浅析光伏电站中光伏组件衰减问题

发表于：2015-08-31 11:16:07 作者：周林武

来源：阳光工匠光伏网

近年来由于国内政策大力扶持，光伏产业迎来全面复苏。产业走向健康持续发展态势，光伏企业也逐步由亏转赢，这一切来自于国家对光伏发电的高额补贴和企业自身技术引进发展与升级，光伏地面电站建设快速升温，但是地面电站也存在许多要急需解决的问题，如工程建设存在较多隐患，工程项目建设不符合国家的相关标准，有些技术不高企业为抢占资源获取补贴，纷纷上马光伏电站建设，浪费了有限资源，为电站安全运营埋下安全隐患，间接影响投资者的收益率，导致光伏行业发展面临众多阻碍，行业发展良莠不齐，光伏电站的建设完成后，发电量直接影响投资人的收益率，间接影响一个企业的资金流转和企业的发展。虽然我国光伏电站建设比例迅速升高，但是光伏电站发电量的衰减没有引起重视，特别是EPC分布式光伏电站发电量衰减问题，在国外光伏电站这方面都建有相关标准，对于EPC而言，如果电站衰减比较大，那么承建商将面临理赔风险。由于我国国内光伏刚刚发展，在此方面投资商，包括相关光伏技术人员还没有引起足够重视。

光伏电站中的核心部件是光伏组件，光伏组件的质量量和衰减问题，直接影响光伏电站的总发电量的高低，因此讨论光伏组件的衰减对光伏电站的建设具有重要意义。

        一，衰减一般分为光致衰减和老化衰减，目前国际上又提出一种获得较多技术研究人员认同的PID电势能诱导衰减，目前前两者讨论的比较多。光致衰减主要受电池工艺问题和电池原料，是指光伏组件在初始应用的几天输出功率发生较大的急剧性下降，但是输出功率会逐渐稳定。

       光致衰减理论：光照或电流注入导致硅片中的硼于氧结合形成硼氧复合体，进一步导致硅片中少子寿命降低，导致光伏组件效率下降

       B+2O BO2 左边少子寿命高，右边相反

       总结：硅片中的硼氧成分越高，在光照或电流注入条件下硼氧复合体越多，复合体越多组件功率衰减量越大，因此低氧，低硼，掺稼，掺磷，用稼磷替代硼能有效降低光伏组件衰减。

       光伏组件光致衰减的解决途径：硅片中氧元素和硼元素的含量决定了组件的光致衰减程度，因此硅片中硼氧越少往往硅片质量越好，组件光致衰减量越少。从根本上来讲光伏组件的光致衰减要从硅片入手：

        方法一：改进掺硼p性直拉单晶硅质量：在我国国内，掺硼直拉单晶硅是我国目前硅帮市场的主流产品。在硅棒制作中要避免使用低质量的多晶硅料;控制掺人过多低电阻n型硅料，避免生产高补偿的p性单晶棒，因为硼氧含量极高，将导致光伏组件出现大幅度光致衰减；提高拉棒工艺水平，降低硼氧含量，降低缺陷密度，改进电阻率均匀性。

       方法二：用稼替代硼元素：此种方法没有发现光致衰减问题。

       方法三：利用磁控直拉单晶硅，区熔单晶硅工艺，都是可以改变硅片质量的。后者避免了大量氧进入晶体硅的缺陷，从而彻底解决了掺硼的硅片，光伏组件的衰减问题。

方法四：使用掺p的n型硅替代掺硼的p型硅片，n型硅片可以解决光致衰减问题，但是从现有技术和工艺来看，在转换效率和制造成本上没有优势。

      方法五：提高硅片加工水平改进硅片性能的一致性，进一步借助硅片分选机改进硅片质量如太阳能光伏电池片组件衰减测试仪。

       方法六：由于光伏组件的光致衰减是由于电池的初始光致衰减导致的，可以在光伏组件制造前对硅片进行光致，完全可以把光致衰减控制在测量误差之内，大大提高了组件的输出功率的稳定性。

       光伏组件的初始光致衰减试验总结：

       1太阳能电池片的性能发生衰减，就必然导致光伏组件输出功率的下降，极易在组件中引起热斑效应，严重引起光伏电站一系列安全隐患.

     2组件内如果电池串与串之间电流不一致，在连接旁路二极管组件的 IV曲线上可以看出台阶曲线。

       3通过测量光照前后组件的输出特性和红外成像分析可以考察组件的光致衰减现象。

       二、老化衰减，在光伏电站中光伏组件长期应用中出现的及缓慢的衰减，此衰减与光伏电池组件内电池缓慢衰减有关，一般看来光伏组件的衰减速度与光伏组件生产工艺和组件封装材料，组件应用地环境成正相关。其中常见开裂，外观变黄，风沙磨损，热斑，组件老化都可以加速组件功率衰减。对于光伏组件老化衰减问题主要从光伏组件的工艺和材料及常见质量问题入手。

      三、PID光伏组件的电位诱发衰减效应：现代研究者普遍人为这种组件衰减存在于组件内部电路和其接地金属边框之间的高电压会造成组件的功率衰减问，此外电位诱发衰减效应。还和电池，玻璃,EVA,温度，湿度和电压有关。

衰减机理：高电压的作用下，组件电池封装材料和组件上表面，下表面的材料出现离子迁移，电池中出现热载流子现象，电荷在分配降低了电池活性。