分享: 高效能太陽能光電模組的突波電流emazys Z300 光伏測試儀和故障排除儀

針對高效能太陽能光電模組的突波電流 (Inrush current in high efficiency solar PV modules)，突波電流往往遠高於光電模組的工作電流，但原廠的經驗告訴我們，組件製造商通常不會提供此實際值。不出所料，當組件串的突波電流遠遠超過光伏測試設備的最大電流規格時，這往往將令現場工程人員擔憂。本文對電容和突波電流效應進行了理論總結，尤其是在高效率（HE）組件串中觀察到的現象。此外，我們在本文中，還將展示使用 emazys Z300 光伏測試儀和故障排除儀，對組件進行測試的結果。

高效能太陽能組件能夠以過剩電荷（即電容）的形式儲存大量電能。在現場測試中，當組件串發生「短路」時，這些電荷會瞬間釋放，形成突波電流。如果不考慮電容的影響，甚至會導致測量誤差。

轉換效率超過19%的光伏組件稱為高效能（HE）組件，當高效能組件已成為公用事業規模太陽能發電廠的標準配置，我們通常看到的是雙面組件，即太陽能電池安裝在組件的兩面，而與效率較低的傳統光伏組件相比，HE雙面組件具有更高的能量輸出。這種新型光電模組為維修技術人員帶來了優勢和挑戰！

首先，人員安全立刻變得更加至關重要。其次，工具和測試設備必須能夠承受高能量輸出，尤其是在使用高效率光電模組時。公用事業級光伏組件的發展表明，未來我們將看到功率更大的組件。截至2024年8月，功率最高的商用光電模組額定功率為7,20瓦，效率超過23%。

在太陽能運維產業，高效能光電模組的突波電流已成為一大難題。請看上圖， Z300 PVT（圖中橙色儀器）專為快速測試和排除高效率組件串的故障而設計。此外，該儀器還支援數位化連接。 Z300 PVT 的配套應用程式會將測試結果直接傳送到雲端，以便後續存取。這樣一來，資料安全得到保障，報告撰寫和文件處理也變得極其便捷，並大大降低了人為錯誤的發生機率。

電容對高效能光電模組的影響
高效能太陽能電池的特點是載流子壽命長。因此，高效能太陽能電池對電壓或電流變化的反應速度較慢，即具有更高的電子電容。這種電容被稱為“擴散電容”，它存在於所有太陽能電池中，但在高效能太陽能電池中明顯更大。
HE 和 HE 雙面組件本身俱有較高的擴散電容，因此在組裝這些組件串時，進行電氣測試時必須做好應對極高浪湧電流的準備。穩態短路電流 (Isc) 通常在 12 至 18 安培範圍內。

突波電流可能遠高於預期值，但組件上並未標示該預期值。因此，技術人員必須了解某些光伏組件的電容效應，並在現場作業時採取相應的措施。如果光伏測試設備並非為應對初始浪湧電流峰值而設計，則可能會顯著發熱。在最壞的情況下，設備甚至可能損壞。如果不考慮電容效應，它甚至會導致測量誤差。

閃光測試與現場測試
在對光伏組件進行「閃光」測試時，組件會受到短暫的閃光照射，同時測量其電流-電壓 (IV) 特性曲線。由於電容效應，組件的反應速度較慢，阻抗增大，因此必須將閃光與測量精確同步。這給測試設備製造商帶來了許多挑戰，尤其是那些以組件製造和工廠品質控制為導向的測試設備。可以說，這些挑戰如今已蔓延至現場測試領域。雖然測量精度可能只是個小問題，但突波電流帶來的挑戰卻有可能演變成真正的難題。

請看圖示，高效能光伏組件可以儲存大量的電能。在測試一組高效能光伏組件時，多餘的電荷會瞬間釋放（突波電流）。突波電流很大，但組件上並未標示出具體數值。下圖展示了浪湧電流在約 3 毫秒達到峰值的情況。峰值過後，大約在 20-25 毫秒左右會出現穩態電流。如果測試電路沒有針對初始突波電流進行最佳化設計，則可能會顯著發熱。

使用 Z300 光電測試儀和故障排除儀進行現場測試– Z300 PVT
我們使用 emazys Z300 光伏測試儀及故障排除儀，於 2024 年 8 月陽光明媚的夏日，在丹麥對兩座不同的太陽能發電廠進行了測試。這兩個系統均採用單軸追蹤器上的高效率雙面組件。以下我們將分享測試結果，作為 emazys Z300 PVT 應用的實例。

現場測試 1)隆基 LR5-72HBD 550M – 550 瓦

首次現場測試是在丹麥一座32兆瓦峰值功率的太陽能發電廠進行的。該發電廠全部採用隆基LR5-72HBD 550M組件，並配備單軸追蹤器。

開路電壓 (Voc) 為 49.8 V，短路電流 (Isc) 為 13.57 A。
所有串聯電路均有 27 個模組，因此我們預期在標準測試條件 (STC) 下，串聯電路的 Voc 為 27 x 49.8 V = 1344.6V，串聯電路的 Isc 為 13.57 A。
為了正確測試 Z300 PVT 和測試串，我們在大約 11 分鐘內進行了 7 次測試，每次測試的輻照強度各不相同。結果如下表所示。

Z300 PVT 由應用程式控制，因此資料擷取完全連網。這意味著每次測試結果都會儲存在 emazys 資料庫中，方便快速地存取資料並以任何指定的電子表格檔案格式產生報告。
Z300 PVT 由 App 控制，因此資料擷取完全連網。這意味著每個測試結果都可以自動分配一組 GPS 座標，以便記錄。

現場測試 2) EGING PV EG-605M60-HU/BF-DG – 605 瓦

第二次現場測試在丹麥一座佔地 6 公頃的太陽能光電廠進行。此電站完全採用 EGING PV EG-605M60-HU/BF-DG 組件，並安裝在單軸追蹤器上。

每個模組的開路電壓 (Voc) 為 41.9 V，短路電流 (Isc) 為 18.44 A。每串 32 個模組，因此每串的預期 Voc 為：
32 × 41.9 V = 1,340.8 V
在標準測試條件 (STC) 下，組串短路電流 (Isc) 為 18.44 A。值得注意的是，儘管組串數量增加了五個模組，但其預期電壓與先前測試的隆基組件組串幾乎相同。然而，EGING 組件的電流預計會顯著提高。

測試期間，我們進行了九次測量，每次測量持續11分鐘。天氣狀況穩定，組件表面的輻照度約為670 W/m²。結果如下表所示。
Z300 PVT 透過應用程式進行控制，確保資料採集的完全互聯。所有測試結果都會自動儲存在 emazys 雲端資料庫中，方便快速地存取結果並以任何標準電子表格格式產生報告。在這些高效能光伏組件中，未觀察到突波電流的不良影響。

謝謝您的閱讀，您的部門針對以上如果須尋求建議，或討論 Z300 PVT 是否適合您的需求，請隨時聯絡 廣集企業。gs12@globalsi.com.tw