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光伏组件功率衰减原理及规律解析(一)

2017-6-9 16:53| 发布者: Pearl| 查看: 3664| 评论: 0|来自: 光伏圈平台

摘要: 组件是太阳能发电的关键元件,光伏组件功率衰减是指随着光照时间的增加,组件输出功率不断呈下降趋势的现象。 组件功率衰减直接关系到组件的发电效率。因此研究组件功率衰减非常有必要。组件功率衰减包括组件初始 ...
       组件是太阳能发电的关键元件,光伏组件功率衰减是指随着光照时间的增加,组件输出功率不断呈下降趋势的现象。
 
       组件功率衰减直接关系到组件的发电效率。因此研究组件功率衰减非常有必要。组件功率衰减包括组件初始光致衰减、组件材料老化衰减及外界环境或破坏性因素导致的组件功率衰减。

       外界环境导致功率衰减主要由光伏电站运营不当造成,可通过加强光伏电站的维护进行改善或避免;破坏性因素导致的组件功率衰减是由于组件明显的质量问题所致,在组件生产和电站安装过程对质量进行严格检验把控,可减少此类功率衰减的现象。
 
本文主要研究组件初始光致衰减及材料老化衰减。

       组件初始光致衰减原理分析
 
       组件初始光致衰减(LID)是指光伏组件在刚开始使用的几天其输出功率发生大幅下降,之后趋于稳定的现象。普遍认为的衰减机理为硼氧复合导致,即由p型(掺硼)晶体硅片制作而成的光伏组件经过光照,其硅片中的硼、氧产生复合体,从而降低了其少子寿命。
 
       在光照或注入电流条件下,硅片中掺入的硼、氧越多,则生成复合体越多,少子寿命越低,组件功率衰减幅度就越大。

       组件初始光致衰减的实验分析
 
       本研究采用对比实验的办法,在背板、EVA、玻璃和封装工艺等条件完全一致情况下,采用两组电池片(一组经初始光照,另一组未经初始光照),分别将其编号为I和II。同时,生产出的所有组件经质量全检及电致发光(EL)检测,确保质量完全正常。实验过程条件确保完全一致,采用同一台太阳能模拟仪测量光伏组件I-V曲线。分别取I和II光伏组件各3组进行试验,记录其在STC状态下的功率输出值。
 
       随后,将I和II光伏组件放置于辐照总量为60kWh/m2(根据IEC61215的室外暴晒试验要求)的同一地点进行暴晒试验,分别记录其功率,结果见表1。

       由表1可知,I组光伏组件整体功率衰减明显较II组低。因此,可推测光伏组件的初始光致衰减主要取决于电池的初始光致衰减。在光伏组件封装前对其电池片进行初始光照,则组件功率衰减会显著减弱。
 
       组件初始功率衰减与I-V曲线不良的关系研究
 
       随机选取一块质量正常组件,组件内所有电池的衰减基本一致,对其进行功率测试,I-V曲线平滑曲线如图1所示。

       由图1可知,尽管输出功率下降,但I-V曲线平滑、无台阶,其红外图像类似正常组件,即无热斑出现。取光伏组件中任一电池片无初始光照衰减,即组件内电池的衰减不一致,对其进行功率测试,I-V曲线如图2所示。

       由图2中I-V曲线出现台阶可看出,组件内部整体输出功率下降的同时,未经初始光照衰减的电池片造成光伏组件整体电流降低、输出功率减小。
 
       通过实验说明,如果光伏组件内部电池片衰减不一致,导致组件内部串联的电池片产生电流失配,由此I-V曲线出现台阶。在组件生产的质量检验过程中,对组件I-V曲线出现台阶的问题组件进行统计研究,也进一步验证了组件的初始光致功率衰减是导致I-V曲线异常的内在原因。
 
       组件初始光致衰减的验证
 
       为确保组件功率质量,在组件制造过程中,随机对抽取组件进行太阳下暴晒,暴晒至组件功率基本稳定为止,检测其初始光致衰减值,测试数据见表2。

       由表2可知,光伏组件初始都有光致衰减现象,但不同批次功率衰减幅度差异较大,1%~3.7%都有,因此改善初始光致衰减现象显得非常必要。通过以上分析可知,组件初始光衰幅度主要取决于电池光致衰减,电池光致衰减则由硅片的硼、氧含量等决定。
 
       要消除由于组件初始功率衰减导致的问题,可利用硅片分选机来控制硅片质量,确保硅片内部的硼、氧元素含量处于正常范围,从而保障电池片的转换效率;同时在组件封装前,对电池片进行功率分档,保证电池片功率匹配,从而改善组件的初始光致功率衰减问题。

未完待续。
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