10001453_不同背板材料的光伏组件紫外高温高湿老化研究.

不同背板材料的光伏组件紫外高温高湿老化研究 徐平 12，宋昊 1，曹月娟 1，陈鹏 1，张臻 23 （1.无锡市产品质量监督检验院，无锡 214000；2.河海大学常州校区机电工程学院，常州 213022；3.常州天合光能有限公司，常州 213031） 摘要：大量的试验数据表明，紫外高温高湿试验结果与单纯的紫外试验及单纯的湿热试验结 果是一致的，并且可以大大缩短试验周期。本文对不同背板材料（TPT、KPK ）的两种多晶组 件进行紫外高温高湿老化试验，并对试验组件的 IV 特性参数进行周期性测试，分析这两种不同 背板材料的组件其功率及其它电性能的衰减变化，并结合 EL 图像上电池片的形态分析组件的 衰减机理。通讯作者：姓名：徐平 主要研究方向：光伏组件可靠性 Email：1824776777@qq.com 通讯地址：无锡市新区新 华路 5 号创新创意产业园 A 栋 邮政编码：214028 关键词：紫外高温高湿试验，功率衰减，EL 电致发光检测，背板材料 1. 研究背景与内容 光伏背板由于其具有较好的散热功能和较高的红外发射率，能降低组件的整体工作温度而 得以广泛应用。背板是保护电池片的重要封装材料，其直接与户外环境接触，具有可靠的绝缘 性、阻水性、耐老化性。不同的光伏背板其性能有一定的差异，而背板的材质与质量对组件 的使用性能和使用寿命有非常大的影响。因此，研究不同背板材料的光伏组件在紫外高温高 湿环境下的老化是必不可少的。 2. 试验设备 试验采用紫外湿热加速老化试验箱进行，紫外与湿热功能可独立运行，也可同时运行。光 源为金属卤素灯；紫外光谱波长 280～400nm，其中中波紫外线 (UVB)波长 280～320nm，长波 紫外线（UVA）波长 320～400nm ；辐照强度 120～250 W/m²，UVB 占紫外线总能量 [UV（A ＋B ）]的 3％～10％；辐照均匀度优于±15％；温度控制精度为±2.0℃，温度波动度≤ ±1.0℃；相对湿度控制精度为±3％，相对湿度波动度为≤±（3～5）％。 测试平台主要包括一套 AAA 级瑞士 PASAN 瞬态太阳能模拟器、一套电致发光（EL）测 试仪。其中，PASAN 包含了一间含太阳光脉冲的暗室、电源柜、组件测试架、电子负载、含有 专业测试软件的计算机。 3. 试验设计 试验组件：在层压工艺及除背板材料（TPT、KPK）外其他原辅材料相同的情况下制备完 成的小组件（2×2 电池片）。 将试验组件放入紫外高温高湿加速老化试验箱，按照试验条件设置运行参数，试验温度 85℃±2℃，相对湿度 85%±5%，辐照强度不得高于 250W/m²，测试分步进行，试验时间按照辐 照总量来计，一般为 15KWh/m²一个循环取出组件进行功率及 EL 测试，直到组件功率衰减了 20％停止老化试验。 紫外高温高湿加速老化试验前，测量组件在 STC 状态下（辐照度 1000W/m2，25±1℃， AM1.5）在同一台太阳模拟器上测试组件的电性能参数及其 EL 图像，测得电性能参数如下表 1： 表 1 试验组件初始电性能参数 Series Number Isc/A Voc/V Pmax/W FF/% Vm/v Im/A Rs/Ω Rsh/Ω KPK-initial 8.96 2.514 15.74 69.872 1.888 8.336 0.051 107.681 TPT-initial 8.932 2.521 15.798 70.166 1.899 8.32 0.051 92.735 图 1 紫外高温高湿环境箱 辐照量每累计 15kWh/m2 时，将组件从紫外高温高湿环境箱中取出，使组件在 STC 状态下在 同一台太阳模拟器上测试组件的功率。 表 2 试验组件的功率衰减变化 UV 辐照量(kWh/m 2)+DH KPK TPT INITIAL 15.740 15.798 15 15.617 15.593 30 15.550 15.641 4. 结果与分析 在组件加速老化一段时间后将取出，进行 STC 状态下的 I-V 测试，得到 2 种不同背板组 件 的各种电性能参数值随试验时间的变化关系( 图 2) 。从数据中可知试验组件的最大功率、短 路电流、串联电阻和填充因子并没有明显规律性变化，并联电阻（Rsh）均呈下降趋势。并联 电阻是考虑到光伏组件可能发生的漏电情况以及导电离子被污染而引入的电阻，表示组件的漏 电水平，并阻越小，漏电越大。 INITIAL UV15+DH UV30+DH 15.55 15.6 15.65 15.7 15.75 15.8 KPK TPT UV+DH-最大功率 UV辐照量+DH 最大功率 INITIAL UV15+DH UV30+DH 8.85 8.9 8.95 9 KPK TPT UV+DH短路 电流 UV辐照量+DH 短路电流 INITIAL UV15+DH UV30+DH 69.8 69.9 70 70.1 70.2 KPK TPT UV+DH填充因子 UV辐照量+DH FF INITIAL UV15+DH UV30+DH 75 80 85 90 95 100 105 110 KPK TPT UV+DH并联电阻 UV辐照量+DH 并联电阻 图 2 IV 特性对比图 图 3 KPK 组件的 EL 图像变化 图 4 TPT 组件的 EL 图像变化 从图 2 中还可以看到 TPT 背板组件，在 UV15+DH 试验后功率衰减，在 UV30+DH 试验后 功率较 UV15+DH 反而有所上升，此时 EL 仍表现最优状态，经分析，组件内部材料间的结合 较好，完全抵抗水汽的侵蚀，在层压时与 EVA 不能充分接触，在紫外高温高湿试验过程中逐 渐达到完全接触，有利于提高透光率。其他电性能参数目前还没有出现较大的变化，在这里不 做分析，看后续试验会出现怎样的变化在做对应的分析。 5.总结与展望 实验表明在层压工艺及原辅材料相同的条件下去改变其中一个材料如背板，经紫外高温高 湿试验后组件功率衰减会出现明显的差异性。具体差异性还需继续进行紫外高温高湿试验才能 得出相应的对比结论。 参考文献 [1]别红玲, 洪佳麟, 刘伟,等. 晶体硅光伏组件 DH 测试研究[J] . 中小企业管理与科技(中旬刊), 2016(5): 166-167. [2]单演炎, 刘毅, 吴晓丽,等. 光伏背板老化性能的快速试验方法[J]. 理化检验-物理分册, 2016, 52(11): 774-777.