光伏黑片缺陷电磁检测技术研究

作     者：蒋忠志 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杜官峰;张秋生

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：光伏组件 黑片缺陷 电磁检测 仿真分析 检测实验 

摘      要：光伏发电作为新能源的一种,具有多方面的优势,这使其在能源领域逐渐得到广泛应用。光伏组件在制造、运输、安装和工作环境等因素的影响下,光伏组件容易产生黑片缺陷,体现为光伏组件中的小栅格不发电,进一步影响光伏组件的发电效率。然而,目前的几种检测技术,如I-V曲线、热成像和电致发光对光伏组件的黑片缺陷的检测有着一定的局限性,I-V曲线检测是对整个光伏组件的发电效率进行检测,无法确定故障类型和故障位置;热成像检测技术会受到光伏组件保护玻璃的折射影响,检测的故障类型有限;电致发光检测需要对光伏组件进行反向加电并需要在暗室环境下进行检测,一般用于光伏组件生产厂家做质量检测使用,使用在光伏组件户外现场环境中进行检测存在一定的难度。 本文以光伏组件黑片缺陷作为研究对象,进行了光伏组件黑片缺陷诊断的电磁仿真,探索了检测方案的可行性,并确定检测过程中的最佳参数设计。通过仿真所获取的实验参数,开发了电磁检测传感器,搭建了室内外光伏组件黑片缺陷检测实验平台,通过实验测量了不同发电状态下光伏组件的电磁信号。通过电磁信号预处理和特征提取以及多种检测方案对检测结果分析和实现了光伏组件黑片缺陷的诊断。 首先,分析了光伏组件电磁分布,利用COMSOL软件进行仿真分析,构建了基于电磁法的光伏组件黑片缺陷诊断模型。通过该仿真模型,本研究分析了不同发电状态下光伏组件所产生的电磁信号对线圈传感器的影响,并对线圈传感器的位置进行了调整,以探索线圈在光伏组件黑片缺陷诊断中的位置因素对诊断效果的影响。通过仿真研究,确定了实验的优化参数及线圈的最佳位置配置,以提高故障检测的准确性和效率。 其次,根据仿真实验结果,开发了一套基于电磁法的光伏组件黑片缺陷检测的室内外实验平台,并成功地完成了黑片缺陷的室内外检测。室内试验台使用黑色不透光胶带对光伏组件的黑片缺陷进行模拟,通过室内实验台对光照强度进行改变,通过多次实验寻找光伏组件频域信号波峰与光照强度的关系。室外实验台是对室内检测结果的验证,室外实验首先将待检测光伏组件进行电致发光检测,确定黑片缺陷的位置,之后对已知故障的光伏组件进行电磁检测,分别对光伏组件的黑片区域以及正常发电的位置进行检测,检测完成之后进行数据分析,核对实验结果是否满足室内黑片模拟实验的结论。 最后,将电磁检测法的检测结果分别与电致发光检测法、热成像检测法和I-V曲线检测法进行对比,对各种法的检测结果进行分析,并讨论各种检测方法的利弊。基于电磁法的光伏组件黑片缺陷检测,在保证检测准确率情况下,可以在光伏组件工作状态下进行检测,且可以克服环境干扰,为现场工作状态下的光伏组件黑片缺陷检测提供了有效的方法。