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光伏组件的PID效应和封装材料的关系

2013-7-4 11:31| 发布者: echo| 查看: 30758| 评论: 0|原作者: 李民|来自: 中国光伏测试网

摘要: 摘要:本文对电位诱发衰减效应(PID)引起的光伏组件发电功率大幅度的衰减的原因进行了讨论,并提出了一些可能的解决方案。通过选择合适的封装材料可以抑制或消除PID现象。一、前言 随着光伏组件大规模使用一段时 ...
       使用于光伏组件的玻璃是含钠离子的玻璃。有文献报道,在高温高湿情况下硅酸盐玻璃表面会有碱析出,主要成分是Na2O、MgO。而当把玻璃更换成石英玻璃后,在同样的测试条件下,没有PID现象被发现。在有Q-Cell参与的PID研究中,非常明确的发现玻璃和胶膜对PID现象的发生有明确的关系。该实验特殊设计了六种非常规的组件,其中五种分别是将玻璃替换成石英玻璃或PVF薄膜、将EVA替换成其它封装材料、将玻璃-EVA-电池的紧密结合改成松散结合。结果发现这五种组件在老化后都没有PID现象。但要降低玻璃中钠离子的含量,成本非常高,可行性不大。选择合适的胶膜变得非常重要。
       EVA和PVB封装的组件都被发现在湿热老化非常容易产生PID现象。选用测试方法85%湿度85℃下,在组件表面覆盖铜箔并连接200V的正极,电池连接负极,48小时后即发现电池效率大幅度衰减。

表1封装材料与PID
       尽管在上述数据中硅胶表现很好,但在继续老化后,使用硅胶的组件从190小时开始衰减,并在240小时后衰减达到90%。有研究表明将封装更换成热塑性弹性体后,电池功率衰减的现象大幅度减小。但热塑性弹性体带来了另两个风险,即在实际使用中透光率的变化和蠕变。
       2011年7月NREL发表文章报道在1000小时85℃85%的湿度-600V的老化后,在SiNx表面发现发现Na富集。SimonKoch[11]等提出认为PID现象和胶膜、电池表面的关系很大,并提出一个可能的假设:Na+在电压下从玻璃向电池片移动,正离子移动的速度受胶膜、温度、湿度和电压的影响,钠离子扩散进入电池起到供应原子的作用,在发射极Na离子富集,p-n结被中和,从而影响电池的光伏效应。可以确认光伏组件在玻璃、胶膜、电池确定时,测试后PID的程度受到温度、湿度和电压的影响。也有研究认为是正价离子(H2O)nH+而非金属离子才是PID现象的原因。
四、PID的解决方式
       从目前的研究表明,PID可以从三个方面进行预防,分别是系统、组件和电池。
       从系统上而言,可以采用串联组件的负极接地或是在晚间对组件和大地之间施加正电压。另一个可能的情况是,随着微逆变器的使用,系统电压降低,产生的PID效应是否可以忽略不计。以上的三个方案都带来额外的设备成本和效率的下降。
       从组件而言,由于湿度是PID现象产生的因素之一,所以封装的方式也非常关键。一些组件厂在选择背板、硅胶方面提出了新的要求,以期降低水气进入组件的程度。在组件中替换玻璃是一个为达到抗PID的最佳选择,但成本太高几乎不可行。替换EVA是也选择之一,但新材料带来成本提高和使用中的持续风险。         
       以POE为例,POE以碳-碳链为主链,有辛烯和丁烯,分子中有大量的支链,柔软而透明。但其熔点在50-70℃之间,为能使用在光伏组件中,不得不加入以直链分子为主的聚乙烯(PE)以提高熔融温度范围中的峰值到100℃以上。但PE的引入导致体系容易在交变的温度循环中逐渐结晶而使透明度缓慢下降。            POE-PE的分子重排温度低于光伏组件的最高工作温度,在日夜交替的循环的温度变化下,透光率是否还能长期保持尚无实验数据的支持。另外蠕变也是一个令人担心的问题,即使加入PE使熔融温度的峰值提高到100℃以上,但其在80℃以下通过DSC仍然可以观察到有吸热现象,表明在光伏组件的使用温度范围中仍然有部分分子熔融或移动。在目前没有更好的选择的情况下,选择合适的EVA变得非常关键。但要指出的是目前除非对组件进行PID测试,尚无直接的测试方法可以判断哪种EVA可以减小PID效应。有文献建议使用电阻率的高低来判断EVA的优劣,但没有足够的实验数据支持。
       电池本身毋庸置疑是最重要的抵抗PID的关键因素,可以考虑改变发射极和SiN减反层,但两个改进都带来发电效率的变化和额外设备的增加。
五、PID的形成和封装材料的关系
       在不替换EVA和改变电池的情况下,是否可以通过EVA的改进而提高组件的抗PID效果?我们的研究结果是可能的、至少是部分可行的。
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