作者：Will White，福禄克太阳能产品应用专家
在光伏(PV)组件测试领域，常使用两种方法来评估太阳能电池板的性能和健康：I-V曲线绘制和开路电压(Voc)/短路电流(Isc)测试。虽然这两种方法都能提供有价值的见解，但其在诊断能力和提供信息的深度方面存在显著差异。
技术人员使用Fluke PVA-1500系列光伏分析仪在太阳能发电厂进行详细的I-V曲线绘制，从而实现光伏组件性能的精确诊断和优化。
在光伏分析过程中，有时还会用到工作电流(Iop)测试。(Iop为光伏系统正常发电时光伏组串的工作电流)。在本文中，我们将讨论两种主要的光伏测试类型及其优缺点。
开路电压和短路电流测试
开路电压(Voc)和短路电流测试(Isc)是一种直接测量I-V曲线端点处太阳能电池组件的电压和电流的方法。Voc在组件未连接任何负载时测得，而Isc则在组件端子短路时测得。
上述测试提供组件最大电压和电流能力的相关基本信息。然而，它们并不能让我们深入了解实际工作条件下的性能。
I-V 曲线绘制
I-V曲线绘制测量太阳能电池组件在不同负载下的电流(I)和电压(V)特性。这种方法可生成详细的I-V曲线，以图形方式显示组件在整个工作范围内的性能。
通过分析曲线，技术人员可以识别各种异常，以指示组件或光伏电路中存在特定类别的问题。每种异常都会降低电池组串所能产生的最大功率。
I-V曲线的六种异常情况
进行I-V曲线测试时，必须注意异常情况。它们可以揭示电流不匹配和影响电池组串的潜在问题——Voc和Isc测试可能无法提供这些信息。例如，损坏的电池和遮挡阴影会导致电流异常。
以下是六种常见的异常类型：
- 阶跃或缺口：: 通常是由局部遮挡、碎片或组件上不均匀的污垢造成的，但也可能是由单个太阳能电池的问题造成的。它们在I-V曲线上表现为明显的阶跃或缺口，指示某些电池组性能不佳。I-V曲线绘制可检测出上述阶跃，为故障诊断和排除提供依据，而Voc和Isc测试则无法显示上述阶跃曲线。
- 低电流：: 这种异常情况可能是由于均匀的污垢、组件行间阴影遮挡或电池转换效率降低造成的，在I-V曲线上表现为电流低于预期。I-V曲线绘制和Isc测试都可以发现低电流问题。
- 低电压：: 低电压的原因包括旁路二极管短路、组件缺失或电势诱导衰减(PID)效应，表现为I-V曲线宽度变小(Voc值降低)。I-V曲线绘制可提供有价值的诊断见解，有助于了解Voc值偏低的可能原因，并能准确识别PID情况。Voc测试也能够发现低电压问题。
- 圆拐点：: I-V曲线上的圆拐点表示从最大功率点逐渐过渡到开路电压，通常是由于串联电阻增加或电池连接退化造成的。这种异常情况可以通过I-V曲线绘制来检测，但Voc和Isc测试无法检测出来。
- 垂直段浅坡：: 这种异常情况通常是由于组件内的串联电阻增加造成的，如电池间的连接断裂、连接处腐蚀或外部接线电阻增加。这导致I-V曲线的垂直段陡度变缓。串联电阻过高不会影响Isc或Voc，因此I-V曲线绘制可以发现上述问题，但Voc和Isc测试却不能。
- 水平段陡坡(更陡)：: 对于较新的光伏(PV)阵列，这种异常情况可能是由特定模式的遮挡或污垢造成的；而对于老旧的光伏(PV)阵列，这种异常情况可能是由电池的分流电阻降低造成的，这是一种退化效应，也是PID效应造成的一种异常情况，表现为I-V曲线的水平段具有较陡的斜率。I-V曲线绘制可检测出这一问题，而Voc和Isc测试则无法检测出该问题。
I-V曲线测试提供最全面的结果
开路电压和短路电流测试提供太阳能电池组件最大电压和电流的基本信息，而I-V曲线绘制可提供实际工作条件下电池组件性能的全面分析，还为诊断和排除性能问题提供有价值的诊断信息。
I-V曲线绘制可检测到诸如阶跃或缺口、低电流、低电压、圆拐点、垂直段坡度变缓和水平段坡度变陡等问题。测试电压和电流时，仅测量I-V曲线的端点，因此这种测试只能测量到电流或电压降低。因此，I-V曲线绘制是全面评估光伏组件健康和性能的首选方法。
通过I-V曲线绘制，技术人员可以更详细地调试新安装的光伏阵列，并确保在维护太阳能组件时进行更准确的诊断，从而提高光伏系统的效率，延长其使用寿命。
作者简介
自2022年以来，Will White一直担任福禄克太阳能产品应用专家一职，为I-V曲线绘图仪、电气仪表和热像仪等可再生能源测试设备提供支持。Will拥有近二十年的太阳能行业经验，其专业领域涵盖住宅和小型商业光伏(PV)系统、能源储存和风力发电。他是NABCEP认证的光伏安装专家，也是一位经验丰富的太阳能知识教育工作者，曾为国际太阳能学会(SEI)开发和教授课程。
