10002081_上海地区各种光伏组件户外发电性能比较和衰减原因分析

1 上海地区各种光伏组件户外发电性能比较和衰减原因分析 高兵，邵亚辉，高祺，张雅婷，余友林，刘正新 * 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 摘要： 光伏组件的户外发电性能和衰减原因研究可为光伏产业投资起到导向作用， 同时反馈给组件生产商改进电池和组件制备工艺等宝贵信息，促进着光伏科学 与技术的进一步发展，具有重要的现实意义和科学价值。本研究主要针对上海 地区的各种光伏组件，利用中科院上海微系统所嘉定园区配置的光伏组件户外 测试系统，从 2016-06-01～2018-06-20 开展户外实证监测，监测的组件类型包 括：多晶硅组件、n 型双面组件、单晶和多晶硅 perc 组件、单晶 12 栅组件、p 型单晶组件、HIT 单面和双面组件、CIGS、CdTe 组件。首先通过室内标定对 比了各种光伏组件的衰减，接着利用户外实证发电量对比了各种光伏组的户外 发电性能，进而又分析了各种光伏组件的衰减原因。本研究认为 p 型单晶硅和 单晶硅 perc 组件是性能相对优异的晶体硅主流组件， HIT 组件若在成本上有所 控制，也将进入量产高效组件的行列。 关键词： 光伏组件、户外实证发电性能、衰减原因、等效发电时长 通讯作者：刘正新, 研究方向：半导体材料、太阳电池器件、太阳电池标准测量和系统可靠性研究, z.x.liu@mail.sim.ac.cn; 1.前言 由于日渐减少的化石能源以及其燃烧对于环境的污染和破坏，世界对于可 再生能源的需求越来越大。太阳能资源取之不尽、用之不竭，分布广泛，不受 2 地域和季节的限制，成为理想的可再生能源，它对解决日益严重的环境污染有 很大帮助。并且，光伏发电既是保障社会可持续发展的有力支柱之一，也是满 足国防军事能源系统要求的重要支柱，适用于离网与并网情况下的电力供给。 光伏电池和组件作为涉及到国家安全的发电技术和设备，其研究和生产始终备 受全世界科研工作者的关注[1-3]。目前，光伏科学与技术已经从最初的科学理 念迈入了蓬勃发展的产业化阶段，特别是在日本新能源计划、欧盟可再生能源 白皮书、美国百万屋顶计划、澳大利亚新能源计划的激励和各国政府和商界通 力合作的直接推动下，近年来光伏产业已成为我国为数不多的可参与国际竞争 并取得领先优势的产业之一。并且，由于金融市场对光伏电站的投资热度日益 增加，光伏产业已经走向了资本融资的道路。笔者认为，太阳电池的研究涵盖 了科学、技术、产业和金融资本，并已经形成了完整、成熟的产业链，为大众 提供了丰富的就业机会，不断为环境保护和全球电力供给贡献力量，可以说是 众多自然科学研究中的翘楚。 通常所说的太阳电池是指太阳电池片，真正应用在光伏电站中的发电器件 是光伏组件，它是用数十片太阳电池封装成的发电单元。然而，按照 IEC 标准 测试的光伏组件室内额定功率并不能代表组件的实际使用寿命，据文献报道光 伏组件在户外的工作情况与户内标定的结果有很大差异。原因主要在于户外与 室内不同的阳光辐射、温度条件、湿度变化、风速风向等因素[4-6]。并且，组 件在户外工作的过程中还会产生许多缺陷，这些缺陷可能会导致光伏组件寿命 的下降，但目前相关研究结果都是经验性的。光伏组件的衰减原因和户外实证 发电性能研究无论对光伏科学与技术的进步，还是光伏产业发展都是有推进作 用的，主要体现在：光伏组件的衰减原因是多样的，该研究利于加深对太阳电 池的理解和分析；其研究结果会给太阳电池和光伏组件的制备工艺以反馈，为 光伏产品的选材和工艺改进提出建议，保障光伏产品质量的提高；对于光伏组 件户外发电特性的研究利于表征光伏组件长期的可靠性和评价其寿命；该研究 结果可以为光伏组件的实际发电能力和衰减给出客观评价，对于光伏产业的发 展和投资有重要指导作用。 3 由于光伏科学与技术在国外的起步很早，欧、美、日等国在 30 多年前就开 始了光伏组件的户外实证测试研究，所研究的组件种类众多、设备精良，具有 坚实的研究基础。如美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory, NREL)、美国桑迪亚 (Sandia)实验室、斯图加特大学、德国联邦物理 技术研究所(PTB)、日本产业技术综合研究所 (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, AIST)、德国夫琅和费研究所 (Fraunhofer ISE)、 德国 TUV、美国 UL、日本电气安全环境研究所 (Japan Electrical Safety and Environment Technology Laboratories, JET)、意大利 JRC (Joint Research Center) 和瑞士 ECN 等国际著名光伏器件研究机构都已经建立了自己的户外测试平台， 并在各种光伏组件的户外发电特性研究上获得了很多宝贵的数据和经验。通过 文献报道来看，国外的研究机构都至少在三个气候区安装了十种以上的光伏组 件，光伏测试系统建立完善，并对试验组件进行了长达 20 年以上的户外实证监 测[7-10] 。目前，所建系统分布在众多的气候区，户外监测系统的测试能力和测 试精确度在不断提高，监测组件户外发电性能的时间在不断延长，推进着各种 光伏组件的衰减机理和寿命分析的深入研究，同时辅助光伏产业的发展。不仅 如此，以上科研机构还将测试得到影响组件寿命的因素反馈到电池制备和组件 制作中去，为提高电池效率和组件发电量提供了理论指导。更重要的是，组件 的寿命和可靠性决定了组件的极限工作时间，这直接为光伏电站投资提供了数 据支撑，关系到投资者对电站的信赖度，是光伏产业转向金融投资的重要命脉。 但是由于地球上的纬度不同，日照和气候条件差别特别大，而光伏组件对 日照条件非常敏感，因此在某一地点得出的实验结论，在其他地点是否适用， 尚需进一步的验证。中国作为光伏产品生产大国，应该在光伏组件的户外实证 发电性能测试方面有所建树，为世界提供光伏组件在中国发电性能的代表性数 据，为光伏企业提供有力的数据支撑。所以，国内各个光伏测试机构也在积极 搭建户外光伏测试系统，如广东产品质量监督检验研究院 (光伏质检中心)、无 锡市产品质量监督检验中心(光伏质检中心)和中山大学太阳能系统研究所，纷 纷在户外利用十几种组件搭建了户外测试系统。但国内光伏户外测试工作刚刚 4 起步，基础设施比较缺乏，研究开展的并不深入，研究的时间也较短，国内目 前缺乏高水平的户外测试机构，并不能在国际光伏户外测试领域占有一席之地。 而中国是世界上光伏电池和组件产量最大的国家，目前光伏组件户外监测的权 威机构都在海外，中国企业无法监控组件户外测试过程，这对于光伏企业来说 是及不利的。加强光伏组件户外实证发电性能研究，有利于中国光伏企业在国 内方便、顺利完成组件的户外发电特性研究和户外可靠性分析，利于中国光伏 行业健康和快速发展。因此国内的太阳能电池组件的户外实证测试研究应运而 生，并急需建立光伏组件户外测试系统，尽快为实际光伏电站的建设提供有效 的数据支撑和理论指导。 本研究主要针对上海地区的各种光伏组件，利用中科院上海微系统所嘉定 园区配置的光伏组件户外测试系统，从 2016-06-01～2018-06-20 开展户外实证 监测，监测的组件类型包括：多晶硅组件、n 型双面组件、单晶和多晶硅 perc 组件、单晶 12 栅组件、p 型单晶组件、HIT 单面和双面组件、CIGS、CdTe 组 件。首先通过室内标定对比各种光伏组件的衰减，接着利用户外实证发电量对 比了各种光伏组件的户外发电性能，进而又分析了各种光伏组件的衰减原因， 最后对各种光伏组件的户外实证发电性能进行了初步评价，希望为光伏产业做 出服务。 2.实验条件 (1)组件信息 本研究监测的组件包括如下类型：多晶硅 1 和多晶硅 2 组件，监测时间持 续 24 个月；n 型双面组件 1 和 2，监测时间持续 18 个月；单晶和多晶 perc 组 件、单晶 12 栅组件、p 型单晶和多晶硅 3 组件、HIT 单面、HIT 双面组件、 CIGS 和 CdTe 组件，持续监测 12 个月。每种组件进行户外监测前，都进行了 在 STC 条件下的室内标定，即测试温度为 25℃，利用 AM1.5 的模拟光源，光 强为 1000 W/m2。 5 (2) 中科院上海微系统与信息技术研究所——新能源技术中心配 置的光伏组件户外测试系统介绍 本户外实证光伏测试系统坐落在上海市嘉定区，北纬 N31°23′东经 E121° 14′。本户外光伏测试系统作为研究太阳电池发电特性与可靠性的主要测试设备， 其主要用途为长时间在户外测试组件的工作情况，记录环境与组件相应电学参 数，对光伏组件的真实发电能力与衰减状况进行测试。户外光伏测试系统的建 立，是根据 IEC61924、IEC61829、IEC62446 等标准 [11,12]，对光伏组件在户 外的性能进行标准测试和性能评估，其结构和实景如图 1 和 2 所示。本户外实 证光伏测试系统的测试对象为光伏阵列，共有 24 个通道 (channel)，每个通道 容许的电压范围为 100 V 到 400 V，每个通道的组件采用串联或并联的连接方 式；每个光伏阵列组串连接一个接线盒 (conversion box)；每 6 个通道用一个集 线器 (system switching unit)收集直流端电流，I-V 数据采集器收集的是直流端数 据，所以本文后续发电量和 PR 值的计算都是采用组件直流端数据；每 6 个通 道的直流端数据通过一台多组串式逆变器 (invertor)转换为交流电，本系统中共 有 4 台逆变器。本研究中光伏组件户外测试系统的技术特点为：光伏阵列可通 过阵列选择器在多组串逆变器与 IV-tracer 间切换测试，整个测试系统既能工作 在真实并网环境中，也可以准确测试组件实际发电性能；多组串式逆变器的使 用可以解决不同阵列共同并网问题，并缩短组件在切换过程中恢复正常工作状 态的时间；所用 IV-tracer 为阻性，可测试大功率光伏阵列，一台 IV-tracer 可拓 展测试 48 个光伏阵列。 6 图 1 中科院上海微系统与信息技术研究所配置的户外实证光伏测试系统结构 图 2 上海户外测试系统的实物景观图 图 2 中科院上海微系统与信息技术研究所配置的户外实证光伏测试系统实景 (3) 光伏组件户外实证发电性能评价指标的确立 因为光伏系统工作的条件在户外，其测试环境不像实验室中的样品一样稳 定，性能评价需要建立行业公认的技术参数。本研究中利用的是等效发电时长 和等效辐照量两个参数。 a.等效发电时长 (YF)：由于不同类型组件功率不同，在比较各种组件发电 性能时并没有可比性。组件发电量对时间积分/组件额定功率代表了每瓦下组件 发电性能，其单位是小时，这就是等效发电时长。在不考虑辐照量的影响下， 7 等效发电时长就可以代表不同组件发电性能的差异；Y F = ， 其中∫P max 为组 ∫𝑃𝑚𝑎𝑥𝑃𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 件串发电量的积分，P nominal 为对应组件串的额定功率。 b.等效辐照量 (YR)：同样，辐照量对时间积分/标准辐照量 (1 kW/m2)代表 了每标准辐照量下阳光照射到组件表面辐照度的大小，其单位是小时，这就是 等效辐照时长；Y R= ，其中∫G 为辐照量的积分，G nominal 为 1000W/m2。 ∫𝐺𝐺𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 (4) 本光伏组件户外监测中使用到的主要设备 ①数据采集系统 本户外实证测试平台采用的数据采集系统为日本 EKO 生产的 MP165 数采 系统。其中辐照量由一台 MI530 监测，热电偶采集到的背板温度由两台 MI540 监测 (每台 540 可检测 12 个通道的热电偶情况，本测试系统共有 24 个通道， 所以需要两台 MI540)。组件端 I-V 测试结果先输入两台 303 (每台 303 连接 12 个通道，共 24 个通道，共需要两台 303)，每切换一次通道，由另外两台 303 输 出一次数据，本测试系统中一共有四台 303。由 MI530 (一台)、MI540 (两台)和 303 (四台 )采集到的数据汇总传递给 MP165 数采系统。通过 MP165 数采系统的 软件控制界面，光伏组件的 I-V 曲线被实时监控；同时，光伏组件的温度、辐 照量和发电量等信息也可以从数采系统 MP165 中得出。 ②气象设备 本户外实证监测系统中的气象监测设备从日本 EKO 采购，包括倾斜辐照计 (Pyranometer for Tilt : MS-802) 、水平辐照计 (Pyranometer for Horizontal plane: MS-802) 、风速监控仪(Wind Monitor : A-110/MI-360)、温湿度监控仪(Temp. Humidity : MT-063A)、雨量监测仪 (Rain Gauge : MW-010)、气压计(Barometer : MY-021)，分别对整个测试系统的辐照量、风速风向、温湿度、雨量和气压进 行实时监控，具体信息体现在气象监测软件 HIOKI 中。 8 ③多组串逆变器 本户外测试系统采用的逆变设备是上海追日电气生产的多组串逆变器。该 逆变器适用于小批量的薄膜、晶硅太阳电池组件测试，在太阳电池组件数量少、 串联电压低 (小于 100 V)的情况下，仍然能达到最多 6 路输入运行。将光伏组 串后，经直流升压器做 MPPT 最大效率跟踪，并通过交流逆变器回馈电网。本 逆变器的特点是，光伏阵列可通过阵列选择器在多组串逆变器与 IV-tracer 间切 换测试，多组串式逆变器的使用可以解决不同阵列共同并网的问题，并缩短组 件在切换过程中恢复正常工作状态的时间。 ④ 光谱仪 在本户外监测系统中，同时配置了实时采集太阳光谱的光谱仪，型号分别 为 MS-711 和 MS-712，并用软件 WSDac 监测户外的太阳光谱。 (5)监测时间和技术方案 上海嘉定户外实证测试系统地理位置为北纬 N31°23′, 东经 E121°14′；户外 实证监测时间为 2016-06-01～2018-06-20 ；各种光伏组件安装高度为 30cm，安 装角度为 30°。本户外实证实验将各种光伏组件 (3 或 4 片组件) 分为若干个独立 的组串，每个测试通道监测一种类型组件的户外发电性能。每种组件所在通道 全年累积辐照量平均为 1395.92 kWh/m2，即 5008.34 MJ/m2。 2.结果与讨论 2.1 通过室内标定对比各种光伏组件的衰减 本研究中的光伏组件最早安装于 2016 年 6 月 1 日，后续为增加研究内容， 相继在不同时间增添了各种类型的光伏组件，所有组件于 2018 年 1 月 22 日在 室内进行了重新标定，每种组件未经过曝晒和截止到 2018 年 1 月 22 日的两次 9 标定结果的变化值如表 1 所示。 表 1 2016-06-01～2018-01-22 各种组件室内标定比较结果 监测时间 组件类型 deviation of I sc/% deviation of Voc/% deviation of Pmax/% 多晶硅 1 1.64% 1.21% 3.26%19 个月 2016-06- 01～2018-01-22 多晶硅 2 1.91% 0.64% 3.09% 0.29% 0.75% 13 个月 2016-12- 15～2018-01-11 n 型双面 1 n 型双面 2 0.11% 0.29% -0.13% -0.09% 多晶 perc 1.09% 0.89% 2.69% 单晶 12 栅 1.19% 0.16% 1.82% 多晶硅 4 0.60% 0.35% 1.54% HIT 单面 0.32% 0.65% 1.24% 单晶 perc 0.60% 0.23% 1.11% p 型单晶 0.67% 0.06% 0.94% 7 个月 2017-06-29 ～ 2018-01-22 HIT 双面 0.18% 0.31% 0.59% 4 个月 2017-10- 01～2018-0-122 多晶硅 3 0.65% -0.03% 0.74% 从表 1 可以看出： a.监测 19 个月的多晶硅组件 1 和 2：衰减为 3.26%和 3.09%，与文献中报 道光伏组件首年衰减 2.5%，以后每年衰减 0.7%比较符合[13-15]。基本可以认 为这两种多晶硅组件首年衰减了 2.5%，后 7 个月分别衰减 0.76%和 0.59%。 b.监测 13 个月的 n 型单面、双面组件 1 和双面组件 2：衰减为 0.86%，0.29%和 0.75%，与文献中报道光伏组件首年衰减 2.5%，以后每年衰减 0.7%相差较远。 10 目前的监测结果表明 n 型组件衰减确实较小，这与 p 型硅中含有 B-O 复合对， n 型硅少子寿命长，致使 n 型组件衰减较低有关。 c.通过监测各种光伏组件 7 个月的衰减数据可以看出：多晶 perc、单晶 12 栅、多晶硅 3、HIT 单面、单晶 perc、p 型单晶和 HIT 双面各种组件功率的衰减， 从大到小的顺序为：多晶 perc (2.69%)单晶 12 栅 (1.82%)多晶硅(1.54%)HIT 单面(1.24%) 单晶 perc(1.11%)p 型单晶(0.94%)HIT 双面(0.59%)。可以看出， HIT 单面组件的功率衰减大于单晶 perc 和 p 型单晶，衰减主要体现在电压上， 即 HIT 单面组件电压的衰减为 0.65%，单晶 perc 和 p 型单晶电压的衰减为 0.23%和 0.06%，从电池片的制备工艺看，可能是异质结界面没有同质结界面稳定，长期 的户外曝晒会使导致 HIT 界面性能受到影响，从而导致组件电压的下降。从表 1 还可以看出，HIT 单面组件的功率衰减小于多晶 perc、单晶 12 栅和多晶硅， 但 HIT 单面组件的电压衰减 (0.65%)较单晶 12 栅和多晶硅的电压衰减 (0.16% 和 0.35% )还是较明显，优势主要体现在电流的衰减上。除此之外，可以看到除 了 HIT 单面和双面组件外，其他晶体硅组件的衰减主要都是电流引起的；而 HIT 两种组件的衰减主要都是由开压导致的，即 HIT 双面组件开压衰减 (0.31%) 电流衰减 (0.18%)，HIT 单面组件开压衰减 (0.65%)电流衰减 (0.32%)，再次 证明了对于 HIT 组件，开压的衰减是主导组件性能的主要因素。 d.因为 CIGS 的亚稳态，铜铟镓锡五元化合物的结晶具有多变性，影响 CIGS 光伏组件测试的稳定性，目前缺乏室内准确标定 CIGS 组件的测试方法， 故这里没有对其进行室内标定；同样，由于缺乏 CdTe 组件的室内标定方法， 故这里没有对 CdTe 的衰减进行室内标定研究。 2.2 通过户外实证发电量对比各种光伏组件的户外发电性能 因 2017 年 6 月 29 日在本户外实证监测系统中新增了大量组件，所以以下 关于户外实证研究的时间范围为 2017 年 6 月 29 日到 2018 年 6 月 20 日。其中 单晶 12 栅、p 型单晶、多晶 perc、单晶 perc、CdTe 的曝晒时间为 12 个月，数 据采集时间为 12 个月。CIGS 的曝晒时间为 24 个月，数据采集为 12 个月，所 11 以本研究中 CIGS 的等效发电时长是在已经衰减了 1 年的基础上计算的。并且， HIT 单面组件因通道损坏，曝晒时间为 12 个月，数据采集时间为 8 个半月；多 晶硅 3 因组件更替，曝晒时间为 12 个月，数据采集时间为 9 个月。因为光伏组 件的户外实证实验在户外，条件没有室内容易控制，实验的不确定度很大，系 统的维护和组件的交替更换时有发生，所以并不是每一种光伏组件的监测时间 都完全一致。但户外监测的数据量庞大，若数据积累到 1 年左右，基本认为数 据的统计结果可以代表光伏组件的户外实证发电性能。表 2 和图 3 对比了各种 光伏组件从 2017 年 6 月 29 日到 2018 年 6 月 20 日的各种组件每天平均等效发 电时长和所在通道平均等效辐照量。 表 2 2017-06-29～2018-06-20 各种组件每天平均等效发电时长和所在通道平均等效辐照量比较 ①CIGS (曝晒 24 个 月，数据采 集 12 个月) ②HIT 单面 （曝晒 12 个月，数据 采集 8 个半 月） ③单晶 12 栅 (曝晒 12 个月，数据 采集 12 个月) ④p 型单晶 (曝晒 12 个月， 数据采集 12 个月) ⑤多晶 perc(曝晒 12 个月， 数据采集 12 个月) ⑥单晶 perc (曝晒 12 个月，数 据采集 12 个月) ⑦多晶硅 3 (曝晒 12 个月，数 据采集 9 个月) ⑧CdTe( 曝晒 12 个 月，数据 采集 12 个 月) 等效发电 时长 (单 位：小时) 4.083 3.698 3.717 3.692 3.630 3.601 3.509 3.225 等效辐 照量 (单 位：小时) 4.112 3.719 3.711 3.708 3.720 3.611 3.717 3.673 12 123456783.0.3.2.3.4.53.6.73.8 .94.0.14.2件件/ 件件件 3.0.13.2.3.4.53.6.73.8.94.0.14.2件/件 图 3 2017-06-29～2018-06-20 各种组件每天平均等效发电时长和所在通道平均等效辐照量比较 (1-8 分别代 表 CIGS、 HIT 单面、单晶 12 栅、p 型单晶、多晶 perc、单晶 perc、多晶硅 3、CdTe 组件) 从表 2 可以看出，通过监测各种光伏组件的户外发电实证数据可以看出户 外发电比较结果为：CIGSHIT 单面 单晶 12 栅p 型单晶多晶 perc单晶 perc多 晶硅 3CdTe。 2.3 光伏组件的衰减原因分析 关于光伏组件衰减原因的分析已经积累了近 30 年的研究结果，主要包括以 下几个方面：封装材料的衰减，封装玻璃的破坏、旁路二极管的失效、封装材 料的变色、背板开裂、分层；组件各层材料粘结性的下降；电池和组件互联部 分的衰减，焊带和焊接点的脱落；潮湿导致的组件衰减；作为半导体器件的太 阳电池自身的衰减。这些内容都有人做过相关研究，并给出不同组件的衰减原 因与预防措施[16-20]。表 3 为本研究中各种组件衰减原因的分析结果。 表 3 本研究中各种组件衰减原因分析 组件 衰减原因 (未知：待延长监测时间才知晓；×，目前未监测到；√，已经监测到) 13 类型 封装材料 衰减 封装玻璃 破坏 旁路二 极管失效 背板开裂 和分层 组件各层材料 粘结性下降 电池和组件 互联部分衰减 焊带和焊 接点脱落 潮湿 太阳电池 自身衰减 CIGS 未知 × × × 未知 未知 × 未知 光衰 HIT 单面 未知 × × × 未知 未知 × 未知 异质结界面 单晶 12 栅 未知 × × × 未知 未知 × 未知 光衰 p 型单晶 未知 × × × 未知 未知 × 未知 光衰 多晶 perc 未知 × × × 未知 未知 × 未知 光衰 单晶 perc 未知 × × × 未知 未知 × 未知 光衰 多晶硅 3 未知 × × × 未知 未知 × 未知 光衰 CdTe 未知 √ (台风 ) × × 未知 未知 × 未知 光衰 表 3 对以上 8 种光伏组件的衰减原因进行了总结：其中封装材料的衰减、 组件各层材料粘结性的下降、电池和组件互联部分的衰减、潮湿导致的组件衰 减，可能已经存在于组件中，但由于户外监测时间不足，并没有体现出来。但 表 1 中的 n 型单面组件在经过了 18 个月的户外曝晒后，肉眼已经可以看到组件 边缘出现电池老化和褪色现象，猜测原因为湿气从组件边缘进入，导致了组件 边缘发白。图 4 是 n 型单面组件边缘出现电池老化和褪色的现象，用红色框出。 (a) (b) 图 4 组件边缘出现电池老化和褪色现象 (a，原始图片；b，用红色框出电池褪色部分 ) 14 在对以上 8 种组件的户外监测中，封装玻璃的破坏、旁路二极管的失效、 背板的开裂和分层以及焊带和焊接点的脱落等衰减原因目前并未监测到。但 CdTe 组件因安装压块不牢固，在上海台风期间，组件封装玻璃发生了明显破裂， 认为这与组件的安装压块选择有关，并不能代表 CdTe 组件封装玻璃有问题。 除此之外，作为半导体器件的太阳电池自身的衰减是光伏组件衰减的主要原因， 其中 HIT 单面组件中晶体硅和非晶硅界面的衰减是致使该组件衰减的主要原因， 在前文 2.1 c 中已经进行过详细分析；其他组件的衰减均是由于光照导致的电池 自身的衰减，这也许是导致光伏组件衰减的重要原因。 2.4 各种光伏组件发电性能对比结果 通过以上各种光伏组件的室内标定、户外实证发电量对比结果，以及各种 光伏组件衰减原因的分析，得到如下结果： 在以上光伏组件衰减方面：多晶硅组件户外曝晒 19 个月后的衰减为 3%左 右，与文献中报道光伏组件首年衰减 2.5%，以后每年衰减 0.7%比较符合；两 种 n 型单面组件户外曝晒 13 个月后的衰减为 0.29%和 0.75%，目前的监测结果 表明 n 型组件衰减确实较小；通过 7 个月的户外曝晒，多晶 perc、单晶 12 栅、 多晶硅、HIT 单面、单晶 perc、p 型单晶和 HIT 双面各种组件功率的衰减，从 大到小的顺序为：多晶 perc (2.69%)单晶 12 栅(1.82%)多晶硅(1.54%)HIT 单 面(1.24%)单晶 perc(1.11%)p 型单晶(0.94%)HIT 双面(0.59%)，并认为开压的 降低是主导 HIT 组件衰减的主要因素。 在以上光伏组件户外发电量方面：CIGSHIT 单面单晶 12 栅p 型单晶 多晶 perc单晶 perc多晶硅CdTe 。 在以上光伏组件衰减原因方面：首先，封装材料的衰减、组件各层材料粘 结性的下降、电池和组件互联部分的衰减、潮湿导致的组件衰减，可能已经存 在于组件中，但由于户外监测时间不足，并没有体现出来；其次，封装玻璃的 破坏、旁路二极管的失效、背板的开裂和分层以及焊带和焊接点的脱落等衰减 原因目前并未监测到；再者，由于光照导致的电池自身的衰减，也许是导致光 15 伏组件衰减的重要原因。 因 CIGS 组件室内标定方法的缺乏，本研究中无法确认 CIGS 组件的衰减， 所以没有将 CIGS 组件放入最终各种光伏组件的性能评价中。本研究认为 p 型 单晶硅组件和单晶硅 perc 组件是性能相对优异的晶体硅主流组件，HIT 组件若 在成本上有所控制，也将进入量产高效组件的行列。 3.结论 本研究主要针对上海地区的各种光伏组件，利用中科院上海微系统所嘉定 园区配置的光伏组件户外测试系统，从 2016-06-01～2018-06-20 对多晶硅组件、 n 型双面组件、单晶和多晶硅 perc 组件、单晶 12 栅组件、p 型单晶组件、HIT 单面和双面组件、CIGS、CdTe 组件进行了户外实证监测：首先通过室内标定 对比了各种光伏组件的衰减，接着利用户外实证发电量对比了各种光伏组的户 外发电性能，进而又分析了各种光伏组件的衰减原因。本研究认为 p 型单晶硅 和单晶硅 perc 组件是性能相对优异的晶体硅主流组件，HIT 组件若在成本上有 所控制，也将进入量产高效组件的行列。因为光伏组件的户外实证监测试验条 件没有室内容易控制，试验的不确定度很大，系统的维护和组件的交替更换时 有发生，在长年的工作中并不是每一种光伏组件的监测时间和条件都完全一致。 若后续延长监测时间，数据积累充足并具有统计性，会更加准确的代表各种光 伏组件的发电性能。同时，通过对光伏组件户外发电性能的实证监测，可以为 大型电站的性能评估提供可靠的数据支撑，直接为光伏企业服务。 4.致谢 该项目得到科技部国家国际科技合作专项（2015DFA60570）、上海张江国家自主 创新示范区专项发展资金（ZJ2015-ZD-001）、上海市科学技术委员会 2017 年度“科技 创新行动计划” 社会发展领域重点项目（17DZ1201100）的支持。 16 5. 参考文献 [1]Razykov TM, Ferekides CS, Morel D, Stefanakos E, Ullal HS, Upadhyaya HM. 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