【技术揭秘】四大步骤答疑光伏组件那些事儿(图解)

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关键词: 光伏组件,热斑效应,PID效应

      毫无疑问,光伏组件是光伏电站最重要的设备之一,今天来说说常用的多晶硅光伏组件,包含:光伏组件的关键参数、热斑效应和PID效应、运营后检测。

      一、光伏组件技术规格书中的关键参数

      1、功率

      我们常说,采用255Wp光伏组件。下表的“p”为peak的缩写,代表其峰值功率为255W。所有的技术规格书中都会标注“标准测试条件”的。下图为常州天合的光伏组件技术规格书一部分(250W,下同)。

    光伏组件一二三

      只有在标准测试条件(辐照度为1000W/m2,电池温度25℃)时,光伏组件的输出功率才是“标称功率”(250W),辐照度和温度变化时,功率肯定会变化。另外,功率误差为正负3%,说明组件的实际功率是242.5~257.5W都是增长的。不过,这个组件的功率偏差为正偏差3%。

      在非标准条件下,光伏组件的输出功率一般不是标称功率,如下图。

    光伏组件一二三

      辐照度为800W/m2,电池温度20℃时,250W的组件输出功率只有183W,为标况下的73.2%。

      2、效率

      理论上,尺寸、标称功率相同的组件,效率肯定是相同的。光伏组件是由电池片组成,一块光伏组件通常由60片(6×10)或72片(6×10)电池片组成,面积分别为1.638 m2(0.992m×1.652m)和3.895 m2(0.992m×1.956m)。

    光伏组件一二三

      辐照度为1000W/m2时,1.638 m2组件上接收的功率为1638W,当输出为250W时,效率为15.3%,255W时为15.6%。

      3、电压与温度系数

    光伏组件一二三

      电压分开路电压和MPPT电压,温度系数分电压温度系数和功率温度系数。在进行串并联方案设计时,要用开路电压、工作电压、温度系数、当地极端温度(最好是昼间)进行最大开路电压和MPPT电压范围的计算,与逆变器进行匹配。

      二、影响光伏组件的两个效应

      1、热斑效应

      一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件,将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量,被遮蔽的太阳电池组件此时会发热,这就是热斑效应。

      这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量,都可能被遮蔽的电池所消耗。而造成热斑效应的,可能仅仅是一块鸟粪。

      为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏,最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管,以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。当热斑效应严重时,旁路二极管可能会被击穿,令组件烧毁,如下图(图片来自于TUV-Rheinland)。

    光伏组件一二三

    光伏组件一二三

      2、PID效应

      (参考何宝华等《晶体硅光伏组件抗PID技术研究》中内容)

      电位诱发衰减效应(PID,PotentialInduced Degradation)是电池组件长期在高电压作用下,使玻璃、封装材料之间存在漏电流,大量电荷狙击在电池片表面,使得电池表面的钝化效果恶化,导致组件性能低于设计标准。PID现象严重时,会引起一块组件功率衰减50%以上,从而影响整个组串的功率输出。高温、高湿、高盐碱的沿海地区最易发生PID现象。

      造成组件PID现象的原因主要有以下三个方面:

      1)系统设计原因:光伏电站的防雷接地是通过将方阵边缘的组件边框接地实现的,这就造成在单个组件和边框之间形成偏压,组件所处偏压越高则发生PID现象越严重。对于P型晶硅组件,通过有变压器的逆变器负极接地,消除组件边框相对于电池片的正向偏压会有效的预防PID现象的发生,但逆变器负极接地会增加相应的系统建设成本;

      2)光伏组件原因:高温、高湿的外界环境使得电池片和接地边框之间形成漏电流,封装材料、背板、玻璃和边框之间形成了漏电流通道。通过使用改变绝缘胶膜乙烯醋酸乙烯酯(EVA)是实现组件抗PID的方式之一,在使用不同EVA封装胶膜条件下,组件的抗PID性能会存在差异。另外,光伏组件中的玻璃主要为钙钠玻璃,玻璃对光伏组件的PID现象的影响至今尚不明确;

      3)电池片原因:电池片方块电阻的均匀性、减反射层的厚度和折射率等对PID性能都有着不同的影响。

      上述引起PID现象的三方面中,由在光伏系统中的组件边框与组件内部的电势差而引起的组件PID现象被行业所公认,但在组件和电池片两个方面组件产生PID现象的机理尚不明确,相应的进一步提升组件的抗PID性能的措施仍不清楚。

      三、光伏组件性能的检测

      光伏电站运行一段时间后,需要进行检测,来确定光伏电站的性能。涉及光伏组件的,主要包含以下项目。

      1、功率衰减测试

      光伏组件运行1年和25年后的衰减率到底有多少?25年太久,现在可能还没有运行这么长时间的电站。按国家标准,晶硅电池2年的衰减率应该在3.2%以内。但目前这个数据还真的很难说,原因有三:

      1)光伏组件出场功率是用实验室标准光源和测试环境标定的,但似乎国内不同厂家的标准光源是存在一定的差异的。那在A厂标定的250W的组件,到了B厂,可能就是245W的组件的。

      2)现场检测所用的仪器精确度较差,据说5%以内的误差都是可以接受的。用误差5%的仪器,测2%(1年)的衰减,难度有些大,结果也令人怀疑。

      3)现场的测试条件跟实验室的相差较大,正好在1000W/m2、25℃的时间太少了!所以,就需要进行一个测试值向标准值的转化,而输出功率与辐照度仅在一个很小的区间内正相关。如图2所示,即使在800W/m2时,也不是正相关的。因此,在转化的时候,肯定存在误差。

      另外,很多组件出场可能就是-3%的功率偏差,还没衰减,3%就直接没了……

      2、EL测试

      当光伏组件出现问题时,局部电阻升高,该区域温度就会升高。EL测试仪就像我们体检中的X光机一样,可以对光伏组件进行体检——通过红外图像拍摄,根据温度不同,图像呈现不同的颜色,从而非常容易的发现光伏组件的很多问题:隐裂、热斑、PID效应等。

      光伏组件在运输、搬运、安装等过程中,容易被踩踏、撞击,导致组件产生不易察觉的隐裂,极大影响组件输出功率。用EL变可以检测出来,如下图。

    光伏组件一二三

      下图为热斑现象的红外照片(图片来自于TUV-Rheinland),红点部分为产生热斑处。

    光伏组件一二三

      下图为PID效应的红外照片, PID效应严重的电池片发黑。

    光伏组件一二三

      除了上述监测外,对组件的外观检查也非常重要。如组件背板划痕、变黄、鼓泡,连接器脱落等。

    (审核编辑: 小王子)