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如何分析 I-V 曲線

太陽能發電

若要分析光電系統的 I-V 曲線,請使用 I-V 曲線追蹤工具,對測得曲線與標準或預測曲線進行比較,並考量陰影或溫度等環境影響。

「PV 陣列故障排除流程圖」是一項全方位指南,結合豐富的現場經驗、PV 模組可靠性文獻綜述,及美國國家再生能源實驗室 (NREL) 的專家意見開發而成。Fluke Solmetric PVA-1500 等 I-V 曲線追蹤工具提供詳盡洞察見解,有助於識別光電系統硬體的效能問題。然而,陰影、髒污、輻照度、溫度和測量技術等因素,都可能提高 PV 效能測量的困難度。

下載流程圖指南

含最大功率點的六種 I-V 曲線偏差類型
此處顯示本文討論的六種 I-V 曲線偏差類型。偏差是依照我們在流程圖中的考量順序加以編號。

擷取適用的 I-V 曲線

首先,請確認測試是否傳回適用的 I-V 曲線。如果沒有傳回,請確認測試導線是否正確連接。若已正確連接,則電源電路可能未完整閉合。請檢查確認已安裝串聯保險絲;若已安裝,請檢查保險絲導通性。如果檢查後串聯保險絲沒有問題,則問題可能出在電源電路佈線。在測試故障模組之前,您可能需要檢查是否有開路模組互連,並尋找損壞跡象,例如燒痕。

在罕見的情況下,測試傳回的 I-V 曲線會呈現狹窄的垂直間斷或向下的尖峰。原因可能是間歇性電氣互連,例如遭推擠的測試導線,或是不當壓接的中接管端子。如果間歇連接位於 PV 電源電路,請隔離電路並進行必要的維修。

正常曲線形狀及效能

對於現場校能問題,會需要可供比較的標準,通常是以模組銘牌資料或相鄰電路測量值為依據。Fluke Solmetric PVA-1500 這類 I-V 曲線追蹤工具可使用軟體預測標準測試條件下的效能特性,並針對現場條件進行調整。若 I-V 曲線形狀正常且校能係數介於 90% 和 100% 之間,通常表示 PV 電源電路或模組運作正常。

辨識 I-V 曲線偏差

I-V 曲線可能發生若干類型偏差,各有多種可能的原因。這些偏差可能包括曲線出現階狀或缺口,表示有陰影或電池損壞等問題,導致電流錯配的狀況。

1. 階狀 I-V 曲線

第一種偏差類型是 I-V 曲線的缺口或階狀,與測試電路的電流錯配有關。旁路二極體啟動並使電流通過較弱或接收較少光線的電池時,就會使曲線出現階狀特徵。階狀數目和寬度因陰影的密度和範圍而有所不同。電流錯配的成因眾多,包括不均勻的髒污、局部陰影、電池或電池串組受損或旁路二極體短路。

2. 低短路電流

在其他方面正常的 I-V 曲線中,低於預期的 Isc 值可能是由操作員失誤、輻照度測量不佳、陰影或髒污,或模組效能問題所導致。由於您可能有辦法解決部分問題,因此在故障排除流程圖規劃中,會優先處理上述第二種偏差。

3. 低開路電壓

故障排除流程圖中的第三種偏差類型是低 Voc。錯誤的電池溫度測量最有可能造成低 Voc。此外在特定測試情況下,陰影可能會使 Voc 降低,而硬體問題也是可能的原因。但由於在所有 PV 模組參數中,開路電壓的老化速率最低,因此判定電池劣化與低 Voc 之間的因果關係前,您應先考量其他原因。

4. 更圓的曲折點

比預期更圓的曲折點是第四種 I-V 曲線偏差類型的特性。通常很難判斷更圓的曲折點區域是否明確屬於 I-V 曲線問題,或是因曲線斜率變化所造成的錯覺。更圓的曲折點本身很可能是正在老化的跡象。您必須重新測試並監控電路一段時間,以識別並追蹤趨勢。

5. 低電壓比

低於預期的 I-V 曲線垂直線段斜率,是第五種 I-V 曲線偏差類型的特徵。若要偵測此狀況,您可以目視比較測得與預測曲線,或比較一系列串組測量數據的電壓比值 (前提是曲線未因錯配效應而出現階狀)。電壓比計算方式:VMP ÷ VOC。電壓比是一項極佳指標,可用於識別 I-V 曲線垂直線段斜率異常的串組。

6. 低電流比

最後,高於預期的 I-V 曲線水平線段的斜率,則是第六種 I-V 曲線偏差類型的特徵。若要偵測此狀況,您可以目視比較測得與預測曲線,或比較一系列串組測量數據的電流比值,(前提是曲線未因錯配效應而出現階狀)。電流比計算方式:IMP ÷ ISC   電流比是一項極佳指標,可用於識別 I-V 曲線水平線段斜率異常的串組。在尋找硬體問題之前,請先排除陰影、髒污和輻照度測量錯誤。

使用 I-V 曲線追蹤工具排除故障

Fluke Solmetric PVA-1500 這類 I-V 曲線追蹤工具可發揮重要功能,有效排除 PV 系統故障,不僅提供詳細資料以供辨識問題,也有助於長期記錄和監控系統效能。

若要有效排除 PV 系統故障,必須全面瞭解硬體和環境因素。透過 Fluke Solmetric PVA-1500 等進階工具,同時遵循結構化方法,可大幅提高診斷和解決光電系統效能問題的準確性和效率。