歐陽(yáng)宇佳　詹佳才　郭嘉榮　葉凱華

關(guān)鍵詞： 期間核查 測(cè)量設(shè)備 紅外熱像儀 光伏電站

中圖分類號(hào)： TN21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1672-3791（2024）01-0086-04

期間核查（intermediate checks）是根據(jù)規(guī)定程序，為了確定計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或其他測(cè)量?jī)x器是否保持其原有狀態(tài)而進(jìn)行的操作［1］。期間核查適用于所有檢測(cè)設(shè)備。當(dāng)需要利用期間核查保持對(duì)設(shè)備性能的信心時(shí)，應(yīng)制訂設(shè)備的期間核查方案并按照程序進(jìn)行核查。

熱像儀是通過(guò)紅外光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測(cè)器及電子處理系統(tǒng)，將物體表面紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)圖像的設(shè)備。它具有測(cè)溫功能，可以定量繪出物體表面溫度的分布，能將灰度圖像進(jìn)行偽彩色編碼［2］。通過(guò)查看熱圖像，可以觀察到被測(cè)目標(biāo)的整體溫度分布狀況，研究目標(biāo)的發(fā)熱情況，從而進(jìn)行下一步工作的判斷。隨著紅外技術(shù)的不斷提升，紅外熱像儀在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如消防、安防、汽車夜視環(huán)境監(jiān)測(cè)、電力、建筑、石化以及醫(yī)療等領(lǐng)域。

1 核查目的

隨著光伏發(fā)電應(yīng)用的不斷發(fā)展，光伏電站的建設(shè)質(zhì)量成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。電站在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，灰塵、鳥(niǎo)糞、落葉、樹(shù)木陰影等障礙物遮擋，或者電池片本身的內(nèi)部原因，都可能使光伏組件處于非正常的工作狀態(tài)而變?yōu)樨?fù)載，造成周圍正常工作的電池片發(fā)生能量損失，此時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題的非正常電池片表面溫度就會(huì)異常升高［3］，導(dǎo)致組件產(chǎn)生熱斑效應(yīng)。方陣面的輻照度高于600 W/m2，同一組件外表面電池正上方的溫度差超過(guò)20 ℃時(shí)，應(yīng)視為發(fā)生熱斑［4］。在光伏電站檢測(cè)中，紅外熱像儀常用于排查發(fā)熱異常組件。通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載的紅外熱成像儀的測(cè)試系統(tǒng)，能高效、準(zhǔn)確地完成光伏電站熱斑組件的排查任務(wù)。使用紅外熱像儀拍攝的光伏電站產(chǎn)生熱斑效應(yīng)組件的紅外照片可以看出熱斑電池片溫度超過(guò)60 ℃，較周圍正常電池片溫度高出30 ℃以上。由于外檢需要，該設(shè)備需頻繁運(yùn)輸和外攜，檢測(cè)任務(wù)量較大，使用環(huán)境復(fù)雜，對(duì)設(shè)備精度要求較高，因而有必要進(jìn)行設(shè)備期間核查，以保持該設(shè)備在符合計(jì)量要求的狀態(tài)下正常工作，從而保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

2 實(shí)驗(yàn)室常用設(shè)備期間核查方法及判定

實(shí)驗(yàn)室設(shè)備期間核查方法多種多樣，可根據(jù)測(cè)量設(shè)備的實(shí)際使用情況與特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠等方面綜合考慮對(duì)不同的設(shè)備采取不同的期間核查方法。針對(duì)設(shè)備準(zhǔn)確性（或示值誤差）的期間核查，常見(jiàn)的有以下幾種：傳遞測(cè)量法、核查標(biāo)準(zhǔn)法、設(shè)備比對(duì)法。

2.1 傳遞測(cè)量法

傳遞測(cè)量法即使用更高準(zhǔn)確度等級(jí)的同類測(cè)量設(shè)備或有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)測(cè)量設(shè)備直接測(cè)量來(lái)進(jìn)行核查。

若更高準(zhǔn)確度等級(jí)的同類測(cè)量設(shè)備（或計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)）的最大允許誤差是被核查測(cè)量設(shè)備的最大允許誤差的1/3 及以下時(shí)，核查結(jié)果應(yīng)滿足：

3 紅外熱像儀的期間核查

3.1 核查對(duì)象及主要參數(shù)

本次核查的對(duì)象為FLIR E95 紅外熱像儀，設(shè)備主要參數(shù)如表1 所示。由表可見(jiàn)，測(cè)試溫度范圍：-20～120 ℃，0～650 ℃，300～1 500 ℃，允許誤差：±2 ℃。實(shí)驗(yàn)室實(shí)際使用溫度范圍：-20～120 ℃.

3.2 核查項(xiàng)目與核查點(diǎn)

3.2.1 示值誤差

紅外熱像儀的示值誤差是指熱像儀的溫度示值與被測(cè)黑體輻射源溫度的約定真值之間的差［6］。該紅外熱像儀有多個(gè)量程，絕大多數(shù)情況下，實(shí)驗(yàn)室使用范圍在-20～120 ℃之間。在南方地區(qū)，夏季白天光伏電站運(yùn)行時(shí)光伏組件的溫度多在30～70 ℃之間，冬天在10～50 ℃之間。結(jié)合廣東地區(qū)的實(shí)際情況以及實(shí)驗(yàn)室條件，將25 ℃確定為核查點(diǎn)。

3.2.2 測(cè)溫一致性

在熱像儀視場(chǎng)內(nèi)不同區(qū)域溫度測(cè)量結(jié)果的一致性，是熱像儀準(zhǔn)確反映被測(cè)物體表面溫度分布的能力［7］。根據(jù)《熱像儀校準(zhǔn)規(guī)范》（JJF 1187-2008）（以下簡(jiǎn)稱JJF 1187-2008），將成像畫(huà)面分成9 個(gè)區(qū)域，采用比較中心點(diǎn)和區(qū)域點(diǎn)溫度之間的差值［8］，計(jì)算即

Φ?_n= t_i- t₅（9）

式（9）中：n 為第1～9 區(qū)域； Φ_n為測(cè)溫一致性，單位：℃；t_i為各區(qū)域的測(cè)溫讀數(shù)，單位：℃；t₅為第5 的測(cè)溫讀數(shù)，單位：℃。選定＜100 ℃的任意一點(diǎn)作為核查點(diǎn)，本次核查將25 ℃時(shí)的測(cè)溫一致性確定為核查點(diǎn)。

3.3 核查方法

根據(jù)JJF 1187-2008，熱像儀的校準(zhǔn)通常采用鉑電阻溫度計(jì)、熱電偶（配相應(yīng)的電測(cè)設(shè)備）或輻射溫度計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)器測(cè)量黑體輻射源溫度。不同于計(jì)量機(jī)構(gòu)，測(cè)試機(jī)構(gòu)往往不具備穩(wěn)定的被測(cè)對(duì)象，既不具備標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，也不具備溫度穩(wěn)定的黑體輻射源［8］。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，選用一塊光伏組件作為核查標(biāo)準(zhǔn)，使用一臺(tái)在計(jì)量有效期內(nèi)、性能穩(wěn)定，且僅用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用的日置LR8400-21 多通道溫度記錄儀作為賦值設(shè)備。LR8400-21 溫度記錄儀采用熱電偶傳感器，測(cè)量范圍為-200～800 ℃，最高分辨率0.01 ℃。根據(jù)計(jì)量證書(shū)結(jié)果顯示，溫度測(cè)量不確定度為±0.3 ℃，小于紅外熱像儀的最大允許誤差的1/3，測(cè)試精度較高，認(rèn)為該設(shè)備測(cè)試結(jié)果是可信的。

3.3.1 示值誤差核查程序

（1）選擇一塊光伏組件樣品，水平放置在計(jì)量有效期內(nèi)的恒溫恒濕室內(nèi)，恒溫恒濕室溫度設(shè)置為25 ℃，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間（>4 h）恒溫使光伏組件溫度處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。選取的光伏組件應(yīng)表面干凈、無(wú)污漬、無(wú)陰影遮擋，EL 測(cè)試結(jié)果顯示組件無(wú)隱裂、黑片或其他缺陷。

（2）使用日置LR8400-21 多通道溫度記錄儀測(cè)量組件背板中心溫度，使用同一探頭重復(fù)測(cè)量10 次，得到算術(shù)平均值x_s0。根據(jù)設(shè)備的校準(zhǔn)證書(shū)對(duì)該值進(jìn)行修正，得到組件的背板中心溫度x_s。

（3）設(shè)置紅外熱像儀測(cè)試參數(shù)，調(diào)整位置，使其瞄準(zhǔn)光伏組件樣品背板中心，二者同軸，被測(cè)目標(biāo)應(yīng)能在顯示器上清晰成像，測(cè)量組件背板的中心溫度10 次，得到算術(shù)平均值xˉ。

3.3.2 測(cè)溫一致性核查程序

（1）選擇一塊光伏組件樣品，水平放置在計(jì)量有效期內(nèi)的恒溫恒濕室內(nèi)，恒溫恒濕室溫度設(shè)置為25 ℃，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間（>4 h）恒溫。選取的光伏組件應(yīng)表面干凈、無(wú)污漬、無(wú)陰影遮擋，EL 測(cè)試結(jié)果顯示組件無(wú)隱裂、黑片或其他缺陷。

（2）將日置LR8400-21 多通道溫度記錄儀的溫度探頭貼在被測(cè)組件表面，選擇溫度探頭應(yīng)參考設(shè)備校準(zhǔn)證書(shū)，優(yōu)先選取9 個(gè)測(cè)溫誤差小且一致的溫度探頭，記錄每個(gè)分布點(diǎn)的溫度，根據(jù)設(shè)備的校準(zhǔn)證書(shū)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正，再計(jì)算中心點(diǎn)溫度與其他區(qū)域的溫度的最大差值Φ_n，重復(fù)測(cè)量10 次，計(jì)算中心點(diǎn)與區(qū)域溫度最大溫差的絕對(duì)值的算術(shù)平均值，得到組件的測(cè)溫一致性溫差值Φ_ns。

（3）設(shè)置紅外熱像儀測(cè)試參數(shù)，調(diào)整位置，使其瞄準(zhǔn)光伏組件樣品表面中心，二者同軸，被測(cè)目標(biāo)應(yīng)能在顯示器上清晰成像。拍攝光伏組件的紅外熱像圖，將成像畫(huà)面分成9 個(gè)區(qū)域，計(jì)算測(cè)溫一致性，重復(fù)測(cè)量10次，得到溫差的算術(shù)平均值Φ_nx?。

3.4 核查結(jié)果的處理

（1）若示值誤差和測(cè)溫一致性均滿足要求，即設(shè)備同時(shí)滿足δ ≤MPE = 2℃和ΔT ≤MPE =2℃時(shí)，核查結(jié)果合格。紅外熱像儀校準(zhǔn)狀態(tài)得到保持，可以繼續(xù)使用。若核查的示值誤差接近最大允許誤差，應(yīng)加大核查對(duì)象的核查頻次或其他有效措施，如（校準(zhǔn)）以規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

（2）若示值誤差和測(cè)溫一致性任意一項(xiàng)不滿足要求，都應(yīng)立刻停止使用并查找原因；必要時(shí)重新進(jìn)行校準(zhǔn)，對(duì)設(shè)備的計(jì)量性能做進(jìn)一步驗(yàn)證；若影響了已出具報(bào)告結(jié)果的有效性，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。

（3）根據(jù)表2 和表3 的核查記錄顯示，紅外熱像儀在25 ℃核查點(diǎn)的示值誤差δ = 0.24，測(cè)溫一致性誤差ΔT = 0.23，均滿足要求。核查結(jié)果合格，設(shè)備計(jì)量狀態(tài)得到保持，能繼續(xù)使用。

4 結(jié)語(yǔ)

期間核查作為核查測(cè)量?jī)x器設(shè)備的系統(tǒng)漂移和考核短期穩(wěn)定性的常用手段，能較好地反映設(shè)備是否處于受控狀態(tài)。紅外熱像儀是光伏電站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試熱斑和溫度異常組件的一種常用檢測(cè)設(shè)備，對(duì)設(shè)備的測(cè)試的精度具有一定的要求。而頻繁地外攜、運(yùn)輸、戶外操作等都容易影響設(shè)備的穩(wěn)定性和精度。通過(guò)定期的核查，保證設(shè)備測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠很有必要。本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)條件以及紅外熱像儀的實(shí)際使用場(chǎng)景，制定了使用恒溫的光伏組件作為測(cè)試對(duì)象，溫度采集器測(cè)試結(jié)果作為核查標(biāo)準(zhǔn)，以紅外熱像儀的示值最大允許誤差MPE 和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)溫一致性的技術(shù)指標(biāo)作為評(píng)定依據(jù)，對(duì)該設(shè)備進(jìn)行期間核查。結(jié)果表明：設(shè)備的示值誤差和測(cè)溫一致性均滿足核查要求，確認(rèn)該設(shè)備在計(jì)量有效期內(nèi)保持校準(zhǔn)狀態(tài)。