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光伏组件功率衰减分析研究
2016-08-26
HYPERLINK"javascript:void(0);"摩尔光伏
摘要：结合在组件生产和电站质量管理中遇到的问题，对组件材料老化衰减及组件初始光致衰减原因进行了分析和实验测试，提出相应对策。结果表明：组件材料老化功率衰减主要是EVA和背板老化黄变引起，组件初始功率衰减主要由于硅片内硼、氧元素复合引起，提出的对策具有可行性。

0引言
光伏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[1]。组件功率衰减直接关系到组件的发电效率。国内组件的功率衰减与国外最好的组件相比，仍存在一定差距，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[2]。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。
1组件初始光致衰减分析
1.1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[3]。1.2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。1.3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。1.4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。
2材料老化导致功率衰减分析
光伏组件封装结构图如图3所示，组件的主要材料包括电池片、玻璃、EVA、背板等[1]。由图3可知，光伏组件材料老化衰减主要可从电池片功率衰减及封装材料的性能退化两方面分析，而影响这两方面因素的主要原因是紫外线照射及湿热老化环境，而玻璃对紫外线和湿热环境的性能变化较小[4]，因此组件功率的老化衰减研究主要可围绕EVA和背板两种材料的老化开展。图4为某电站运营后材料老化的外观图。

2.1EVA老化对光伏组件功率衰减影响把组件分为A、B、C、F8064组，分