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        不同EVA材料抗光伏組件PID效應(yīng)的研究

        2018-01-18 06:16:11周挺朱冰潔懷朝君
        科技視界 2017年29期
        關(guān)鍵詞:光伏組件乙烯

        周挺 朱冰潔 懷朝君

        【摘 要】本論文通過研究不同EVA材料對(duì)光伏組件PID測試性能的影響,對(duì)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(jié)果,給出不同EVA材料的抗PID效應(yīng)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(guān)鍵詞】光伏組件;電勢誘導(dǎo)衰減;乙烯-乙烯醋酸酯共聚物(EVA)

        中圖分類號(hào): TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 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(gè)關(guān)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(xué)、物理、絕緣、防濕氣等保護(hù)[1]。由于具有成本低、質(zhì)量輕、粘結(jié)性能好以及柔軟等優(yōu)點(diǎn),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(yīng)是指長期運(yùn)行于高強(qiáng)度負(fù)電壓下的組件,在封裝材料與玻璃間產(chǎn)生漏電流[3],大量電荷在電池片表面集聚,從而導(dǎo)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(huì)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(huì)形成漏電流通道,從而導(dǎo)致PID現(xiàn)象。

        本論文通過研究不同EVA材料對(duì)光伏組件PID測試性能的影響,對(duì)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(jié)果,給出不同EVA材料的抗PID效應(yīng)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(yàn)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(gè)種類各制作1個(gè)樣品,分別為樣品A、B、C、D。本試驗(yàn)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(jìn)行三輪5KW?h預(yù)處理,待組件穩(wěn)定后再進(jìn)行PID試驗(yàn)。

        1.3 試驗(yàn)方法

        試驗(yàn)開始前,先對(duì)所有樣品進(jìn)行EL測試、IV特性測試的初始測試。對(duì)所有樣品進(jìn)行相同條件的PID試驗(yàn),試驗(yàn)方法參考以下IECEE國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn):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(shè)計(jì)鑒定和定型;IEC 61730-2, 光伏組件安全鑒定 第二部分:試驗(yàn)要求;IEC 60068-2-78 環(huán)境測試 第2-78部分:試驗(yàn) 試驗(yàn)室:穩(wěn)態(tài)濕熱。試驗(yàn)條件為:溫度60℃,濕度85%,時(shí)間96小時(shí),電壓1000V,接線方式為反接。PID試驗(yàn)結(jié)束后,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后EL測試、IV特性測試。

        2 試驗(yàn)結(jié)果

        按試驗(yàn)方案進(jìn)行PID測試,測試前后不同EVA封裝組件I-V特性如表2:

        3 結(jié)果分析

        根據(jù)當(dāng)前研究成果,一般認(rèn)為PID失效存在三種控制機(jī)制,極化、鈉離子遷移和電化學(xué)腐蝕,在傳統(tǒng)的晶硅組件中,主要在電池片與焊帶的焊點(diǎn)附近易發(fā)生電化學(xué)腐蝕,這種腐蝕機(jī)制并不是所有晶硅組件產(chǎn)生PID現(xiàn)象的一個(gè)主要原因。極化主要與電池片的表面處理有關(guān),極化產(chǎn)生的失效大多是可以恢復(fù)的,鈉離子遷移卻是難以扭轉(zhuǎn)的。鈉離子遷移原理為:由于水汽進(jìn)入或EVA中原有的水分會(huì)導(dǎo)致EVA水解產(chǎn)生醋酸,醋酸與玻璃表面析出的堿反應(yīng)產(chǎn)生可以自由移動(dòng)的鈉離子,鈉離子在電場的作用下移動(dòng)到電池表面,中和P-N結(jié),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(tuán),進(jìn)而阻隔鈉離子在體系中的移動(dòng)帶來電池的PID問題。

        對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)應(yīng)衰減率分別為3.17%、7.71%、10.67%、1.06%。四類EVA對(duì)應(yīng)組件PID實(shí)驗(yàn)后功率衰減為C>B>A>D,結(jié)合四類EVA封裝材料組件PID測試前后的EL測試結(jié)果,分析其對(duì)PID效應(yīng)的影響機(jī)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(kuò)散到了中間。B類EVA 與A類EVA相比,阻擋體系內(nèi)水解基團(tuán)能力較弱,產(chǎn)生的鈉離子遷移較為嚴(yán)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(yán)重,其中,有一片電池片已經(jīng)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(nèi)水解基團(tuán),導(dǎo)致組件內(nèi)產(chǎn)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(jié),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(tuán),進(jìn)而阻隔鈉離子在體系中的遷移,因此這類組件幾乎沒有產(chǎn)生PID現(xiàn)象。

        4 結(jié)論

        根據(jù)EL測試結(jié)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(yán)重程度C>B>A>D,這與四類EVA對(duì)應(yīng)組件PID實(shí)驗(yàn)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(chǎn)生的PID現(xiàn)象最為明顯。對(duì)比四類EVA對(duì)應(yīng)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。可以推斷EVA材料體積電阻越大,其絕緣性能就越好,減少水解基團(tuán)能力越強(qiáng),阻隔鈉離子遷移能力也越強(qiáng),抗PID能力越好。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]張?jiān)雒鳎凭?,呂瑞瑞,?光伏組件封裝EVA的濕熱老化研究[J].合成材料老化與應(yīng)用,2011,3(40):24-31.

        [2]劉峰,張俊,李承輝,等.光伏組件封裝材料進(jìn)展[J].無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào),2012,3(28):429-436.

        [3]周藝,歐衍聰,郭長春,肖斌,何文紅,黃岳文,金井升.多晶硅太陽電池雙層SiNx鍍膜工藝研究[J].材料導(dǎo)報(bào),2012,26(8):14-16.

        [4]何寶華,杜軍偉,王慧,等.晶體硅光伏組件抗PID機(jī)理研究[J].太陽能學(xué)報(bào),2015,11(36):2698-2702.

        [5]孫曉,王庚,惲?xí)F,懷朝君,胡旦,沈輝.關(guān)于光伏組件標(biāo)準(zhǔn)中功率衰減指標(biāo)的研究[J].標(biāo)準(zhǔn)科學(xué),2015(4):50-53.

        [6]陸志剛.光伏發(fā)電站應(yīng)對(duì)PID的解決方案[J].自動(dòng)化應(yīng)用,2015(7):126-127.

        [7]何堂貴.晶體硅太陽電池制作中的擴(kuò)散工藝研究[D].[碩士畢業(yè)論文].成都:電子科技大學(xué),2009.endprint

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