Development of electroluminescence imaging for quantitative image analysis of photovoltaic modules

Abstract

With a considerable demand for renewable energy where PV technology has a high potential for an increase in efficiency, there are continuously immense efforts to improve it. Electroluminescence is one of the promising technologies enabling quantitative degradation analysis of PV devices and could help the efforts to increase system efficiency. The purpose of this thesis is to establish an electroluminescence imaging setup utilizing a modified, commercially available, Nikon D850 camera. In a provisional darkroom are modules exited to emit electroluminescence signals with a computer-controlled power supply. A corresponding imaging procedure is developed, with the aim of quantitative degradation analysis and performance estimation. The procedure utilized publicly available software for image correction in combination with developed algorithms for performance estimation. This thesis attempt to establish a correlation between image intensities and the applied current. However, the results indicated an exponential trend in the correlation, as opposed to the linear correlation derived in the theory. Therefore, the reason for the exponential relationship will require more research. However, a correlation independent, histogram-based, degradation estimation method successfully estimate degradation levels of one module. Comparing the degradation levels to the decrease in short circuit current resulted in a similar trend between the two, as displayed in figure 6.5. The levels of degeneration were marked by overestimation. This estimation error was likely a result of an underdeveloped algorithm. Therefore, estimates can easily be improved with better algorithm development.

Med en betydelig etterspørsel etter fornybar energi, der PV-teknologi har et stort potensial for en økning i effektivitet, arbeides det kontinuerlig med enorm instats for å forbedre den. Elektroluminescens er en av de lovende teknologiene som muliggjør degraderingsanalyse av PV-enheter og kan bidra i arbeidet med å øke systemeffektiviteten. Formålet med denne studien er å etablere et elektroluminescensavbildningsoppsett med et modifisert, kommersielt tilgjengelig Nikon D850-kamera. I et provisorisk mørkerom er moduler forspent for å avgi elektroluminescenssignaler med en datastyrt strømforsyning. En tilsvarende bildebehandlingsprosedyre utvikles, med sikte på kvantitativ degraderingsanalyse og ytelsesestimering. Prosedyren benyttet offentlig tilgjengelig programvare for bildekorrigering i kombinasjon med utviklede algoritmer for estimering av ytelse. En korrelasjon mellom bildeintensiter og den påførte strømmen ble forsøkt etablert. Resultatene indikerte imidlertid en eksponell trend i korrelajonen, imotsetning til den linære korrelsjonen utledet teorien. Årsaken til den exponensielle sammenhengen vil derfor kreve mer forskning. Imidlertid ble degraderingsnivåer estimert for en modul, med en korrelasjonsuavhengig, histogrambasert, degraderingsestimeringsmetode. Sammenligning av degraderingsnivåene med reduksjonen i kortslutningsstrøm resulterte i en tilsvarende trend mellom de to, som vist i figur ref fig: morphd-area. Degraderingsnivåene bar tydelig preg av overstimering. Denne feilestimering var antakelig et resultat av en underutviklet algoritme. Estimeringen kan derfor enkelt forbedres med en bedre algoritmeutvikling.