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晶体硅光伏组件非正常衰减和失效分析

导读: 非正常衰减和失效现象的原因较多,涉及的责任方主要有组件制造方、运输方、安装方、运维方、电站设计方等等。只有分清责任方,才有利于解决非正常衰减和失效的问题,延长组件的使用寿命。

非正常衰减和失效现象的原因较多,涉及的责任方主要有组件制造方、运输方、安装方、运维方、电站设计方等等。只有分清责任方,才有利于解决非正常衰减和失效的问题,延长组件的使用寿命,为投资者带来更多的效益。

1.问题的提出:

随着光伏发电装机容量的迅速增长,业主对晶体硅光伏组件质量的要求越来越高。我们经常可以看到,组件生产工厂内,业主雇佣的第三方质量检验人员一丝不苟地在线检验组件。甚至发货前还要重新进行外观检查、功率复测和EL测试,生怕出厂到光伏电站项目的组件出现问题。于是乎,对组件的要求越来越高,检验越来越严。首先,笔者对于第三方检验人员的工作态度和敬业精神表示赞赏和尊重。但是,尽管经过如此严格检验的组件产品,经出厂运输、安装建成电站后、组件输出功率衰减块、组件质量出现各种问题的现象依然存在,这是为什么呢?

其实,组件外观、出厂前功率和EL测试各自分别表明了组件质量的一个方面,外观和测试看不到的内在质量也很重要。外观良好,测试合格的组件并不一定就衰减不快,出厂时完美无缺的组件到了电站并不一定没有质量问题,我们只有充分了解组件从生产、运输、安装到运维各个环节可能出现的问题,并严格分清这些问题的责任方,发现问题并及时由责任方处理和解决问题,才能使光伏组件在它的生命周期内发挥最大效能,为投资者创造更大的效益。

那么,导致电站发电不足的原因都有哪些呢?又都应该由谁来负责?由谁来处理和解决问题呢?光伏电站发电量达不到设计要求和衰减快的原因很多,我们不谈电站设计、选址、阵列朝向、阴影遮挡、电缆损失、汇流箱和逆变器损耗、气象条件等因素对光伏电站发电量的影响,也不涉及组件正常初始衰减和长期自然衰减,只对组件非正常衰减和失效做分析,希望能找出原因,分清责任,各负其责,解决问题。

2.晶体硅光伏组件非正常衰减和失效的原因:

2.1组件的PID现象:

这是近几年讨论较多的话题,笔者认为,如果光伏电站的组件发生了PID现象,其责任首先在电站设计方。

若设计方要求组件制造方提供抗PID的组件,而在电站实际运行中还是产生了PID现象,则组件制造方应承担相应的责任。

我们知道,晶体硅光伏组件电位诱发衰减效应简称PID(Potential Induced Degradation),在负高偏压下使用任何工艺生产的P型电池常规组件和在正高偏压下使用任何工艺生产的N型电池常规组件都存在发生PID现象的极大风险,那么安装在现场的组件可能产生PID现象的必要条件是什么呢?在实际的应用条件下,上午太阳初升后的一段时间内,往往是PID现象相对强烈的时段,原因是组件在经历了一个不发电的夜晚后,其表面会有凝露现象发生,会造成光伏系统在早晨太阳初升后的一段时间内,其表面较为潮湿的情况下,承受前面提及的系统偏置电压。

组件发生PID现象必须满足以下几个条件:

1)P型硅电池组件正极接地,或N型硅电池组件负极接地。

2)组件表面有一层水膜(一般清晨会有露水)。

3)有能使组件产生高电压的阳光;

4)组件封装材料用的是常规钠钙玻璃和常规EVA,电池是常规工艺制成。

组件在满足以上四条时就有产生PID现象的可能。也就是说,PID现象的产生是玻璃表面与组件内部电路的高压,导致玻璃中钠离子迁移到电池,破坏PN结的结果,与组件边缘和背板渗水等并无直接关系。2、3条是自然现象,无法避免,1、4条则可以人为控制。

图(1) PID示意图

组件产生PID现象后,经EL测试,一般可见电池片衰减发黑的现象首先在靠近铝边框处发生,因为这些地方的电压较高。另外,与逆变器输入端相邻的组件电路通常承受着最大系统电压,所以这些位置的组件也最容易产生PID现象。

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