引言
在實際發電現場及光伏組件PID測試過程中可以發現, 使用EVA (乙烯-醋酸乙烯酯) 封裝的p型PERC雙面雙玻光伏組件, 正、背面的PID現象明顯;而改變封裝材料, 使用POE (聚烯烴) 封裝后, 光伏組件正面的PID現象得到緩解, 但是背面仍存在PID現象。
本文主要從不同封裝材料出發, 分別使用EVA和POE材料封裝光伏組件, 通過PID測試, 依據測試結果分析p型PERC雙面雙玻光伏組件出現PID現象的原因。
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1 PID的定義
PID效應 (Potential Induced Degradation) 又稱電勢誘導衰減, 是指當光伏組件的電極與邊框之間存在較高的偏置電壓時, 玻璃中的Na+出現離子遷移, 附著在電池片表面, 從而造成光伏組件功率下降的現象[1]。
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2 p型PERC雙面雙玻光伏組件的PID現象分析
2.1 實際電站中的PID現象
光伏組件在系統中的陣列排布和偏壓如圖1所示。因為每塊光伏組件邊框都是接地的, 會造成單個組件和邊框之間形成偏置電壓, 所以, 越靠近負極輸出端的光伏組件, 承受負偏壓現象越明顯。
處于負偏壓情況下時, 光伏組件邊框的電勢為零, 高于電池片電勢, 當玻璃表面有濕氣、露水等時, 就會在組件表面形成一個帶電的水膜, 而這個帶電水膜與電池片之間會因為電勢差形成一個模擬電場, 且Na+本身帶正電荷, 所以在電場作用下, Na+就會通過封裝材料向電池方向遷移, 從而發生PID現象[2]。在光伏電站系統中, 光伏組件越靠近負極輸出端, 發生的PID現象越明顯。
2.2 p型PERC雙面雙玻光伏組件PID (-1500 V) 測試分析
使用不同廠家的POE及EVA材料對p型PERC雙面雙玻光伏組件進行封裝, 然后對組件施加-1500 V的電壓, 進行PID 96 h測試, 結果如圖2所示。
由圖2可以看出:
1) 施加-1500 V電壓經過PID 96 h測試后, POE封裝的光伏組件正面衰減率在5%以內;而EVA封裝的光伏組件正面衰減率為5.17%。
2) 同一種封裝材料, 其背面衰減率明顯高于正面。使用POE封裝的光伏組件其背面衰減率也高達4%~7%,而使用EVA封裝的光伏組件背面衰減率更是高達30%。
2.3 p型PERC雙面雙玻光伏組件PID (+1500 V) 測試分析
使用不同廠家的POE及EVA材料對p型PERC雙面雙玻光伏組件進行封裝, 然后對組件施加+1500 V的電壓, 進行PID 192 h測試, 結果如圖3所示。
由圖3可以看出, 當給組件施加+1500 V電壓經過PID 192 h測試后, 無論是使用EVA封裝的光伏組件, 還是使用POE封裝的光伏組件, 其正、背面衰減率均在5%以內, 甚至衰減率低于負偏壓96 h測試。
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3 結果討論
3.1 使用EVA封裝的光伏組件在負偏壓情況下, 正、背面PID現象均明顯
使用EVA封裝的p型PERC雙面雙玻光伏組件在負偏壓情況下, 正、背面PID現象均較明顯。導致此種情況產生的原因可能為:在高溫高濕情況下, EVA易水解, 水解會產生醋酸根離子[3], Na+會結合醋酸根離子, 從而穿過EVA到達電池片表面, 影響電池片表面的電荷分布。
3.2 使用POE封裝的光伏組件在負偏壓情況下, 背面更易出現PID現象
使用POE封裝的p型PERC雙面雙玻光伏組件在負偏壓情況下, 背面更易出現PID現象。造成此種情況的原因可能為:由POE封裝的光伏組件, 因POE結構均由C-C鍵和C-H鍵組成, 不含有C=O或其他的不飽和雙鍵, 無酸性物質釋放, 且其體積電阻率比EVA材料高約1~2個數量級, 水汽透過率比EVA低約1個數量級, 因此, 在高溫高濕情況下, 玻璃析出的Na+要想遷移至電池片表面較為困難。
但是在高溫高濕情況下, 封裝材料的體積電阻率會減小, 且材料中的硅烷偶聯劑及交聯劑中含有少量的帶負電的離子, 因此, 在外加電場的作用下, 可使較少的Na+通過封裝材料到達電池片表面。
使用POE封裝的光伏組件背面更易出現PID現象是因為雙面PERC電池片正面為化學鈍化, 其氮化硅中含有高密度的固定正電荷, 對Na+有一定的排斥作用, 會減弱一部分Na+的富集;但是其背面為場鈍化, Al2O3/S i接觸面具有較高的固定負電荷密度, 背面玻璃中析出的Na+使氧化鋁內的電荷發生再分布, 導致鈍化效果惡化。同時, 雙面PERC電池片正面含有一層氧化硅減反射層, 可以起到抗PID效應, 而背面沒有。
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4 結論
本文分別使用EVA和POE材料對光伏組件進行封裝, 然后分析PID現象產生的原因, 并得出以下結論:
1) 使用EVA封裝的p型PERC雙面雙玻光伏組件易出現PID現象;
2) 即使使用POE材料封裝的p型PERC雙面雙玻光伏組件, 其背面出現PID現象的風險也較大, 這與電池片本身的結構有關。
