檢測|太陽能電池和組件技術的進步意味著面積越來越大、功率越來越高的組件正在以越來越快的速度制造、運輸和安裝，從而使產品測試和檢驗變得更加重要。在這里，Enertis將探討電致發光檢測在整個光伏項且生命周期中的作用。

正在進行中的電致發光測試

近年來經歷的大規模太陽能光伏項目是若干技術經濟和社會特征的動態進步和優化的結果，因此太陽能光伏市場的現狀比以往任何時候都更為健康。今天的光伏電站基于成千上萬晶體硅電池板建設而成，而電池板則由150塊（舉例而言）最先進的太陽電池封裝而成，并通過創新的連接方式組合在一起，同時還采用正在成為主流技術的雙面組件技術。反過來，這些組件由GW級規模的公司在線生產，并以創紀錄的時間運送到全球各個站點。

從歷史上來看，在組件制造方面，大規模生產全新組件和滿足不斷增長的市場需求所需的持續創新(有時未經適當驗證)和生產線升級，確實帶來了新穎的解決方案，但同時，也出現了對太陽能電池和組件質量缺陷的誤判。同樣，多年來，公用事業規模的光伏電站的建設成本、安裝和并網提前期也大幅降低。

總的來說，這表明了通過成本效益高且快速的技術來提高檢查水平比以往任何時候都更加迫切。因此，考慮到光伏組件在光伏項目的不同階段可能會不斷受到損壞，常用的電致發光(EL: Electroluminescence)檢測技術毫無疑問是能夠以大規模且經濟實惠的方式檢測光伏組件的最廣泛工具之一。事實上，今天參與光伏項目開發的每個人都意識到EL檢測是一種非破壞性的檢測太陽能光伏組件電氣缺陷的高效方法。

在光伏組件上進行電致發光檢測的原理，簡單來說是通過直流電源(通常在黑暗條件下)向組件注入正向偏置電流，以達到適當的信噪比，從而獲得高質量的電致發光結果。光伏器件的有源部分會發出特定波長的發光輻射，然后被合適的探測器收集。被收集的電致發光被處理成對比圖像，揭示出具有不同發光活性的區域，最終解釋為人眼無法檢測到的缺陷。

實際上，電致發光分析將定性、快速和直接地揭示被檢查樣品內的健康或缺陷區域，并呈現不同的串聯和并聯電阻。調節電流注入水平將展示不同的電阻狀態，因此有助于了解被測電池或組件中發生了什么。因此，任何低 EL圖像對比度特征通常都會被推斷出其結構中存在隱藏缺陷。

從早期Fuyuki等人的工作開始，作為光伏組件供應商、實驗室甚至EPC參與者的一種可靠、經濟有效和可大規模使用的質量篩選技術，EL檢查一直都是與紅外熱檢在(IR)配合使用的。多年來，EL測試的專利和推廣實施推動了檢查操作模式的極大改進，如移動實驗室[3]、無人機[4]和高級圖像處理[5]，以至于現在，已經實現了在標準日光條件下，也能進行EL成像的能力。

目前，大量的EL信號收集探測器被用于各種場景中，大致包括硅CCD系統、經濟高效的CMOS反光照相機(適應晶體硅器件的1150nm發射波長)或那些基于InGaAs的價格昂貴但在某些情況下特別有效的探測器。最終的選擇則是在分辨率、靈敏度、光譜范圍和最終價格之間進行權衡的結果，這取決于EL檢查的背景和最終目標。

然而，作為一項快速成功應用于終端用戶市場的新技術，EL的經濟性、非破壞性和直觀性反過來又導致了某些過度使用和誤解，有時會導致影響光伏項經濟性的重大后果。這來自于使用某些從EL圖片中看到的確實有價值，但價值有限的定性信息。

對于EL圖像的解釋一直存在偏見或某種主觀性，這源于業界對EL缺陷的定義缺乏共識。此外，在受損太陽能電池上發現的缺陷背后很多未知的物理和化學機制和隨之而來的短期到長期的影響，使EL分析的后果更加復雜。在這方面，國際電工委員會(IEC)專門研究太陽能系統和設備的TC82工作組，最近發布了IEC TS 60904-13:2018文件[8]，旨在建立系列用于收集、處理和解釋EL圖像的操作方法，作為適用于光伏行業最終標準的初步指南。

不管怎樣，即使主流市場最終可能不再采用這些標準指南，EL檢測也將可能最終成為一種通用、無沖突和無偏見的缺陷檢測和分類方法，這在EL檢測用于將圖像與光伏組件性能關聯的情況下尤其重要，盡管迄今為止進行了一些有趣的嘗試[8]。在某些情況下，將基于EL的結果外推到財務或法律后果，確實會導致EL檢查得到其他眾所周知的組件特證化方法的補充，如IV曲線測量或紅外熱成像圖，能夠完全用解缺陷背后的機制，然后得出更準確和公平的結論，特別是在涉及處罰或保修索賠的情況下。

但是由于第三方專家檢驗和檢測機構(如Enertis)的檢測作用，EL將仍然是檢查光伏組件在光伏項目壽命期間，不同情況下質量狀況的一種基本手段: i)從組件供應協議(MSA)或EPC中缺陷標準的定義來看合同；ii)通過在組件生產期間對EL圖像進行收集和評估:；ii)裝運前；iv)交付后；v)甚至安裝在固定或跟蹤支架之后。

因此，EL檢查對于推動可靠的太陽能光伏發電成為全球清潔能源的主要來源具有極大的作用。因此，在太陽能光伏發電項目的開發過程中，遲早要討論如何制定組件的EL缺陷標準、測試的抽樣規則以及在發生故障時的衍生責任。

在這一點上，在EL進入太陽能產業大約15年后，在目前由GW級制造商推出并以難以置信的速度制造和安裝的創新、高功率光伏電池/組件的時代，我們在此重新審視商業環境。相信由專家獨立顧問設計和執行的EL分析，可以成為EPC公司和光伏業主的重要決策工具。

為此，我們對Enertis在不同項目開發和市場環境下開展EL檢查活動的實際案例進行了審視和評論，即:

制造和裝運前測試

·出廠檢驗

·安裝后檢查

·制造和裝運前測試

默認情況下，光伏行業假設商用光伏組件設備由于其復雜的組成和大尺寸的表面，可以分成肉眼可見的和隱藏的缺陷。然而，從EL檢查的角度來看，光伏組件的通過或失敗條件仍未解決，目前完全取決于每個特定項目案例和相關MSA背景。此外，可接受限值是按缺陷類型設定的，不考慮其各自的累積。

考慮到那些肉眼無法察覺的僅通過EL檢查才能發現的缺陷，在一級組件制造商中，對于缺陷的定義和判斷存在很大的差異。由于新的光伏電池和組件設計的快速開發和發布，目前這一趨勢非常明顯。總而言之，這些新產品的發布使我們向前邁出了幾步，需要更新相應的EL質量標準。

這種不一致性在缺陷嚴重性的分類(次要、主要、關鍵)及其單獨描述方面都是專利保護的，以至于大多數供應商多年來一直使用幾乎相同的EL標準，而不管引入新的電池尺寸(210mm)、器件結構(PERC、單主柵和雙主柵)和主柵互連(從不久前常見的三主柵到多主柵平鋪式/疊瓦式連接)。對于相同的組件數據表和光伏項目位置，同一制造商內部甚至會遇到不可忽略的差異，但對組件價格沒有明顯影響。

*q：單個電池的缺陷數量；Q: 受影響的電池數量；I：缺陷長度；L: 電池長度；A: 電池面積; W: 缺陷/電池寬度；

表1: 收集了當前幾家銷量最高的一級組件供應商在EL缺陷驗收標準之間的差異。

為了說明這點，表1收集了目前在線檢查報告的原型缺陷示例，包括幾家銷量最高的一級組件供應商制定的具體標準和考慮因素。為了清楚起見，以及出于保密原因，缺陷定義已被統一，一些標準略有解釋，而制造商的原始建議沒有作任何修改。此外，EL圖像插圖選自Enertis執行的產品測試結果，作為每個EL問題的代表性示例?？梢杂^察到，供應商之間在缺陷定義方法(面積、長度、寬度)和驗收標準(缺陷嚴重性和/或限制)方面有著明顯差異，這種市場現狀說明業界在執行和解釋EL圖片時缺乏客觀共識。特別困難的是在光伏組件中經常觀察到的混合電池性能缺陷(表1)，在戶外環境下這可能會造成潛在熱點現象的擴展，也可能因為組件內的硅片/電池電氣特性存在差異而降低組件的長期可靠性。

因此，目前存在對光伏組件進行歷史追溯的趨勢，即使只是根據相關EL缺陷(作為檢查和驗證光伏組件的諸多方法之一)的類型和數量來對光伏組件(包括目前市場上來自不同供應商的創新電池和組件設計)進行評估和分類。

此外，根據Enertis的經驗，供應商在EL測試和相關行動方面實施的限制和規定水平，大體上可以體現出其是否有能力和意愿為客戶提供最佳產品，還可以將此類操作外推到影響制造過程的其他操作(如可追溯性)、技術(物料清單控制、操作員培訓等)策路和行動上。

眾所周知，今天光伏組件的功率能達到600W以上，主要得益于組件尺寸和重量的擴大，并且基本上是由于使用了高達210mm的大硅片，所有組件供應商都通過創新的電池互連方法在一定程度上緩解了尺寸增加的問題，使非工作空間減少到幾毫米。

這些創新的焊接方法，以及使用半切或其至三切多主柵連接的電池，可能會在電池邊緣附近導致相當輕微但有害的十字形裂紋，特別是那些受到激光切割成半段或三段影響的裂紋，但供應商卻很少報告。這表明，在電池焊接過程中產生的機械應力，加上硅片切割邊緣可能存在的缺口，將可能促進此類缺陷的形成。圖1以一種直觀且具有代表性的方式描述了這種效果。盡管受微裂紋影響的面積和長度很小，但根據IEC TS 62782:2016標準動態機械負荷(DML)試驗后，組件內部子串的電池中幾乎所有十字形裂紋都擴展為多裂紋，也導數一些區域的電池斷開。

圖1: a) Enertis在批量驗收測試期間記錄的光伏組件圖像，可以看到電池邊緣出現了交叉裂紋缺陷; b) DML試驗后的EL圖像(1000次循環，1000 Pa)。

在制造和裝運前的檢查要解決的另一個問題是來自于供應商在產線上收集和處理EL圖像時經常存在不確定性。如前所述，不同的電致發光測試條件可以解釋影響組件內電致發光活動的不同缺陷機制，從而導致不同的電致發光結果。圖2顯示的焊接不良缺陷，屬于不符合供應商制定的EL質量標準項之一，但在供應商進行在線檢測時卻未發現這一點。相比之下，Enertis第三方實驗室在對這批組件進行裝運前批量測試時，通過EL圖像清楚地揭示了這一電池焊接不良問題。在此次驗收項目中，EL技術觸發了MW級規模批次的拒收，原因就是此類缺陷。而作為糾正措施，供應商隨后調整了焊接工藝和EL測試設備。

圖2：同一塊半切電池光伏組件(左側部分)的EL照片，顯示了與主柵焊接不良相關的明顯缺陷；a)Enertis實驗室記錄的圖像(10.6A偏置直流電流，CCD傳感器)；b)制造商在線檢測時記錄的EL圖像(6.1A偏置直流電流，CMOS傳感器)；

通過在線檢測就可以看出不同供應商之間(甚至是同一個供應商的不同產線)在EL測試裝置方面存在巨大的的差異。而幾乎所有的供應商施加的偏置電流只有5到8 A之間，遠低于組件的短路電流(Isc)。

多年來，大多數光伏組件制造商一直宣稱其銷售的產品不受PID 影響，包括通過不同的標簽進行說明，例如在組件宣傳單上貼上PID free或anti PID標簽。EL技術作為快速PID檢測手段，其實用性是眾所周知的。它能有效幫助評估組件是否存在諸如PID(以及LID和LeTID)之類的電性問題。事實上，盡管迄今為止大多數電池和組件制造商都做出了努力并取得了毋庸置疑的進步，但PID問題尚未被完全消除。圖3展示了兩塊同一批次加工的組件的EL測試照片。

綜上所述，在把光伏組件供應商列入入圍名單和未來的檢測過程中，對EL缺陷評估結果的處理似乎不像預期的那么簡單和標準統一，特別是如果人們注意到當前關于EL缺陷的的是定義、驗收邊界和潛在后果(即光伏項目所有者在考慮到項目能否達到30年運行壽命時)存在不一致。

圖3：顯示了在施加短路電流Isc后記錄的存在PID效應的組件EL圖像；a）進行PID測試之前的疊瓦式光伏組件；b)在PID測試后，由于分流現象，許多電池呈現較低的EL活性；c)PID測試前的多主柵半切電池組件；d)PID測試后，幾塊電池(尤其是組件邊界的電池)顯示出較差的EL對比度，尤其是在邊界處，這可能表明分流缺陷的起源自電池切割成兩半的過程。內置的EL圖像對應于在施加10%短路電流Isc下記錄的組件c)，以突出顯示組件中的分流電池（PID測試程序：96h、85%相對濕度、85℃、-1500V）。在這種情況下，出現了從4%到6%的最大功率衰退。

此外，通過EL檢測保護供應過程中組件的可追溯性(供應商應共享產線上記錄的所有EL圖片)成為跟蹤組件在交付至現場后以及安裝后發生的任何類型損壞的有力方法。這樣，就可以監督整個保修期內組件的變化。

最后但并非最不重要的一點是，適用的樣本選擇策略始終取決于具體的檢測背景和目的。事實上，一些跟技術非常無關的變量，如交貨期、檢查截止日期，以及”為什么不說預算”等，往往是主要驅動因素。因此，對于任何EL檢查行動或活動，必須從適當的調查過程中全面了解項目和最終目標，以確保從方便但有時有限的EL技術中得出準確有效的結論。

交貨和安裝前檢查

在目的地港口(CIF國際貿易術語)或項目現場(DDP國際貿易術語)收到MM規模的光伏組件采購后，審查其狀態的合適方法是對每批具有代表性的樣品進行裝運后的分析，包括進行EL和肉眼檢查。這樣就可以檢測到從制造現場到運輸過程中可能遭受的損壞，以及其他與制進有關的缺陷，特別是在以前沒有進行裝運前檢查的情況下，無論MSA中是否有適當安排，測試結果都可能導致根據協定的驗收標準拒收缺陷過多的貨柜或批次。

同樣，EL測試對于組件搬運和安裝過程中托盤意外翻轉或撞擊的情況非常適用，盡管有些損壞跡象無法用肉眼看到(圖4)。此外，對于從港口進入現場的道路運輸不方便的區域，EL檢查可以極大地幫助確定組件在到達后是出現潛在的損壞。

圖4: 現場處理不當的例子。EL圖像中的電池裂紋是由叉車的腳尖在現場運輸箱子的過程中產生的。

盡管已證明裝運后檢查很有用，但作為多個地區光伏行業的一種日益普遍的做法，并不是有光伏項目的參與者都傾向于執行這些檢查。這種情況甚至發生在基于DDP采購的供應上，組件供應商不原意在與組件買家的協議中接受此類檢查。因此，在相應的MSA 和 EPC 合同中，在交付點添加適當設計的檢查是一種切實可行且經濟實惠的策略，可提高光伏資產所有者的信心水平和組件質量可追溯性。

安裝組件的EL: 安裝后、技術盡職調查檢查、O&M

在安裝和設備通電后: EL測試是各種環境下必須進行的活動，即:

安裝后測試:可在已安裝在固定支架或跟蹤支架中的組件樣品上進行EL測試，主要目的是評估安裝過程中可能出現的損壞(當然，也可以捕獲在制造或運輸等前一階段產生的損壞)。如前幾節所述，根據標準規則和結論，EL檢查不是一種標準技術。因此，通過專家技術顧問，通常會使用專門的驗收和拒收標準，這些標準會明智地適應各種情況。

通過EL檢查，可以確定哪些組件在安裝過程中受到可能影響性能甚至電氣安全的損壞后應進行產品更換或在未來進行監控。同樣，如果在合同層面上有適當的規定，則可以在證明問題的情況下確定適當的責任。

天氣事件：對已安裝組件進行EL檢查是評估光伏組件在受到極端氣象事件（如熱帶風暴、強風或冰雹）影響后機械完整性的一種出色方法，如圖5至8所示。鑒于上述優點，EL檢驗已成為國際保險公司在專家報告中廣泛接受的一種技術，對于確定應給予保險索賠人的賠償具有最大的相關性，無論造成損害的發生率如何。

圖5：在世界各地安裝的不同光伏組件上發現的EL缺陷示例：a)嚴重的延伸線性缺陷，源于背面的電池損壞(通常來自背板劃傷問題)；b)明顯的接線盒問題(二極管或連接故障)導致電池串不能導通；c)以及d)由Enertis軟件準確檢測和分類的電池開裂缺陷和其它小問題。

圖6：已安裝的光伏組件EL圖像顯示了強對流冰雹導致的嚴重損傷（擴展為多裂紋）。

圖7：受強風影響的光伏發電廠（包括半電池組件和全電池組件）的EL圖像，顯示了嚴重的電池多重開裂問題。

圖8：在一個受到大規模洪水影響的光伏電站中發現了多個缺陷。EL檢查是資產狀況的綜合診斷成為可能。還進行了功率和電絕緣測試，將數據與EL結果相關聯。最終報告了影響電源的嚴重退化（電池斷開、嚴重開裂缺陷）和安全問題（觸點腐蝕），確定了要觸發的后續措施。

表2收集了Enertis最近在受極端刮風事件影響的光伏發電廠進行的EL檢查中得到的一些有趣示例及其結果：

表2：Enertis在最近受極刮風事件影響的電廠進行EL檢查的示例：

1. Minor：表示目前或短期內，不認為輕微缺陷會對組件的性能或使用壽命構成威脅。

2. Major：表示該缺陷在檢查時并不嚴重，因為它們并不意味著顯著的功率損失，但應進行檢測，因為它們可能在未來發展成為嚴重缺陷，導致電池內部電氣隔離，因為日常熱循環和環境條件(如風、冰雹、雪或其他)會加劇缺陷的擴展。

3. Citical：表示在檢驗時已被視為對性能有重大影響的嚴重缺陷，應予以更換。

光伏項目壽命：調試期間，作為基本完工/PAC或FCA活動的一部分，以及運維職責，對于保修索賠，或在與資產收購和融資盡職調查流程相關的情況下，EL提供了一種非侵入性和成本效益高的方法來診斷光伏組件的狀態，同時也是一種有效的預防性和糾正性維護工具。除了在給定時刻提供有關組件狀況的有價值信息外，它還有助于了解可能導致安全問題或導致組件嚴重功率下降(即使是短期內)的問題。表3列出了Enertis在收購前作為項目技術盡職調查活動一部分開展的EL測試活動的最新實例：

表3在資產收購過程中進行的EL檢查示例

以表中收集的9MWp電廠的大型EL測試活動為例，將大量報告的EL結果轉化為經濟影響，導致資產價格大幅下降，顯然遠遠高于EL測試本身的成本。因此，在這種情況下，EL檢查為潛在購買者提供了評估組件狀態的最佳手段，成為交易談判的有力工具。

結束語

如今，在新的光伏電池和組件設計時代，隨著全球光伏項目建設規模越來越大、速度越來越快，EL技術作為一種關鍵工具，能夠以大規模、直觀、成本效益高和無破壞性的方式確定光伏組件(從而確定光伏資產)的質量狀況。

矛盾的是，盡管EL檢查方法具有無可置疑的通用性，但其已被證明的優點反過來又會導致產品的誤用和實際限制。

此外，在缺乏能夠全面規范EL技術的可靠標準的情況下，闡明特定微裂紋、主柵焊接問題或電池不匹配是否可接受將取決于每次檢驗背景。因此，對通過EL分析獲得的信息進行性質判定，應由第三方專家機構進行適當評審和處理，以便公平處理任何有效的處罰、保證或責任索賠。

在買方和供應商之間的MSA談判中(也在涉及組件供應商責任以外的問題的EPC 合同中》，強烈建議在其他測試活動中，提前確定隱藏的EL缺陷是什么以及應如何檢測?？偟膩碚f，這一共識應在涉及EL檢驗的任何項目階段得到系統地實施: i)整個制造過程；ii)裝運前/后；iii)安裝前/后(O&M 階段、收購的盡職調查過程等)。