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探究光伏組件功率緣何不斷衰減?

2018-05-23 15:56:33 大云網  點擊量: 評論 (0)
光伏組件是太陽能發電的關鍵元件,光伏組件功率衰減是指隨著光照時間的增加,組件輸出功率不斷呈下降趨勢的現象。組件功率衰減直接關系到組件的發電效率。國內組件的功率衰減與國外最好的組件相比,仍存在一定差距,因此研究組件功率衰減非常有必要。

光伏組件是太陽能發電的關鍵元件,光伏組件功率衰減是指隨著光照時間的增加,組件輸出功率不斷呈下降趨勢的現象。組件功率衰減直接關系到組件的發電效率。國內組件的功率衰減與國外最好的組件相比,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境或破壞性因素導致的組件功率衰減。外界環境導致功率衰減主要由光伏電站運營不當造成,可通過加強光伏電站的維護進行改善或避免;破壞性因素導致的組件功率衰減是由于組件明顯的質量問題所致,在組件生產和電站安裝過程對質量進行嚴格檢驗把控,可減少此類功率衰減的現象。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始使用的幾天其輸出功率發生大幅下降,之后趨于穩定的現象。普遍認為的衰減機理為硼氧復合導致,即由p型(摻硼)晶體硅片制作而成的光伏組件經過光照,其硅片中的硼、氧產生復合體,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,則生成復合體越多,少子壽命越低,組件功率衰減幅度就越大。

1.2、組件初始光致衰減的實驗分析

本研究采用對比實驗的辦法,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(一組經初始光照,另一組未經初始光照),分別將其編號為I和II。同時,生產出的所有組件經質量全檢及電致發光(EL)檢測,確保質量完全正常。實驗過程條件確保完全一致,采用同一臺太陽能模擬儀測量光伏組件I-V曲線。分別取I和II光伏組件各3組進行試驗,記錄其在STC狀態下的功率輸出值。隨后,將I和II光伏組件放置于輻照總量為60kWh/m2(根據IEC61215的室外暴曬試驗要求)的同一地點進行暴曬試驗,分別記錄其功率,結果見表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其電池片進行初始光照,則組件功率衰減會顯著減弱。

1.3、組件初始功率衰減與I-V曲線不良的關系研究

隨機選取一塊質量正常組件,組件內所有電池的衰減基本一致,對其進行功率測試,I-V曲線平滑曲線如圖1所示。

由圖1可知,盡管輸出功率下降,但I-V曲線平滑、無臺階,其紅外圖像類似正常組件,即無熱斑出現。取光伏組件中任一電池片無初始光照衰減,即組件內電池的衰減不一致,對其進行功率測試,I-V曲線如圖2所示。

由圖2中I-V曲線出現臺階可看出,組件內部整體輸出功率下降的同時,未經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。

通過實驗說明,如果光伏組件內部電池片衰減不一致,導致組件內部串聯的電池片產生電流失配,由此I-V曲線出現臺階。在組件生產的質量檢驗過程中,對組件I-V曲線出現臺階的問題組件進行統計研究,也進一步驗證了組件的初始光致功率衰減是導致I-V曲線異常的內在原因。

1.4、組件初始光致衰減的驗證

為確保組件功率質量,在組件制造過程中,隨機對抽取組件進行太陽下暴曬,暴曬至組件功率基本穩定為止,檢測其初始光致衰減值,測試數據見表2。由表2可知,光伏組件初始都有光致衰減現象,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象顯得非常必要。

通過以上分析可知,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致的問題,可利用硅片分選機來控制硅片質量,確保硅片內部的硼、氧元素含量處于正常范圍,從而保障電池片的轉換效率;同時在組件封裝前,對電池片進行功率分檔,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題。

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責任編輯:蔣桂云

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