光伏組件功率衰減分析

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1、光伏組件功率衰減分析研究2016-08-26摩爾光伏摘要：結(jié)合在組件生產(chǎn)和電站質(zhì)量管理中遇到的問(wèn)題，對(duì)組件材料老化衰減及組件初始光致衰減原因進(jìn)行了分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，提出相應(yīng)對(duì)策。結(jié)果表明：組件材料老化功率衰減主要是EVA和背板老化黃變引起，組件初始功率衰減主要由于硅片內(nèi)硼、氧元素復(fù)合引起，提出的對(duì)策具有可行性。0引言　　光伏組件是太陽(yáng)能發(fā)電的關(guān)鍵元件，光伏組件功率衰減是指隨著光照時(shí)間的增加，組件輸出功率不斷呈下降趨勢(shì)的現(xiàn)象[1]。組件功率衰減直接關(guān)系到組件的發(fā)電效率。國(guó)內(nèi)組件的功率衰減與國(guó)外最好的組件相比，仍存在一定差距，因此　　研究組件功率衰減非常有必要。組

2、件功率衰減包括組件初始光致衰減、組件材料老化衰減及外界環(huán)境或破壞性因素導(dǎo)致的組件功率衰減[2]。外界環(huán)境導(dǎo)致功率衰減主要由光伏電站運(yùn)營(yíng)不當(dāng)造成，可通過(guò)加強(qiáng)光伏電站的維護(hù)進(jìn)行改善或避免；破壞性因素導(dǎo)致的組件功率衰減是由于組件明顯的質(zhì)量問(wèn)題所致，在組件生產(chǎn)和電站安裝過(guò)程對(duì)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)把控，可減少此類功率衰減的現(xiàn)象。本文主要研究組件初始光致衰減及材料老化衰減。1組件初始光致衰減分析　　1.1組件初始光致衰減原理分析　　組件初始光致衰減(LID)是指光伏組件在剛開(kāi)始使用的幾天其輸出功率發(fā)生大幅下降，之后趨于穩(wěn)定的現(xiàn)象。普遍認(rèn)為的衰減機(jī)理為硼氧復(fù)合導(dǎo)致，即由p型(

3、摻硼)晶體硅片制作而成的光伏組件經(jīng)過(guò)光照，其硅片中的硼、氧產(chǎn)生復(fù)合體，從而降低了其少子壽命。在光照或注入電流條件下，硅片中摻入的硼、氧越多，則生成復(fù)合體越多，少子壽命越低，組件功率衰減幅度就越大[3]?！　?.2組件初始光致衰減的實(shí)驗(yàn)分析　　本研究采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的辦法，在背板、EVA、玻璃和封裝工藝等條件完全一致情況下，采用兩組電池片(一組經(jīng)初始光照，另一組未經(jīng)初始光照)，分別將其編號(hào)為I和II。同時(shí)，生產(chǎn)出的所有組件經(jīng)質(zhì)量全檢及電致發(fā)光(EL)檢測(cè)，確保質(zhì)量完全正常。實(shí)驗(yàn)過(guò)程條件確保完全一致，采用同一臺(tái)太陽(yáng)能模擬儀測(cè)量光伏組件I-V曲線?！　》謩e取I和II光

4、伏組件各3組進(jìn)行試驗(yàn)，記錄其在STC狀態(tài)下的功率輸出值。隨后，將I和II光伏組件放置于輻照總量為60kWh/m2(根據(jù)IEC61215的室外暴曬試驗(yàn)要求)的同一地點(diǎn)進(jìn)行暴曬試驗(yàn)，分別記錄其功率，結(jié)果見(jiàn)表1。　　由表1可知，I組光伏組件整體功率衰減明顯較II組低。因此，可推測(cè)光伏組件的初始光致衰減主要取決于電池的初始光致衰減。在光伏組件封裝前對(duì)其電池片進(jìn)行初始光照，則組件功率衰減會(huì)顯著減弱?！　?.3組件初始功率衰減與I-V曲線不良的關(guān)系研究　　隨機(jī)選取一塊質(zhì)量正常組件，組件內(nèi)所有電池的衰減基本一致，對(duì)其進(jìn)行功率測(cè)試，I-V曲線平滑曲線如圖1所示?！　∮蓤D1可

5、知，盡管輸出功率下降，但I(xiàn)-V曲線平滑、無(wú)臺(tái)階，其紅外圖像類似正常組件，即無(wú)熱斑出現(xiàn)?！　∪」夥M件中任一電池片無(wú)初始光照衰減，即組件內(nèi)電池的衰減不一致，對(duì)其進(jìn)行功率測(cè)試，I-V曲線如圖2所示?！　∮蓤D2中I-V曲線出現(xiàn)臺(tái)階可看出，組件內(nèi)部整體輸出功率下降的同時(shí)，未經(jīng)初始光照衰減的電池片造成光伏組件整體電流降低、輸出功率減小。　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，如果光伏組件內(nèi)部電池片衰減不一致，導(dǎo)致組件內(nèi)部串聯(lián)的電池片產(chǎn)生電流失配，由此I-V曲線出現(xiàn)臺(tái)階。在組件生產(chǎn)的質(zhì)量檢驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)組件I-V曲線出現(xiàn)臺(tái)階的問(wèn)題組件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，也進(jìn)一步驗(yàn)證了組件的初始光致功率衰減是導(dǎo)致I-

6、V曲線異常的內(nèi)在原因?！　?.4組件初始光致衰減的驗(yàn)證　　為確保組件功率質(zhì)量，在組件制造過(guò)程中，隨機(jī)對(duì)抽取組件進(jìn)行太陽(yáng)下暴曬，暴曬至組件功率基本穩(wěn)定為止，檢測(cè)其初始光致衰減值，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2?！　∮杀?可知，光伏組件初始都有光致衰減現(xiàn)象，但不同批次功率衰減幅度差異較大，1%～3.7%都有，因此改善初始光致衰減現(xiàn)象顯得非常必要。　　通過(guò)以上分析可知，組件初始光衰幅度主要取決于電池光致衰減，電池光致衰減則由硅片的硼、氧含量等決定。要消除由于組件初始功率衰減導(dǎo)致的問(wèn)題，可利用硅片分選機(jī)來(lái)控制硅片質(zhì)量，確保硅片內(nèi)部的硼、氧元素含量處于正常范圍，從而保障電池片的轉(zhuǎn)換效

7、率；同時(shí)在組件封裝前，對(duì)電池片進(jìn)行功率分檔，保證電池片功率匹配，從而改善組件的初始光致功率衰減問(wèn)題。2材料老化導(dǎo)致功率衰減分析　　光伏組件封裝結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，組件的主要材料包括電池片、玻璃、EVA、背板等[1]。由圖3可知，光伏組件材料老化衰減主要可從電池片功率衰減及封裝材料的性能退化兩方面分析，而影響這兩方面因素的主要原因是紫外線照射及濕熱老化環(huán)境，而玻璃對(duì)紫外線和濕熱環(huán)境的性能變化較小[4]，因此組件功率的老化衰減研究主要可圍繞EVA和背板兩種材料的老化開(kāi)展。圖4為某電站運(yùn)營(yíng)后材料老化的外觀圖。　　2.1EVA老化對(duì)光伏組件功率衰減影響　　把組件分為A

8、、B、C、F8064組，分別采用4個(gè)不同廠家的EVA