光伏组件PID效应及影响因素

光伏组件PID效应及影响因素 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 光伏组件PID效应及影响因素 ～～笪垦匦,,,氓,,,,,, 第,,届中国光伏大会暨国际光伏展览会优秀选登(十五) ,，,效应及影响因素 常熟阿特斯阳光电力科技有限公司?曾雪华张志根蒋建平 摘要:依据相关测试标准，再现了,，,效应，并研究组件,，,效应的影响因素，为后续组件,，,效应 改善提供参考。 关键词:,，,效应;光伏组件。影响因素 一引言是形成上述具有,，,效应的漏电流的主要载流介 太阳能是未来具有广泛应用前景的新能源。质，如图,所示。 近几年的研究明，存在于晶体硅光伏组件中的 电路与其接地金属边框之间的高电压，会造成组 件光伏性能的持续衰减，业内称之为电位诱导衰 减(,，,)。本文主要揭示,，,的形成机理，并依据金属 相关测试标准在实验室再现了,，,现象，探讨温框架 度、湿度及电压等因素对组件,，,效应的影响，从 而为降低甚至避免组件的,,效应提供支持。 图,漏电流路径 二,，,的形成机理 ,，,效应现象最容易在潮湿的环境下发生，三实验室再现 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 且其活跃程度与潮湿程度相关;同时组件表面被本中心进行,，,的主要方式有两种:一种是导电性、酸性、碱性以及带有离子的物体的污染程高温、高湿环境下给组件内部电路和边框施加负度，也与上述衰减现象的发生有关。在实际的应用电压;另一种是将玻璃表面覆盖铜箔置于高温环场合，晶体硅光伏组件的,，,现象已经被观察到，境中，并给组件内部电路和边框施加负电压，覆盖基于其电池结构和其他构成组件的材料及设计型铜箔可提供相对于高湿环境更良好的导电介质，式的不同，,，,现象可能是在其电路与金属接地边加速,，,效应。本文试验中使用的均是,型晶硅组框存在电压偏置的条件下发生。件，故施加的偏置电压均为负电压。试验设备:电 到目前为止，人们对漏电流的形成机理还不压源、数据采集仪、定值电阻、环境箱。试验步骤是十分清楚。总体而言，由于封装材料对电池进行为: 封装后所形成的绝缘系统对于上述漏电流而言是(,)将组件,表面覆盖铜箔至边框，将组件,不完善的，同时推测来自于钠钙玻璃的金属离子的正负极引出端短接后接到电压源的负极，电压万方数据 ,，哑,日技术产品与工程，。,;。 。,。,’,?”施,，、„,撩,? 源的正极连接到组件的接地孔，利用环境箱加热组件至,,。,，并通过电压源施加负压,,,至组件 内部电路和边框上持续,,,后试验停止，组件功率变化见表,。 表,组件,，,前后功率变化 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 初始 ,，,,,, ,,(,,,(, ,,(,,,,(,, ,(,,,(,, ,,,(,,,(,,,,(,, ,(,,,(,, ,(, ,(, ,,,(,,(, ,,(,,,(, ,,,(, 由表中数据,,『知，,组件征,,,,,后功率衰减了,,(,,,，衰减相当严重，由此可见,，,效应对组件功率的输出影响很大。试验过程中通过引入定值电阻监控,，,漏电流曲线如图,所示。 程漏电流曲线如图,所示。 试验前后对组件,,图像进行追踪，如图,所示。 《 ,娱脚熙 ?,;???的柏??, , 时间,, —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ?;?加???, 图,组件功率恢复漏电流曲线 图,组件,，,测试漏电流曲线 (,)将经过,，,试验后的组件如步骤(,)连接，此时更改电压源输出为正压,,,，持续,,后试验停止，组件功率变化见表,。 由表,可得出,，,效应是可以恢复的，组件功率升高了,,(,,，实现了功率的部分恢复，恢复过 图,组件,,变化图 ～?，，，，,,,((,,?,,‘,,?,(,(日 初始 ,，,,,, ,,(,,,(, ,, ,,(, ,,(,,,,(,,,,(,, ,(,,,(,,,(,, ,,,(,,,,(,,,,(, ,,(,,,,(,,,,(,, ,(,,,(,,,,,, ,(,,(,,(, ,,,(,,(,,,(, —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,,(,,,(,,,(, 正压,,, 由图,可发现，组件在,，,测试后,,图像出现较大面积的暗片，组件的串联电阻增大，并联电阻减小，填充因子降低;在恢复试验后暗片消失，组件的串联电阻减小，并联电阻增大，填充因子升高。上述现象能反应电池片少子的分布情况，暗片部位少子跃迁机率降低，而电致发光强度随少子 扩散长度的增加而增加，所以,,图像变化与外界偏压的改变导致少子扩散长度的变化有关。 四偏置电压对,，,效应的影响 选取相同批次、相同材料的,件组件(,、,、,)，组件玻璃面无铜箔覆盖，组件按步骤(,)进行 ,,,,,,,,,,,,,,,,, 万方数据 ,,,,,,,,,,, 技术产品与工程,，匝?日 连接，在,,:(,、,,,,,环境中分别施加,,,,、,,,、由图,可得出，漏电流随着偏置电压的升高而,(,,,的偏压,(,,后测试组件功率，组件功率变化增大，,组件功率衰减了,,(,,，,、,组件功率见表,。测试过程中漏电流监控曲线如图,所示。并没有明显的变化。 ,组件,刚(,黧,,,,,,,(,,,(,,,(,,,,(,—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,,(,,,(,,,(,,,,(,,,(,, ,,(,,,(,,,(,,,,(,,,(,,,(,,,(,,,,(,,,(,, ,,(,,,(,,,(,,,,(,,,(,,,(,,,(,,,,(,,,(,, ,组件初始 ,,,，,,,。,，,,,,,,,(,,,(,,,(,,,,(,,,(,,,(,,,(,,,,(,,,(,, 初始,,(,,,(,,,(,,,,(,,,(,,,(,,,(,,,,(,,,(,, ,组件 ,(,,,，,,。,，,,,,,,,(,,,(,,,(,,,,(,,,(,,,(,,,(,,,(,, ,, ,, ,, ?,,《 《:, , 蘧,,,, 蜒挺 脚,脚脚 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 蠖,蠼蝰 , ,;?加?????, ,, ,,组件(,,,,;,组件(,(,,, 图,不同偏置电压下的漏电流曲线 五温度对,，,效应的影响,,图像检测，然后再进行,,相同的试验;,组件 选取相同批次、相同材料的,件组件(,、,、,、玻璃面不覆盖铜箔，组件按步骤(,)进行连接，在 ,)，,、,、,组件玻璃面均用铜箔覆盖至边框，组,,?环境中(无湿度控制)施加负压,,,,,，组件功件按步骤(,)进行连接，分别在,,。,、,,。,、,,。,率变化如表,所示。测试过程中漏电流监控曲线如环境中施加负压,,,,,后，测试组件功率并进行,„,“„,,,图,所示。 初始,,(,,,(,,(,,,,(,,,(,,,(,,,,(, ,组件,,?(,,,,(,,,(,,(,,,,(,,,(,,,(,,,,(, ,,?(,,,,(,,,(,,(,,,,(,,,(,,,,,,,(, 初始,,(,,,(,,(,,,,(,,,(,,,(,【,—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,,(, ,组件,,?(,,,,(,,,(,,(,,,,(,,,(,,,(,,,,(, ,,?(,,,,(,,,,,,(,,,,(,,,(,,,(,,,,(, 初始,,,,,,(,,(,,,,(,,,(,,,(,,,,(, ,组件,,?(,,,,(,,,(,,(,,,(,,,(,,,(, ,,?(,,,,(,,,(,,(,,,(,,,(,,,(, 初始,,(,,,(,,(,,,,(,,,(,,,(,,,,(, ,组件,,?(,,,,(,,,(,,(,,,,(,,,(,,呢明阳引踮瞄卯:叭叩,(,,,,(, ? 万方数据 由图,可知，单一组件温度由常温升高到设定 温度时，漏电流值不断增式组件设定温度由,,。, 升高到,,。,时，对应的漏电流值也不断增大;漏 《,,壤脚蝗 电流随着试验的进行并不会无限制增大，在组件温度趋于稳定时也慢慢平稳;对比,组件与,组件可知，铜箔的作用非常明显，高湿—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 表面或含良好导电介质的表面,，,效应会比干燥的玻璃表面强 《,,横(申腭 很多;另外从,组件和,组件漏电流曲线和功率衰减情况来看，可推测玻璃在形成漏电流回路中 , ,组件(,,:, 起着重要的作用。 试验前后对,、,、,组件,,图像进行追踪，如图,所示。 峭?巧?佰, ,, ? , ;;筠?伯?, , , 《,, ,煺佃)‘蠼 ??????, , 《,, ,攫脚图,组件,,变化图 赡 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ?????加, 六湿度对,，,效应的影响 ,(,组件(,,:,) 选取相同批次、相同材料的,件组件(,、,、,)，组件玻璃面无铜箔覆盖，组件按步骤(,)进行连接，分别在,,。, ,,,,,、,,。,,,,,,、,,? ,,,,,环境中施加负压,,,，,,后测试组件功率，其功率变化如表,所示。测试过程中漏电流监控曲线如图,所示。 由图,可得，,个件组件在第,,内组件的漏 图,不同温度下的漏电流曲线 电流随湿度的升高而增大，但由于温度较低功率 ,,,,,,,,,,,,,,,,, 万方数据 ,组件, 初始 ,,(,(,,殇,,(,, ,,(,,,,,,,(,,,(,,,(,,,(,,,(, ,,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,, ,,, ,,(,,,(,,,(,,,(,,,(, ,,,,,,, —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,,,, ,组件 初始 ,,。,，,,,,,，,, 初始 ,组件 ,,。,，,,,,,，,,,,?，,,,,,，,,, ,，一,, ,,(, ?吆叭阱?,叩钙舶?卯,埒,躲?舛,兜昵跖 ,,, , ,? ,一蜥一一?砸 ,乃乃佗乃乃舛 几乎没变;,组件在,,。,,,,,,下经历了,,,的试验后功率衰减了,,(,,，可以推测在相同组件温度下，较低湿度的情况下功率衰减需要更长的时间。结合温度对,，,的影响可知，高温、高湿环境组件的,，,效应更剧烈。 七边框对,，,效应的影响 试验选取,件相同批次、相同材料的双波组件 (无金属边框)进行,，,测试，测试分别按以下方式进行: —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,组件:组件背面中间贴,,;,×,,;,的铜箔， , , 组件短接后连到电压源的负极，正极用夹子接触铜箔。 ,, ,组件:组件背面中间贴,,;,×,,;,的铜箔，正面全覆盖铜箔至距离边缘,;,处，组件短接后连到电压源的负极，正极用夹子接触,,;,×,,;,的铜箔。 ,, ， , 《,,烬锄蠼 ，, ,组件:组件背面中间,,,,,;,×,,;,的铜箔， ,, 正面全覆盖铜箔至背面,;,，类似形成铜箔边框，组件短接后连到电压源的负极，正极用夹子接触 ,,;,,,,;,的铜箔。 ,, ,组件:组件正面全覆盖铜箔至背面,;,，类似形成铜箔边框，组件短接后连到电压源的负极，正极用夹子接触铜箔边框。 每一件组件测试时都保持在,,。,环境下，持续施加,,的偏—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 压,,,，监控漏电流曲线如图,所示。 试验后进行功率测试，,、,、,组件测试前后功率波动在,,以内，只有,组件衰减了,,(,,,， 图,不同湿度下的漏电流曲线 ,组件前后,,图片对比如图,,所示。 ,,,,趁,,, 万方数据 由,、,、,组件漏电流不断增大可认为组件表面贴铜箔、装金属边框都提高了漏电回路的导通性，铜箔和金属边框都是良好的电导体，降低了漏电回路的电阻值;,组件正极用夹子接触铜箔边框，相比,组件减小了铜箔边框至,,;,,,,;,的铜箔的电阻值，从而导致漏电流升高明显，引起了组件功率的衰减。无金属边框的组件很难形成外电路与内部电池之间的漏电回路，即使形成漏电回路可能效应也是十分微弱的，因此推断出无金属边框组件具有一定的抗,，,特性。 八结论与展望 本文通过实验室模拟组件外界使用环境，重现了组件的,，,效应。大自然气候变化多端，组件的,，,效应随着温度、湿度、偏压的升高不断增强，输出功率随之下降，这显然不是我们所希望见到的，但是,，,效应对组件功率输出并不是毁灭性的，在特定条件下是可以恢复的。通过本文的研究，从组件层面上降低,，,效应，需要增加外部电路与内部电池片间的绝缘电阻，减小漏电流，或许选用良好—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 绝缘性能的封装材料是不错的选择。另外无边框的双波组件在试验中体现了一定的抗,，,特性，因此边框也是解决,，,效应的一个考虑因素。但是从组件层面上解决问是不完善的，组 ,,组件件很大范围都是在电站中使用，这就要求组件在 电站中使用时如何避免引起,，,效应的偏压的出现。在室外进行组件,，,试验也是以后研究的一个方向，可更真实地体现组件在户外,，,效应的情况。图,不同边框组件的漏电流曲线 参考文献 【,】，,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,—,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,( ,,】,,,,,,,,,，,,,,,,，,,,,,, ,,,,,，,,,,(,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,—,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,—,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,，,,,,,;,,，,,,,( 【,】,,,,,,,, 图,,,,，,;,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,, ,,,,,,,,,,,,,,—,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,叨(,,,,,,,,,,,组件,,变化图,,, ,,,,,,,,;,:,,,,,,;,,,,,,,,,;,, ,,,,，,,,,，,,(,):,,—,,(豳圈 ,,,,,,,,,,,,,,,,, 万方数据 PID效应及影响因素 作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年，卷(期):曾雪华， 张志根， 蒋建平常熟阿特斯阳光电力科 技有限公司太阳能Solar Energy2013(3) 参考文献(3条) 1.System voltage durability test for crystalline silicon modules-Qualification and type approval 2.Berghold J.Frank O.Hoehne H Potential induced degradation of solar cells and panels 2010 3.del Cueto J A.McMahon T J Analysis of leakage currents in photovoltaic modules under high-voltage bias in thefield 2002(01) 本文链接: —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————