太陽能電站IR熱影像空拍

太陽能電站IR熱影像空拍

由於紅外線熱影像空拍的檢測便利性，已經逐漸成為電站驗收與維運的標準測試項目。為什麼這個測試這麼受歡迎？到底熱影像能看到什麼問題？

IR檢測什麼？

IR檢測是用紅外線攝影機擷取物體所發出的紅外輻射，然後由紅外輻射強度可以計算出每個位置的溫度。因此IR檢測主要就是檢查是否有溫度異常的現象，由溫度異常的狀態也可以推估各種太陽能系統的缺陷。IEC62446-3提供戶外IR檢測的技術指引（非標準），其中提到一個重點，IR檢測主要由發熱模式來判斷故障類別，而非單純由溫度來決定。因此，辨識發熱模式比溫度值更重較，更不能以溫差作為判定異常的絕對標準。以下就標準裡所列舉的發熱模式為例，為大家介紹如何對應鑑定故障類別。

1. 模組串列開路

下圖是模組串列開路的典型熱影像，特徵是有一串模組的溫度均勻地高於其他串列。在這個圖裡可以看出這一串模組的顏色有明顯差異，表示其溫度與其他模組有差異。但是在此要提醒各位，不要以為有色差就代表溫差大，開路模組的溫度只比一般模組高2℃左右。這又點到前面所說的一個重點，不要以溫差作為絕對的異常判斷標準，一般模組裡溫差2℃是正常的範圍，但是如果看到一整串模組都均勻的高2℃，它就是典型的模組串開路。要驗證也很簡單，找出模組串列分佈圖，比對開路的模組位置是否與模組串分佈吻合，就可以確認是哪一串開路。

模組串列開路

2. 模組短路

下圖是模組短路的典型熱影像，特徵是模組內有一些電池片溫度特別高，而且且溫度不均勻位置隨機分佈。這種短路造成的溫差有可能在10℃內，再次印證不能用溫差作為異常判斷標準。一般模組內有10℃以下的溫差，通常是正常的，但是如果出現下圖的模式，則是典型的短路異常。

模組短路

3. 前玻璃破裂

下圖是模組前玻璃破裂的典型熱影像，特徵是模組內有一到兩片電池片溫度特別高，其他電池片有溫度不均勻的現象。這個現象跟上述模組短路有點像，差別在高溫的電池片數量較少，通常是玻璃破裂原點的電池片破裂比較嚴重，導致該電池片的高溫。但是要特別說明，玻璃破裂未必都會形成這種發熱模式，在玻璃剛破的時候可能溫度沒有異常，或者玻璃破裂沒有引發電池嚴重破裂，又或者玻璃破裂導致所有電池片都嚴重破裂，其發熱型式都不會與下圖相同。因此需要經驗判斷，加上其他的觀察佐證。

模組前玻璃破裂

4. 模組內電池子串短路

下圖是模組內電池子串短路的典型熱影像，特徵是模組內的一串電池片有一些電池片溫度特別高，且溫度不均勻。常見的原因是旁路二極體短路，或旁路二極體啟動。此種現象牽涉到比較多可能性，需要進一步確認是二極體故障，或電池受損等其他可能性。

模組內電池子串短路

5. 模組內電池子串開路

下圖是模組內電池子串開路的典型熱影像，特徵是模組內的一串電池片溫度特別高，且溫度均勻。常見的原因是焊接不良，其背後的問題更大，詳見另一篇文章深入分析-PV新技術的可靠度問題- 接線盒焊接不良。

模組內電池子串開路

6. 單一電池發熱

下圖是模組內單一電池發熱的熱影像，常見的原因是電池破裂。溫差有可能到達數十度，會造成周邊封裝材料的損傷。

單一電池發熱

例如下圖的電池片破裂造成局部壞死區域，這種電池片壞死區域造成的高溫經過一段時間會逐漸使封裝材黃化，甚至燒穿背板（如下圖），進一步造成漏電問題。

電池片壞死區域

壞死區域造成EVA黃化與背板燒穿

電池片隱裂的原因比較複雜，有可能模組出廠的時候就有，也可能在運輸過程發生，也常見在安裝時踩踏造成，或者維運清洗時造成。如果安裝多年後才發現，通常難以判斷發生的原因。因為單純隱裂沒有造成壞死區域的話，不會發生高溫熱班，用IR檢測也看不到。等到隱裂逐漸成長造成壞死區域，才會開始有高溫現象出現。為了確認問題責任歸屬，最好在模組上架安裝前做一次EL抽測，安裝完成後驗收時對系統再做串列檢測，如此可以看到是否有初始隱裂存在，並且留下紀錄方便未來釐清責任。

7. 遮陰造成的熱斑

鳥糞、樹葉等異物遮擋也會造成熱斑現象（如下圖），需要比對可見光影像與熱影像來確認是否為遮蔽造成。所幸異物遮蔽造成的熱斑很容易排除，把模組清潔乾淨就恢復正常了。重點是要早期發現，儘快處理，才能減少發電損失，也避免長期過熱導致封裝材與接線盒損傷。