周挺 朱冰潔 懷朝君
【摘 要】本論文通過研究不同EVA材料對光伏組件PID測試性能的影響,對比分析采用了四類EVA封裝的光伏組件的IV特性以及EL測試結果,給出不同EVA材料的抗PID效應能力,給光伏行業(yè)的PID研究并解決困擾光伏行業(yè)的難題提供參考。
【關鍵詞】光伏組件;電勢誘導衰減;乙烯-乙烯醋酸酯共聚物(EVA)
中圖分類號: TM615 文獻標識碼: A 文章編號: 2095-2457(2017)29-0104-002
【Abstract】In this paper, by studying the influence of different EVA materials on the performance of PV modules, the IV characteristics and EL results of the four types of EVA-encapsulated PV modules are contrasted and analyzed. The anti-PID effects of different EVA materials are given, Industry PID research and solve the problems plaguing the photovoltaic industry provide a reference.
【Key words】PV module; Potential-induced attenuation; Ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA)
0 引言
光伏組件由TPT背板、封裝材料、晶體硅電池片、封裝材料、鋼化玻璃面板組成。其中封裝材料是它的最一個關鍵部分,好的封裝材料可以為太陽電池的安裝提供多種光學、物理、絕緣、防濕氣等保護[1]。由于具有成本低、質量輕、粘結性能好以及柔軟等優(yōu)點,高分子樹脂材料是目前使用廣泛的一種封裝材料,它包括離子型聚合物、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、乙烯-乙烯醋酸酯共聚物(EVA)、熱塑性聚氨酯(TPU)、熱塑性聚烯烴(TPO)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等[2],其中含33%醋酸乙烯酯的EVA綜合性能良好,是目前光伏組件中最常用封裝材料。
PID效應是指長期運行于高強度負電壓下的組件,在封裝材料與玻璃間產生漏電流[3],大量電荷在電池片表面集聚,從而導致光伏組件鈍化失效性能變差[3-7]。溫濕度等環(huán)境條件會使接地邊框和電池片之間形成漏電流,背板、玻璃、封裝材料和邊框間會形成漏電流通道,從而導致PID現(xiàn)象。
本論文通過研究不同EVA材料對光伏組件PID測試性能的影響,對比分析采用了四類EVA封裝的光伏組件的IV特性以及EL測試結果,給出不同EVA材料的抗PID效應能力,給光伏行業(yè)的PID研究并解決困擾光伏行業(yè)的難題提供參考。
1 試驗方案
1.1 EVA材料收集
收集不同抗PID的EVA制備廠家信息,挑選出四種EVA材料作為組件封裝材料,體積電阻值各有不同,具體如表1:
1.2 測試組件的制備
將收集的4種EVA材料按相同工藝分別制備成待測組件,每個種類各制作1個樣品,分別為樣品A、B、C、D。本試驗采用多晶硅電池片為主要原料。組件制備完成后,將待測組件置于戶外進行三輪5KW?h預處理,待組件穩(wěn)定后再進行PID試驗。
1.3 試驗方法
試驗開始前,先對所有樣品進行EL測試、IV特性測試的初始測試。對所有樣品進行相同條件的PID試驗,試驗方法參考以下IECEE國際電工委員會標準:IEC 62804系統(tǒng)偏壓耐受測試(俗稱電位誘發(fā)衰減PID測試);IEC 61215, 地面用晶體硅光伏組件—設計鑒定和定型;IEC 61730-2, 光伏組件安全鑒定 第二部分:試驗要求;IEC 60068-2-78 環(huán)境測試 第2-78部分:試驗 試驗室:穩(wěn)態(tài)濕熱。試驗條件為:溫度60℃,濕度85%,時間96小時,電壓1000V,接線方式為反接。PID試驗結束后,進行實驗后EL測試、IV特性測試。
2 試驗結果
按試驗方案進行PID測試,測試前后不同EVA封裝組件I-V特性如表2:
3 結果分析
根據(jù)當前研究成果,一般認為PID失效存在三種控制機制,極化、鈉離子遷移和電化學腐蝕,在傳統(tǒng)的晶硅組件中,主要在電池片與焊帶的焊點附近易發(fā)生電化學腐蝕,這種腐蝕機制并不是所有晶硅組件產生PID現(xiàn)象的一個主要原因。極化主要與電池片的表面處理有關,極化產生的失效大多是可以恢復的,鈉離子遷移卻是難以扭轉的。鈉離子遷移原理為:由于水汽進入或EVA中原有的水分會導致EVA水解產生醋酸,醋酸與玻璃表面析出的堿反應產生可以自由移動的鈉離子,鈉離子在電場的作用下移動到電池表面,中和P-N結,引起電池片效率的降低。較好的EVA可以減少體系中的水解基團,進而阻隔鈉離子在體系中的移動帶來電池的PID問題。
對表2數(shù)據(jù)進行分析,A、B、C、D四類EVA封裝組件PID測試后,功率均有所衰減,對應衰減率分別為3.17%、7.71%、10.67%、1.06%。四類EVA對應組件PID實驗后功率衰減為C>B>A>D,結合四類EVA封裝材料組件PID測試前后的EL測試結果,分析其對PID效應的影響機理。
根據(jù)圖2.b的EL圖像可以看到,電池片出現(xiàn)的失效現(xiàn)象較A類EVA封裝的組件明顯,失效電池片數(shù)量也明顯增多,但出現(xiàn)失效的電池片仍大多為組件邊緣電池片,只是電池片失效位置由邊緣擴散到了中間。B類EVA 與A類EVA相比,阻擋體系內水解基團能力較弱,產生的鈉離子遷移較為嚴重。
根據(jù)圖3.b可以看出,出現(xiàn)失效的電池片仍為組件邊緣區(qū)域,但電池片的失效現(xiàn)象較前兩類EVA封裝的組件明顯嚴重,其中,有一片電池片已經完全失效,組件失效現(xiàn)象明顯。C類EVA不能完全阻擋體系內水解基團,導致組件內產生了較多的鈉離子,遷移到電池片表面后與電子中和,破壞了PN結,使得組件失效現(xiàn)象明顯。
從圖4可以看出,D類EVA封裝的組件在PID前后的EL圖像幾乎沒有變化。D類EVA能夠非常好的減少體系中的水解基團,進而阻隔鈉離子在體系中的遷移,因此這類組件幾乎沒有產生PID現(xiàn)象。
4 結論
根據(jù)EL測試結果,四類EVA阻隔鈉離子遷移的能力依次為D>A>B>C,造成的PID現(xiàn)象嚴重程度C>B>A>D,這與四類EVA對應組件PID實驗后功率衰減順序完全一致,D類EVA封裝的組件抗PID性能最好,C類EVA封裝的組件產生的PID現(xiàn)象最為明顯。對比四類EVA對應體積電阻可以發(fā)現(xiàn),功率衰減率與EVA體積電阻大小成反比,即體積電阻越大,功率衰減越小??梢酝茢郋VA材料體積電阻越大,其絕緣性能就越好,減少水解基團能力越強,阻隔鈉離子遷移能力也越強,抗PID能力越好。
【參考文獻】
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