光伏組件是太陽能發(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。國內(nèi)組件的功率衰減與國外*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。

  組件功率衰減包括由組件初始光致衰減、組件材料老化衰減、外部環(huán)境或破壞性因素引起的組件功率衰減[2]。外部環(huán)境引起的功率衰減主要是由光伏電站運(yùn)行不當(dāng)引起的，可以通過加強(qiáng)光伏電站的維護(hù)來改善或避免；破壞性因素引起的組件功率衰減是由組件生產(chǎn)和電站安裝過程中的明顯質(zhì)量問題引起的。本文主要研究初始光衰減和材料老化衰減。

  1 組件初始光致衰減分析

  1.1 分析組件初始光致衰減原理

  組件的初始光致衰減(LID)指光伏組件在使用前幾天輸出功率大幅下降，然后趨于穩(wěn)定。一般認(rèn)為，衰減機(jī)制是由硼氧復(fù)合材料引起的，即由P型（硼）晶體硅片制成的光伏組件在光照下產(chǎn)生硼和氧復(fù)合材料，從而降低其少子壽命。在光照或注入電流條件下，硅片中摻入的硼和氧越多，復(fù)合體越多，子壽命越短，組件功率衰減幅度越大[3]。

  1.2 組件初始光致衰減的實(shí)驗(yàn)分析

  本研究采用背板、EVA、當(dāng)玻璃和包裝工藝完全一致時(shí)，使用兩組電池片（一組是初始光，另一組是初始光），分別編號(hào)為I和II。同時(shí)，所有生產(chǎn)的部件都經(jīng)過質(zhì)量檢驗(yàn)和電致發(fā)光(EL)確保質(zhì)量完全正常。確保實(shí)驗(yàn)過程條件完全一致，用同一臺(tái)太陽能模擬儀測量光伏組件I-V曲線。

  分別取I和II光伏組件每一次光伏組件，記錄其在STC狀態(tài)下的功率輸出值。然后，I和II光伏組件放置在60個(gè)輻照總量kWh/m2(根據(jù)IEC61215戶外暴曬試驗(yàn)要求)在同一地點(diǎn)進(jìn)行暴曬試驗(yàn)，分別記錄其功率，結(jié)果見表1。

  由表1可知，I光伏組件整體功率下降明顯II低組。因此，可以推測，光伏組件的初始光衰減主要取決于電池的初始光衰減。如果在光伏組件包裝前對(duì)電池板進(jìn)行初始光照，組件功率衰減將顯著減弱。

  1.3 初始功率衰減和組件I-V研究曲線不良的關(guān)系

  隨機(jī)選擇一個(gè)質(zhì)量正常的組件，組件中所有電池的衰減基本相同，用電，I-V曲線平滑曲線如圖1所示。

  從圖1可以看出，盡管輸出功率下降，I-V曲線平滑、無臺(tái)階，其紅外圖像類似正常組件，即無熱斑出現(xiàn)。

  取光伏組件中任一電池片無初始光照衰減，即組件內(nèi)電池的衰減不一致，對(duì)其進(jìn)行功率，I-V曲線如圖2所示。

  由圖2中I-V曲線的臺(tái)階表明，當(dāng)組件內(nèi)的整體輸出功率下降時(shí)，未經(jīng)初始光衰減的電池片會(huì)降低光伏組件的整體電流和輸出功率。

  實(shí)驗(yàn)表明，如果光伏組件內(nèi)的電池片衰減不一致，導(dǎo)致組件內(nèi)串聯(lián)的電池片電流失配，I-V曲線出現(xiàn)臺(tái)階。在組件生產(chǎn)的質(zhì)量檢驗(yàn)過程中，組件I-V對(duì)曲線臺(tái)階的問題組件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，進(jìn)一步驗(yàn)證了組件的初始光致功率衰減I-V曲線異常的內(nèi)在原因。

  1.4 驗(yàn)證組件初始光致衰減的驗(yàn)證

  為了保證組件的功率質(zhì)量，在組件制造過程中，隨機(jī)將提取的組件暴露在陽光下，直到組件的功率基本穩(wěn)定，并檢測其初始光致衰減值。數(shù)據(jù)見表2。

  從表2可以看出，光伏組件*初有光衰減，但不同批次的功率衰減差異較大，包括1%~3.7%。因此，有必要改善初始光衰減。

  根據(jù)以上分析，組件的初始光衰減主要取決于電池的光衰減，而電池的光衰減則取決于硅片的硼和氧含量。為了消除組件初始功率衰減引起的問題，硅片分選機(jī)可以控制硅片的質(zhì)量，確保硅片中硼和氧的含量在正常范圍內(nèi)，從而保證電池片的轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)，在組件包裝前，對(duì)電池片進(jìn)行功率分級(jí)，以確保電池片的功率匹配，從而改善組件的初始光致功率衰減。

  2 材料老化導(dǎo)致功率衰減分析

  如圖3所示，光伏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以及背板兩種材料的老化。圖4是電站運(yùn)行后材料老化的外觀圖。

  2.1 EVA老化對(duì)光伏組件功率衰減的影響

  把組件分為A、B、C、F80 ** 組，分別使用4個(gè)不同的制造商EVA材料、電池板、玻璃、背板、焊帶、邊框等材料和生產(chǎn)工藝設(shè)備相同。在制作每個(gè)組件的同時(shí)，也為組件制作陪同樣品EVA材料黃變指數(shù)。生產(chǎn)的組件經(jīng)過EL檢測和I-V確定曲線質(zhì)量合格，將4個(gè)組件和樣品放入環(huán)境試驗(yàn)箱進(jìn)行濕熱老化，條件為85溫度℃、濕度85%。每隔一段時(shí)間，每隔一段時(shí)間EVA黃變指數(shù)共1萬個(gè)h取出組件后，其組件數(shù)據(jù)如圖5所示EVA如圖6所示。

  從圖5和圖6可以看出，不同品牌EVA耐濕熱老化性能差異很大，其中F806EVA黃變小，耐老化性能明顯比其他EVA強(qiáng)，組件功率衰減。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與組件老化功率衰減結(jié)果一致，說明EVA黃變是組件材料老化導(dǎo)致功率衰減的重要原因。

  為了深入分析這一質(zhì)量問題，結(jié)合類似問題EVA本文選擇了研究所光伏電站的部件進(jìn)行調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)光伏電站的部件也存在EVA如圖7所示。

  在電站上選擇一塊EVA黃變組件和一塊EVA其功率分別為未黃變組件，數(shù)據(jù)見表3。

  由表3可知，EVA在電站運(yùn)行過程中，未黃變組件只減少了2.23%EVA黃變組件功率下降5.7%，因此進(jìn)一步驗(yàn)證EVA黃變是組件功率衰減的重要原因。

  2.2 背板老化對(duì)光伏組件功率衰減的影響

  把組件分為A、B兩組采用兩種不同廠家的背板材料(A組背板為雙面含氟背板，B組為無氟背板)，電池板、玻璃、背板、焊帶、邊框等材料和生產(chǎn)工藝設(shè)備一致，制作各部件，制作背板抗紫外線黃變指數(shù)的陪同樣品。生產(chǎn)的組件經(jīng)過EL檢測和I-V確定曲線質(zhì)量合格，實(shí)驗(yàn)前記錄兩組光伏組件和樣品組件STC狀態(tài)下的功率輸出值。按照IEC根據(jù)61215-2005的實(shí)驗(yàn)要求，將兩組光伏組件放入紫外線試驗(yàn)箱中，溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)(60±5℃)，組件受波長為280～385nm紫外輻射范圍(15kWh/m2)波長為280~320nm紫外線輻照不少于5kWh/m2[1]。使用太陽能儀器組件的功率，結(jié)果如圖8所示。

  從表4和圖8可以看出，A組光伏組件背板雙面含氟(黃變指數(shù)為2).2)，抗紫外線性能強(qiáng)，功率衰減??；B組光伏組件背板不含氟，有黃變(黃變指數(shù)為67.4)功率衰減明顯。2.3.材料老化功率衰減現(xiàn)場跟蹤分析本文對(duì)研究所光伏電站進(jìn)行跟蹤分析，選擇正常質(zhì)量的部件定期進(jìn)行功率功率衰減數(shù)據(jù)見表5。

  組件在各個(gè)時(shí)間段EL圖片如圖9所示，EL圖片顯示組件內(nèi)部完好，無隱藏裂紋等質(zhì)量問題，每次清除表面污垢和灰塵，消除外部條件對(duì)組件功率的影響。結(jié)果表明，組件功率衰減是由自身材料老化引起的，衰減比接近功率保修規(guī)定的統(tǒng)一保修標(biāo)準(zhǔn)。

  從實(shí)驗(yàn)結(jié)果和具體電站組件分析可以看出，EVA背板材料的老化和黃變是組件功率老化衰減的主要原因，采用高質(zhì)量EVA背板能有效減少組件的功率老化衰減。

  3 結(jié)論

  本文重點(diǎn)分析研究了組件初始功率衰減和材料老化功率衰減，并對(duì)研究所電站進(jìn)行了現(xiàn)場跟蹤分析，得出以下結(jié)論：

  1) 光伏組件的初始光衰減主要是由于電池板的初始光衰減不同。不同批次硅片的硼氧含量不同，導(dǎo)致電池片的初始光衰減不同。因此，利用硅片分離器控制硅片的質(zhì)量，確保電池片的初始光衰減是解決光伏組件初始光衰減的有效途徑。

  2) 光伏組件的材料老化衰減主要取決于光伏組件封裝過程中的材料老化衰減EVA背板質(zhì)量，背板具有較強(qiáng)的濕熱老化功能和抗紫外線性EVA材料能在很大程度上保證光伏組件的質(zhì)量。

  參考文獻(xiàn)

  [1] 馬志恒.太陽能電池組件功率衰減分析[J].2012年(17)中國高新技術(shù)企業(yè):32-33.

  [2] 林存超.光伏組件質(zhì)量問題分析及安裝質(zhì)量控制[J].2015年(2)中國科技信息:204-205年.

  [3] 張光春、陳如龍、溫建軍等.P研究了硼混合單晶硅太陽能電池和組件的早期光衰減[A].第十屆中國太陽能光伏會(huì)議論文集[C]，常州，2008.

  [4] 吳翠姑、于波、韓帥等.多晶硅光伏組件功率衰減的原因分析及優(yōu)化措施[J].2009年電氣技術(shù)，(8):113-114.

  黃盛娟1，2 唐榮2 唐立軍1

  (1. 長沙理工大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院. 湖南紅太)

  來源：摩爾光伏