It is predicted that the photovoltaic energy conversion will be the largest installed power capacity by 2027. The least costly option for new electricity generation in many of the world’s countries will be the utility-scale solar photovoltaic electricity generation. Accurate monitoring of solar plants for localizing and detecting faults is expected to be one of the critical tasks facing the energy industry.
Imaging of photovoltaic modules for the purpose of fault detection can be more efficient and accurate compared to measurements of electrical parameters. Different spectral regions provide different types of information about a faulty module. Detection of photoluminescence, that is, radiation emitted upon band-to-band recombination after charge carrier excitation with an illumination source, has shown a great potential in the laboratory setting. In the recent years, the first approaches in the outdoor setting have been conducted on silicon modules with the Sun as an excitation source.
However, the reflected sunlight overlaps spectrally with the emitted photoluminescence. The imaging apparatus detects the total signal out of which only a few percent represent the emitted photoluminescence. Several approaches for elimination of more than 95% of the total signal have been suggested in the recent years. They are either based on controlling the emission of photoluminescence during imaging to achieve a variation in signal strength and, thus, a separation from the reflected solar irradiance, or on filtering of reflected solar irradiance with specially designed, narrow band-pass filters. The former requires interfering with the production to modulate the operating point of the modules between two operating conditions. This has been implemented by using additional equipment connected physically to a certain number of modules it is dimensioned for and by moving it during imaging.
We have tried to develop an approach for photoluminescence imaging which would enable imaging of as many modules as possible with as little interference as possible for an easier implementation on a utility-scale photovoltaic power plant. This has been done by using the capabilities of a string inverter to change the operating point of a string. The first approach is based on remote control of the operating point between two conditions. The second approach is far less invasive and takes the advantage of the string inverter’s built-in functionality to conduct current-voltage curve sweeps. Both approaches enable variation of the operating point on more than one string.
The approach with current-voltage curve sweeps implies that a string undergoes an entire range of operating conditions, which results in a continuously changing photoluminescence signal. From such a data set one can obtain more information about modules’ defects than what is possible from an image set obtained during controlled modulation between two conditions. Therefore, it is more timeconsuming to process an image set acquired during a current-voltage curve sweep. We propose an alternative algorithm which performs better in case of unsupervised image processing in real time. This way of imaging and data processing is also applicable in irradiance conditions below 100 Wm−2. The mentioned aspects of our photoluminescence imaging approach and the novel algorithm make this technique promising for large-scale inspections.Ifølge prognoser vil fotovoltaisk energikonvertering vare den største installerte effektkapasiteten innen 2027. I mange land vil storskala solcelleanlegg være den rimeligste løsningen for ny energiproduksjon. Presis monitorering av fotovoltaiske kraftverk med mål om lokalisering og detektering av feil forventes å være én av energiindustriens kritiske oppgaver.
Avbildning av fotovoltaiske moduler for å detektere feil kan vare mer effektivt og gi mer nøyaktige resultater enn målinger av elektriske parametere. Detektering av fotoluminescens med kamera, dvs. stråling avgitt fra halvledermaterialet silisium i forbindelse med bånd-til-bånd-rekombinasjon etter eksitasjon av elektroner med en lyskilde, har vist stort potensiale. De første forsøkene med sola som eksitasjonskilde har blitt gjennomført på silisium moduler i de siste årene.
Det reflekterte sollyset i det samme bølgelengdeområdet som det fotoluminescerende signalet blir også detektert av kamerautstyret. Fotoluminescens utgjør kun noen få prosent av det totale signalet. Flere metoder for å skille fotoluminescens fra det reflekterte sollyset har blitt foreslått. De baserer seg enten på kontrollert emisjon av fotoluminescenssignalet i løpet av avbildningen for å oppnå en variasjon i signalet som skal gjøre det mulig å separere det fra det reflekterte sollyset, eller på detektering av kun fotoluminescens gjennom spesiallagde, smale bånd-pass filtre. Førstnevnte krever inngrep i modulenes strømproduksjon for å styre operasjonspunktet mellom to tilstander. Dette kan gjennomføres ved at tilleggsutstyr kobles på modulene og flyttes i løpet av avbildningen.
Vi har jobbet med å utvikle en tilnærming for fotoluminescensavbildning av så mange moduler så mulig med så lite inngrep som mulig. Formålet har vært å utvikle en avbildningsmetode som vil kunne gjennomføres på storskala solcelleanlegg. Dette har blitt gjort ved å utnytte funksjonalitetene til en strenginverter. Den ene tilnærmingen har vært kontaktløs styring av operasjonspunktet gjennom strenginverteren og dermed uten tilleggsutstyr som må flyttes i løpet av avbildningen. En forbedring av denne metoden baserer seg på utnyttelse av strenginverterens innebygde egenskap til å skanne strøm-spenningsskarakteristikken til en gitt streng og er derfor betraktelig mindre inngripende. Begge tilnærmingene muliggjør en endring i operasjonspunktet på mer enn ´en streng av gangen.
Tilnærmingen med skanningen av strøm-spenningsskarakteristikken innebærer at strengen(e) går gjennom en hel rekke av operasjonstilstander som resulterer i et fotoluminescenssignal i kontinuerlig endring. En slik bildeserie gir mer informasjon om modulenes defekter enn en bildeserie tatt i løpet av den kontrollerte styringen av operasjonspunktet mellom to tilstander. Det er derfor mer tidkrevende å prosessere en bildeserie samlet med den førstnevnte metoden. I den forbindelse foreslår vi en alternativ algoritme som gir bedre resultater med ikke-styrt bildebehandling i sanntid. Metoden er også anvendelig ved veldig lave irradiansnivåer, under 100 Wm−2. Metoden for fotoluminescensavbildning mens skanningen av strøm-spenningskarakteristikken pågår i kombinasjon med den nye algoritmen for bildebehandling er lovende for videre utvikling med hensyn på storskala avbildning.The Research Center for Sustainable Solar Cell Technolog
