UVF檢測技術介紹
太陽能UVF檢測技術,是一種能夠檢視太陽能模組內電池片隱裂狀態的影像化技術。也就是可以把肉眼看不到的隱裂變成肉眼可見的影像,進一步用來判斷模組的損傷狀態。這個技術比EL方便執行,但是也有很多的限制,本文將對這個技術做完整的說明。
UVF檢測原理
UVF檢測主要是利用EVA(或封裝材)的螢光反應來使缺陷現形。使用特定波長的UV照射太陽能模組,模組裡的EVA會產生螢光反應。當電池片有隱裂時,螢光物質會被穿透電池片隱裂的水汽和氧破壞(如下圖),導致隱裂周圍沒有螢光反應而變為暗區,此暗區可以顯示電池片隱裂的位置。
需要特別說明的是,這裡使用的UV光源、拍攝用的設備等,都需要特別的設計與搭配,不是隨便買個驗鈔的UV燈就可以做檢測。有歐洲的太陽能檢測團隊兜不出效果跟我們一樣好的設備,只好來向我們購買技術轉移,技術門檻由此可見。
下圖是比對同一片模組拍攝的EL影像跟UVF影像,可以看出兩者呈現的隱裂位置相符。但是UVF只能看到隱裂的位置,無法判斷有沒有形成壞死區域。所謂壞死區域就是完全被隱裂包圍隔離的區域,區域內發的電無法往外送,是隱裂影響功率輸出的主要原因。EL可以很明確的看出壞死區域,但UVF檢測只能顯示隱裂位置,看不出有沒有形成壞死區。
判定新舊隱裂
UVF檢測有一個特性可以協助我們判斷隱裂的新舊,對於隱裂成因的判斷很有幫助。當電池片的隱裂生成時,從背板進入模組的水汽和氧會逐漸穿透隱裂跑到電池片正面,接著逐漸破壞EVA裡面的螢光物質,而使隱裂位置的螢光越來越暗。下圖顯示隱裂生成開始,一直到24天後的UVF影像,可以看出一開始顏色比較淡,到兩週後顏色就很深,之後的變化也逐漸變小。因此透過EL 跟UVF影像比對可以判斷是新生成的隱裂,還是早就存在的隱裂。而UVF暗區的深淺也有助於判定隱裂的產生時間,可應用於隱裂的責任判定。例如颱風後拍攝EL發現隱裂,但是無法確定是安裝時造成的?還是颱風時造成的?若颱風後立即使用UVF跟EL比對,可以確認是新隱裂還是舊隱裂,甚至有機會辨別是一兩個月前發生的,還是好幾個月以前的。
不過要特別提醒,新舊隱裂的判定有時間限制,最好在隱裂生成的一週內檢測,此時最容易判定隱裂的新舊。兩週後隱裂的顏色深淺變化就比較小了,判定上會比較困難。
UVF檢測的限制
UVF檢測受限於材料的螢光反應,以及缺陷對螢光反應造成的變化,因此有如下的限制:
1. 模組使用的封裝材:UVF檢測主要倚賴EVA(或封裝材)的螢光物質,但是如果模組使用高穿透EVA或POE,可能會導致螢光反應很弱而無法做UVF檢測。目前的經驗是2015年以前的模組比較沒問題,之後的模組就要看情況了(大部分不行)。
2. 模組安裝時間至少三個月到半年以上:因為封裝材裡面的材料要先接受陽光照射才會轉化為螢光物質,通常要照射三個月以上,時間越久螢光反應越好。所以剛安裝好三個月內的模組通常是無法做UVF檢測的。
3. 雙玻模組不能顯示隱裂:前面提到水汽跟氧從背板進入模組,再由隱裂跑到正面破壞螢光物質,這讓我們能看到隱裂。但是如果使用雙玻模組,水汽跟氧無法從後方進入模組,就沒有機會透過隱裂破壞螢光物質,所以即使有隱裂也不會看到較暗的條紋。
以上是三個主要的限制,其他還有一些比較細節的特殊狀況,在此不易簡短說明,可參考相關文獻或與我們聯繫討論。
UVF檢測與EL檢測的差異
UVF檢測最大的好處就是非接觸式,只要對模組照適當的UV光,然後用適當的設備拍照,完全不用接觸到模組或系統。因此可以較快速的檢測,甚至結合無人機空拍。PV Guider領先全球開發出UVF空拍技術,被收入國際能源總署最近出版的太陽能檢測技術報告中,最近也將此技術轉移給歐洲知名太陽能檢測公司。
相對來說,EL檢測時要對模組通電,技術難度較高,檢測速度也比較慢。但是EL可以看到的缺陷種類較多,也比較明確清晰,還可以概略評估功率影響大小。UVF與IR、EL可以搭配使用,以UVF或IR快速檢測,再用EL做第二線診斷,也是不錯的作法。
下表整理EL跟UVF可檢測缺陷的比較,每個檢測技術各有所長,正確搭配使用可以做最有效益的太陽能電站檢測。
延伸閱讀:
EL檢測介紹 http://solar543.blogspot.com/2021/05/EL.html
IR檢測介紹 http://solar543.blogspot.com/2017/03/irinspection.html#more
隱裂的成因與對策http://solar543.blogspot.com/2017/05/microcrack.html
什麼是蝸牛紋http://solar543.blogspot.com/2017/05/snailtrail.html
關於作者:
林敬傑博士,業界朋友們暱稱為「傑博」
2004年在工業技術研究院從事太陽能模組研發
2005年與德國萊因技術合作,在臺灣建立亞洲第一個太陽能檢測認證實驗室
2007年擔任德資企業a2pak Power茂暘能源技術長
2011年成立顧問公司PV Guider,提供專業諮詢與電站品質管控等服務
目前擔任:
PV Guider首席顧問
CNS國家標準審議委員
工研院量測中心顧問
IEA國際能源總署Task 13太陽能可靠度工作組技術專家兼共同主持人
SEMI產業標準技術委員會主席
Solar United國際太陽能產業聯盟工作小組技術專家
華聚基金會兩岸共通標準技術專家
留言
張貼留言
非常歡迎留言討論,不管贊成或反對,都很高興看到大家的回饋,但請就事論事理性發言。反對者請說明反對的理由,請勿情緒性攻擊。