії.
1. C.E. Chamberlin, M.A. Rocheleau, M.W. Marshall, A.M.
Reis, N.T. Coleman, P.A. Lehman Chamberlin.Comparison of PV
module performance before and after 11 and 20 years of field expo-
sure / 37th IEEE PV Specialists Conference, Seattle, WA, 2011.
2. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE/
Photovoltaics Report. Freiburg, 2012.
3. В.А. Порев, Р.И. Пахалюк, К.М. Божко. Исследова-
ние люминесцирующих дефектов солнечных панелей/ Из-
вестия академии инженерных наук им. А.М. Прохорова. –
2014 . – №1. – С.11–14.
4. В.М. Попов, А.С. Клименко, А.П. Поканевич. Локаль-
ные свойства электрически активных дефектов в солнечных
батареях на основе кремния / Технология и конструирование
в электронной аппаратуре. – 2010. – № 4. – С. 43–48
5. O. Breitenstein. Nondestructive local analysis of current-
voltage characteristics of solar cells by lock-in thermography /
Solar Energy Materials & Solar Cells. – 2011. – № 95. – pp.
2933–2936.
6. O. Breitenstein, W. Warta, M. Lagenkamp. Lock-in
Thermography. Basic and Use for Evaluting Electronic Devices
and Materials / New York: Springer Heidelberg Dordrecht Lon-
don, 2010. – P. 256.
REFERENCES
1. C. E. Chamberlin, M. A. Rocheleau, M. W. Marshall, A.
M. Reis, N. T. Coleman, P. A. Lehman Chamberlin. Comparison
of PV module performance before and after 11 and 20 years of
field exposure / 37th IEEE PV Specialists Conference, Seattle,
WA, 2011.
2. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE /
Photovoltaics Report. Freiburg, 2012.
3. VA Porev, RI Pakhalyuk, KM Bozhko. Investigation of
luminescent defects of solar panels / Proceedings of the Acad-
emy of Engineering Sciences. A.M. Prokhorov. 2014. – №1. –
С.11-14.
4. V. M. Popov, A. S. Klimenko, A. P. Pokanevich. Local
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 3 17
properties of electrically active defects in solar cells based on
silicon / Technology and design in electronic equipment. – 2010.
– No. 4. – P. 43-48
5. O. Breitenstein. Nondestructive local analysis of the cur-
rent-voltage characteristics of solar cells by means of lock-in
thermography / Solar Energy Materials & Solar Cells. – 2011. –
No. 95. – pp. 2933-2936.
6. O. Breitenstein, W. Warta, M. Lagenkamp. Lock-in
Thermography. Basic and Use for Evaluation Electronic Devices
and Materials / New York: Springer Heidelberg Dordrecht Lon-
don, 2010. – P. 256.
Н.В.Буслова, канд.техн.наук, Д.В.Петриченко (Нацио-
нальный технический университет Украины "Киевский по-
литехнический институт им. Игоря Сикорского", Киев)
Термография фотоэлектрических модулей солнечных
электрических станций
Показана необходимость использования инфракрасной
термографии для исследования электролюминесцентных
дефектов. Использование данного метода позволяет опре-
делить поврежденные элементы фотоэлектрического мо-
дуля. Примененный метод визуализации дефектов кремние-
вых фотоэлектрических модулей базируется на процессе их
нагрева обратным током. Библ. 6, рис. 4.
Ключевые слова: термография, фотоэлектрические моду-
ли, контроль дефектов.
Buslova N., Petrichenko D. (National Technical University
of Ukraine "Igor Sykorsky Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv)
Thermography of photovoltaic modules of solar
powerstations
In this article is shown the necessity of using infrared ther-
mography to electroluminescence control ofphotovoltaic
module defects on solar PV plant. Using this method can
determine the damaged elements of the photovoltaic module.
The method of visualizing of defects in silicon photovoltaic
modules is based on a process of heating the reverse current.
References 6, figures 4.
Keywords: thermography, photoelectric modules, visualizing
of defects.
SYNOPSES
Producing of electricity from solar energy is becoming
more popular in Ukraine, as the cost of photovoltaic (PV) mod-
ules is rapidly decreases making it more competitive compared
with electricity, which produced from non-renewable sources of
energy.In some developed countries, the cost of electricity gen-
erated by solar PV plant is equal to or less than the cost of elec-
tricity from non-renewable sources of energy.In the not electri-
fied areas, solar energy becomingan alternative source of energy.
Each PV module consists of several photovoltaic cells,
which consist of a matrix of solar cells that convert solar energy
into electricity. Failure of any PV module can lead to a drop the
power of PV system, which reduces the power genera-
tion.Electrical tests of each PV module on large PV plants which
include thousands PV modules is a time-consuming process.
Thermography is the most effective method to identify and con-
trol of defective PV modules.
Стаття надійшла до редакції 16.05.17
Остаточна версія 29.06.17
|
| id | veorgua-article-33 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:02:32Z |
| publishDate | 2017 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/7b/ae5b08c3f49fba5ed678c53b4469027b.pdf |
| spelling | veorgua-article-332026-07-18T06:32:07Z Thermography of photovoltaic modules of solar powerstations Термография фотоэлектрических модулей солнечных электрических станций Термографія фотоелектричних модулів сонячних електричних станцій Buslova, N. Petrichenko, D. thermography photoelectric modules visualizing of defects термографія фотоелектричні модулі контроль дефектів термография фотоэлектрические модули контроль дефектов Producing electricity from solar energy is becomingmore popular in Ukraine, as the cost of photovoltaic (PV) modulesare rapid decreases making it more competitive comparedwith electricity, which produced from non-renewable sources ofenergy. In some developed countries, the cost of electricity generatedby solar PV plant is equal to or less than the cost of electricityfrom non-renewable sources of energy.In the not electrifiedareas, solar energy becoming an alternative source of energy.Each PV module consists of several photovoltaic cells,which consist of a matrix of solar cells that convert solar energyinto electricity. Failure of any PV module can lead to a drop in thepower of PV system, which reduces the power generation.Electrical tests of each PV module on large PV plants whichinclude thousands of PV modules is a time-consuming process.Thermography is the most effective method to identify and controlof defective PV modules. Показана необходимость использования инфракраснойтермографии для исследования электролюминесцентныхдефектов. Использование данного метода позволяет опре-делить поврежденные элементы фотоэлектрического мо-дуля. Примененный метод визуализации дефектов кремние-вых фотоэлектрических модулей базируется на процессе ихнагрева обратным током. Показано необхідність використання інфрачервоної термографії для дослідження електролюмінесцентних дефектів.Використання даного методу дозволяє визначити пошкоджені елементи фотоелектричного модуля. Застосованийметод візуалізації дефектів кремнієвих фотоелектричних модулів базується на процесі їх нагрівання зворотнимструмом. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2017-09-11 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/33 Vidnovluvana energetika ; No. 3 (50) (2017): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 14-17 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 3 (50) (2017): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 14-17 Відновлювана енергетика; № 3 (50) (2017): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 14-17 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/33/23 Copyright (c) 2017 N. Buslova, D. Petrichenko https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | thermography photoelectric modules visualizing of defects Buslova, N. Petrichenko, D. Thermography of photovoltaic modules of solar powerstations |
| title | Thermography of photovoltaic modules of solar powerstations |
| title_alt | Термография фотоэлектрических модулей солнечных электрических станций Термографія фотоелектричних модулів сонячних електричних станцій |
| title_full | Thermography of photovoltaic modules of solar powerstations |
| title_fullStr | Thermography of photovoltaic modules of solar powerstations |
| title_full_unstemmed | Thermography of photovoltaic modules of solar powerstations |
| title_short | Thermography of photovoltaic modules of solar powerstations |
| title_sort | thermography of photovoltaic modules of solar powerstations |
| topic | thermography photoelectric modules visualizing of defects |
| topic_facet | thermography photoelectric modules visualizing of defects термографія фотоелектричні модулі контроль дефектів термография фотоэлектрические модули контроль дефектов |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/33 |
| work_keys_str_mv | AT buslovan thermographyofphotovoltaicmodulesofsolarpowerstations AT petrichenkod thermographyofphotovoltaicmodulesofsolarpowerstations AT buslovan termografiâfotoélektričeskihmodulejsolnečnyhélektričeskihstancij AT petrichenkod termografiâfotoélektričeskihmodulejsolnečnyhélektričeskihstancij AT buslovan termografíâfotoelektričnihmodulívsonâčnihelektričnihstancíj AT petrichenkod termografíâfotoelektričnihmodulívsonâčnihelektričnihstancíj |