影响光伏组件发电因素分析.doc

影响光伏组件发电的因素分析 李世民 何炜 花亚萍 刘琼 甘肃自然能源研究所 甘肃省，兰州市人民路20号 邮编730000 电话：0931-8386006 Email: lishimin@gneri.org 摘要：本文西北地区实际运行多年的单晶硅组件和非晶硅组件为例，光伏组件在长期使用过程中，光伏电池的物理化学性能、电化学性能和光学性能等随着使用时间、和野外恶劣气候等影响因素造成衰减的问题，通过大量实际测试数据的比对分析影响光伏组件输出功率以及性能衰减的变化规律。关键词：电池、光伏组件、寿命、衰减引言 光伏组件的光伏发电性能会随着使用时间而，这是由于构成光伏组件的光伏电池的电性能与组件生产过程中使用的辅助封装材料的电化学和光学性能等会被使用时间、和恶劣气候等因素所影响，造成光伏组件的输出功率和发电效率逐年下降。尽管我国从上世纪50年代就开始光伏发电技术，但直到上世纪80年代初才真正投入规模化地面应用。由于种种原因，当初建设并现存电站已寥寥无几，且由于应用环境和测试条件有限，很难取得完整、详细的实测数据。目前，人们对光伏组件的衰减情况大部分材料是实验室模拟条件下测得的，而对实地应用的光伏组件的衰减情况往往是比较模糊的。如果不能充分估计光伏组件在实地的衰减情况和其他影响光伏组件发电的因素，会导致建成的电站发电不能达到预期的目的。 本论文对目前市场上的各种单晶硅和多晶硅电池组件进行检测分析，对座落于甘肃兰州郊外的太阳能采暖与降温试验示范基地10KW太阳能光伏电站进行了长期研究。该电站是1984年日本政府、日本京瓷公司捐赠给我国甘肃省榆中县园子乡的一座独立村级光伏供电站，后来被转移到该示范基地，是我国最早的独立村级光伏发电系统，也是至今仍在运行的、运行时间最长的（27年）太阳能光伏系统。通过多年对该电站的光伏组件进行追踪监测和维护、维修，取得了一系列具有代表性的数据。1、影响光伏组件性能的内部因素分析光衰减是指组件内光伏电池暴晒于阳光下产生的衰减。光伏组件衰减也是有差异的。化很大等等恶劣工作对光伏发电系统的长期稳定工作都提出了较高的要求，特别是会加速组件封装材料EVA等的老化，导致光伏发电组件的发电效率衰减，输出功率下降。 座落于甘肃兰州郊外的太阳能采暖与降温试验示范基地10KW太阳能光伏电站的太阳电池组件采用36片单晶102×102绒面电池片封装，据生产厂家报道，单体组件原标称输出功率45峰瓦。经过27年的使用，该电站光伏组件出现了电池转换效率下降、玻璃表面结垢、EVA变色、光伏电池效率下降、热斑、组件内部焊带脱焊等一系列老化现象和故障。通过采用便携式户外IV曲线测试仪对该电站其中的144块组件进行了检测，检测统计结果如表1所示。 表1 运行了27年的10KW光伏电站组件检测统计表 问题或故障 数量（共144块） 出现概率（%） 效率下降7-10% 82 57 效率下降10-12% 35 24 效率下降12%以上 27 19 背板气泡 123 85.4 组件内部焊带脱焊，接触不良 16 11.1 组件内部焊带折断 1 0.7 严重热斑现象 1 0.7 玻璃表面结垢 144 100 接线盒脱落 1 0.69 自然破损 0 0 我们对国内很多太阳能光伏系统进行检测，发现了一系列影响光伏组件寿命问题，基本上可以1.1.1 光伏电池效率衰减 光伏组件经过几十年的阳光暴晒，光伏电池会发生不同程度的性能蜕变，效率衰减。其衰减速率差距也较大。但是由于光伏组件内的光伏电池被封闭在组件内，无法直接测试其性能。只能对组件的综合性能进行测试。实际测试使用了27年的光伏组件最大综合衰减值约15%，平均衰减约9-10%。1.1.2 封装辅助材料老化 除了电池片自身性能衰减外，大部分光伏电池长期受阳光暴晒，电池表面有轻微发黄、混浊等颜色变化，特别是靠近焊带和接线盒的区域变化尤为突出，如图1所示。这些变化可能是在电池板封装前，电池片上助焊材料没能彻底清洗干净，导致在阳光暴晒和高温环境中，这些材料逐步扩散到周边电池片表面或EVA中所致。这是影响电池板效率下降的主要因素之一。 热斑问题 由于个别电池片与组件内其他电池片的性能差异较大等诸多因素，会产生热斑现象，天长日久的积累会加速该电池片的老化变质，造成恶性循环，最终导致组件报废。图2是通过热成像仪器检测到的某大型光伏电站组件的热斑现象，从图中可以看到该光伏组件其中一块电池的温度明显高于其他电池，在大部分电池片温度只有25度左右的时候，该电池片的温度已达67度左右，显然该电池片工作在不正常的状态，与该组件上的电池片工作不协调，久而久之，该片电池性能会严重衰减，产生恶性循环，影响整个组件甚至阵列的发电性能。 .4 气泡 经过多年使用的太阳能组件，组件背板普遍有气泡现象。气泡会导致背板失去