封装材料对组件抗PID性能影响研究.docVIP

封装材料对光伏组件抗PID性能影响研究 杨江海，董远强，蒋忠伟，龚露，叶心星，孙小菩，彭华 （东莞南玻光伏科技有限公司，东莞，523141） 摘要：随着光伏发电在世界能源中占有的比例越来越高，发电系统的规模也越来越庞大。增加系统电压和采用更少的逆变器可以减少整体光伏系统的成本，但容易使组件暴露在高压下而引起PID衰减。因此，研究和解决光伏组件抗PID效应问题可以有效提升光伏电站发电收益。本文系统研究了光伏组件封装材料如太阳能玻璃、EVA对组件抗PID性能影响，首次提出通过在玻璃表面增加抗PID涂层和优化EVA VA含量以及各种助剂配比可以提高组件抗PID性能并对其机理进行了初步探讨。 关键词：光伏组件；封装材料； 抗PID效应；太阳能玻璃；EVA 引言 PID (Potential Induced Degradation) 即电位诱发衰减。一些光伏电站实际经历表明，光伏发电系统的系统电压存在对晶体硅电池组件有持续的“电位诱发衰减”效用，基于丝网印刷的晶体硅电池通过封装材料（通常是 EVA和玻璃的上表面）对组件边框形成的回路所导致的漏电流，被确认为是引起上述效应的主要原因。近年来 PID 已经成为国外买家投诉国内组件质量的重要因素之一，严重时候它可以引起一块组件功率衰减50%以上，从而影响整个电站的功率输出[1~2]。 目前关于组件抗PID性能研究多数集中于硅片电阻率、电池方块电阻、电池氮化硅膜折射率等内容[3~7]，对于封装材料如玻璃、EVA对组件抗PID性能影响鲜有报道，本文将从组件封装材料如玻璃、EVA入手，研究封装材料对组件抗PID性能影响，并对其抗PID机理进行初步探讨。 1 实验 1.1 实验原料及仪器 实验材料：使用相同厂家硅片相同电池工艺制备的多晶电池片，国内A厂家太阳能超白镀膜玻璃1#及表面增加抗PID涂层的2#玻璃；国内外知名6个EVA厂家的6种抗PID EVA胶膜1#~6#；太阳能组件用背板、涂锡带、接线盒及边框等。 实验仪器：3A级Spire测试仪、高分辨率沛德EL测试仪、步入式环境试验箱。 1.2 实验过程 使用1#、2#太阳能超白镀膜玻璃和1# EVA分别制备2块组件，对比玻璃对组件抗PID性能影响；采用1#太阳能超白镀膜玻璃和1~6#抗PID EVA胶膜制备6块组件，对比EVA胶膜对组件抗PID性能影响。 1.3 抗PID性能测试方法 试验箱环境：85℃（温度），85%（湿度），组件缆线和边框之间施加负1000V直流电压，测试96小时，之后测试EL图像及组件功率，要求与组件初始功率相比，功率衰减5%以内。 2 结果与讨论 2.1 玻璃对组件抗PID性能影响 表1 玻璃对组件抗PID性能影响 序号 玻璃 状态 Voc/V Isc/A Pmax/W Vpm/V Ipm/A 衰减/% Lot1 1# 初始 37.92 8.76 256.7 30.92 8.3 74.80% 96H后 26.35 8.33 64.59 14.92 4.33 Lot2 2# 初始 37.69 8.55 246.5 30.69 8.03 13.10% 96H后 37.48 8.65 214.2 29.56 7.25 图1 组件Lot1 初始EL图像、PID测试96小时后EL图像 图2 组件Lot2 初始EL图像、PID测试96小时后EL图像 表1列出了玻璃对组件抗PID性能影响的数据。可以看出，通过在玻璃表面增加抗PID涂层可以极大提高组件抗PID性能。经验表明，当相对湿度超过约40%时，玻璃表面吸附空气中的水分，并与玻璃中的Na进行离子交换产生NaOH或Na2CO3。另外，EVA中的酯键在遇到水后也发生分解，产生可以自由移动的醋酸。可以自由移动的醋酸(CH3COOH)和玻璃表面析出的碱反应后，产生了可以自由移动的Na+。Na+在外加电场的作用下向电池片表面移动并富集到减反层而从导致PID现象产生。因此，通过在玻璃表面增加涂层，可以阻止玻璃表面钠离子的产生、迁移从而起到组件抗PID作用。 2.2 EVA对组件抗PID性能影响 表2 EVA对组件抗PID性能影响 序号 EVA 状态 Voc/V Isc/A Pmax/W Vpm/V Ipm/A 衰减/% Lot1 1# 初始 37.92 8.76 256.73 30.92 8.30 74.80% 96H后 26.35 8.33 64.59 14.92 4.33 Lot 2# 初始 37.99 8.73 250.09 30.49 8.20 67.05% 96H后 29.72 8.61 82.40 17.22 4.79 Lot 3# 初始 37.98 8.57 245.87 30.24 8.13 34.73