通过在“双85”测试条件下对光伏组件分别施加±1500 V电压, 分析p型PERC双面双玻光伏组件的PID现象, 发现p型PERC双面双玻光伏组件在负偏压下更易发生PID现象, 且背面PID现象较严重。
引言
在实际发电现场及光伏组件PID测试过程中可以发现, 使用EVA (乙烯-醋酸乙烯酯) 封装的p型PERC双面双玻光伏组件, 正、背面的PID现象明显;而改变封装材料, 使用POE (聚烯烃) 封装后, 光伏组件正面的PID现象得到缓解, 但是背面仍存在PID现象。
本文主要从不同封装材料出发, 分别使用EVA和POE材料封装光伏组件, 通过PID测试, 依据测试结果分析p型PERC双面双玻光伏组件出现PID现象的原因。
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1 PID的定义
PID效应 (Potential Induced Degradation) 又称电势诱导衰减, 是指当光伏组件的电极与边框之间存在较高的偏置电压时, 玻璃中的Na+出现离子迁移, 附着在电池片表面, 从而造成光伏组件功率下降的现象[1]。
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2 p型PERC双面双玻光伏组件的PID现象分析
2.1 实际电站中的PID现象
光伏组件在系统中的阵列排布和偏压如图1所示。因为每块光伏组件边框都是接地的, 会造成单个组件和边框之间形成偏置电压, 所以, 越靠近负极输出端的光伏组件, 承受负偏压现象越明显。
处于负偏压情况下时, 光伏组件边框的电势为零, 高于电池片电势, 当玻璃表面有湿气、露水等时, 就会在组件表面形成一个带电的水膜, 而这个带电水膜与电池片之间会因为电势差形成一个模拟电场, 且Na+本身带正电荷, 所以在电场作用下, Na+就会通过封装材料向电池方向迁移, 从而发生PID现象[2]。在光伏电站系统中, 光伏组件越靠近负极输出端, 发生的PID现象越明显。
2.2 p型PERC双面双玻光伏组件PID (-1500 V) 测试分析
使用不同厂家的POE及EVA材料对p型PERC双面双玻光伏组件进行封装, 然后对组件施加-1500 V的电压, 进行PID 96 h测试, 结果如图2所示。
由图2可以看出:
1) 施加-1500 V电压经过PID 96 h测试后, POE封装的光伏组件正面衰减率在5%以内;而EVA封装的光伏组件正面衰减率为5.17%。
2) 同一种封装材料, 其背面衰减率明显高于正面。使用POE封装的光伏组件其背面衰减率也高达4%~7%,而使用EVA封装的光伏组件背面衰减率更是高达30%。
2.3 p型PERC双面双玻光伏组件PID (+1500 V) 测试分析
使用不同厂家的POE及EVA材料对p型PERC双面双玻光伏组件进行封装, 然后对组件施加+1500 V的电压, 进行PID 192 h测试, 结果如图3所示。
由图3可以看出, 当给组件施加+1500 V电压经过PID 192 h测试后, 无论是使用EVA封装的光伏组件, 还是使用POE封装的光伏组件, 其正、背面衰减率均在5%以内, 甚至衰减率低于负偏压96 h测试。
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3 结果讨论
3.1 使用EVA封装的光伏组件在负偏压情况下, 正、背面PID现象均明显
使用EVA封装的p型PERC双面双玻光伏组件在负偏压情况下, 正、背面PID现象均较明显。导致此种情况产生的原因可能为:在高温高湿情况下, EVA易水解, 水解会产生醋酸根离子[3], Na+会结合醋酸根离子, 从而穿过EVA到达电池片表面, 影响电池片表面的电荷分布。
3.2 使用POE封装的光伏组件在负偏压情况下, 背面更易出现PID现象
使用POE封装的p型PERC双面双玻光伏组件在负偏压情况下, 背面更易出现PID现象。造成此种情况的原因可能为:由POE封装的光伏组件, 因POE结构均由C-C键和C-H键组成, 不含有C=O或其他的不饱和双键, 无酸性物质释放, 且其体积电阻率比EVA材料高约1~2个数量级, 水汽透过率比EVA低约1个数量级, 因此, 在高温高湿情况下, 玻璃析出的Na+要想迁移至电池片表面较为困难。
但是在高温高湿情况下, 封装材料的体积电阻率会减小, 且材料中的硅烷偶联剂及交联剂中含有少量的带负电的离子, 因此, 在外加电场的作用下, 可使较少的Na+通过封装材料到达电池片表面。
使用POE封装的光伏组件背面更易出现PID现象是因为双面PERC电池片正面为化学钝化, 其氮化硅中含有高密度的固定正电荷, 对Na+有一定的排斥作用, 会减弱一部分Na+的富集;但是其背面为场钝化, Al2O3/S i接触面具有较高的固定负电荷密度, 背面玻璃中析出的Na+使氧化铝内的电荷发生再分布, 导致钝化效果恶化。同时, 双面PERC电池片正面含有一层氧化硅减反射层, 可以起到抗PID效应, 而背面没有。
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4 结论
本文分别使用EVA和POE材料对光伏组件进行封装, 然后分析PID现象产生的原因, 并得出以下结论:
1) 使用EVA封装的p型PERC双面双玻光伏组件易出现PID现象;
2) 即使使用POE材料封装的p型PERC双面双玻光伏组件, 其背面出现PID现象的风险也较大, 这与电池片本身的结构有关。
