[发明专利]一种光伏组件长期耐候性能测试方法

说明书

本发明公开了一种光伏组件长期耐候性能测试方法，具体为，准备典型的局部漏电、微裂纹、低并联电阻3种缺陷类型的电池样品并封装成小组件，将小组件放入环境箱，设置环境箱分别进行高温高湿老化与高低温循环老化实验，实验过程中，采用电致发光设备和锁相红外热成像测试设备测试并计算实验小组件中电池缺陷处的局部IV性能；根据实验结果分析实验小组件整体电性能衰减与缺陷处局部电性能衰减，分析光伏组件的长期耐候性能。本发明采用ANSYS软件模拟不同老化时间点的微缺陷组件，辐照分布不均匀度与漏电流分布类型组合条件下热斑电池温度分布，分析电池最严重热斑产生条件与高温失效概率，提高光伏组件的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种光伏组件长期耐候性能测试方法，属于光伏组件分析测试技术领域。

背景技术

由于光伏电池硅片材料存在晶界、位错等缺陷，杂质元素易聚集在晶界、位错处，使其具有高复合速率，且电池与组件制造经过扩散、刻蚀、烧结、层压等工艺，易产生机械应力不均、局部短路等问题。虽普通电池缺陷的检测方法已较成熟，在光伏组件使用前大部分经过了测试分选，然而由于缺乏缺陷失效预判依据等多种原因，仍有较大部分采用电致发光分选时被认为可靠的微缺陷电池，以及后期产生微裂纹等缺陷的电池与组件出现在实际应用的光伏系统中。典型缺陷包括：1)金属杂质聚集以及刻蚀等工艺造成的电池局部漏电；2)光伏组件制造与应用过程中机械应力产生的电池微裂纹；3)低纯硅材料与背接触电极工艺等引起的电池低并联电阻。在实际运行时，光伏组件与电池这些内在微缺陷在辐照不均匀分布、温度交变及湿热冲击等多重环境因素复合作用下，产生电池局部高温及缺陷扩散等问题，从而导致组件的电性能衰减幅度远超过预期，甚至引发失效以及电弧等安全问题。

非均匀辐照影响下组件中电池缺陷的短期失效以及长期可靠性能也引起关注。Barbato等研究了反偏电压下，使用MWT(Metal Wrap Through)技术，金属与硅片穿孔处缺陷对太阳电池长期耐候性的影响。Bahaidra和Alamoud等人对冶金级硅光伏组件进行反向偏压实验测试，分析了硅材料纯度对光伏组件可靠性的影响。Ramspeck利用红外热像技术测试了反偏下太阳电池温度分布情况，并通过扫描电子显微镜观测局部热斑的微观结构，分析非均匀辐照下晶体缺陷引起的局部高温产生机理。Simon等利用红外热成像技术和扫描电子显微镜研究了电池高温区周围的结构，显示高温对微缺陷电池结构不可逆的破坏，并揭示了含有杂质区域与反偏高温之间的关联。Dolara等学者研究分析微裂纹等缺陷电池老化前后的电性能差异，发现引起明显功率衰减的可靠性测试有高低温循环、热斑耐久，而湿热、紫外老化等测试对组件功率的影响较小。

以上表明，一些学者针对缺陷电池与组件进行老化测试，研究分析其整片电池或整体组件性能变化，获得了很多有参考价值的数据结果，这种微缺陷电池不同老化条件下的整体性能变化研究为预测光伏组件发电性能提供依据。然而，深入分析微缺陷引起的衰减及失效机理，需要研究湿热、温度交变等环境老化与非均匀辐照多因素复合作用对微缺陷电池性能的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种光伏组件长期耐候性能测试方法，采用ANSYS软件模拟不同老化时间点的微缺陷组件，辐照分布不均匀度与漏电流分布类型组合条件下热斑电池温度分布，分析电池最严重热斑产生条件与高温失效概率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光伏组件长期耐候性能测试方法，包括以下步骤：

1)准备典型的局部漏电、微裂纹、低并联电阻3种缺陷类型的电池样品，并将单片电池样品封装成小组件，每种缺陷类型组件7块，其中3块用于高低温循环老化测试，3块用于高温高湿老化测试，1块作为参考组件；

2)采用电致发光设备测试3种共21块实验小组件的电池缺陷分布，保存电致发光图像，对缺陷明显的物理位置在小组件背面做标识；

3)采用直流电源对21块实验小组件分别施加反偏12V电压，并用电流电压表测试漏电流大小；