組件是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心組成部分，其性能穩(wěn)定性對(duì)系統(tǒng)的長期運(yùn)行至關(guān)重要。在可靠性測(cè)試項(xiàng)目中，IEC61215和IEC61730系列標(biāo)準(zhǔn)是在測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試方法方面均最重要的依據(jù)，而常規(guī)可靠性測(cè)試是只針對(duì)組件基本性能進(jìn)行的合格性測(cè)試，測(cè)試無法持續(xù)很長時(shí)間，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果可能表現(xiàn)出一定程度的不充分性，因此近來，組件綜合序列加速老化測(cè)試受到越來越多的關(guān)注。本期美能光伏將對(duì)綜合序列加速老化測(cè)試及相應(yīng)解決方案進(jìn)行討論。

常規(guī)可靠測(cè)試??????

IEC61215和IEC61730中的高加速壽命試驗(yàn)和高加速老化篩選測(cè)試并不能良好地反映出長期戶外環(huán)境對(duì)光伏組件性能老化衰減的影響，主要原因?yàn)椋?strong>1) 時(shí)間或循環(huán)次數(shù)過少；2) 只考慮單一環(huán)境因素。

1)時(shí)間或循環(huán)次數(shù)過少

大部分組件都可以順利通過1000h的DH測(cè)試，但要想通過DH測(cè)試判別光伏組件的實(shí)際耐久性，測(cè)試時(shí)間至少要達(dá)到3000h(超過4個(gè)月)。如果組件在沙漠地區(qū)運(yùn)行25年，其背面接收到的總紫外(UV)輻照量約為275kWh/m2，這一數(shù)值遠(yuǎn)超IEC61730系列標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的對(duì)光伏組件進(jìn)行UV老化測(cè)試時(shí)的UV輻照量(60kWh/m2)。組件的失效率隨時(shí)間的增加呈現(xiàn)出“浴盆曲線(bathtub curve)”的變化趨勢(shì)，可分為早期失效期、偶然故障期和耗損失效期3個(gè)階段，如圖1所示。高加速壽命和老化篩選測(cè)試只能反映早期失效期問題，因此相對(duì)更長時(shí)間的加速老化測(cè)試能反映出光伏組件在整個(gè)使用壽命中可能出現(xiàn)的失效問題。

圖1.浴盆曲線和試驗(yàn)范圍

2)只考慮單一環(huán)境因素

IEC61215和IEC61730系列標(biāo)準(zhǔn)要求的濕熱、濕凍、熱循環(huán)、UV老化等試驗(yàn)中，每一項(xiàng)測(cè)試均在獨(dú)立的試驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行，而組件在戶外實(shí)際運(yùn)行過程中需要承受溫度、濕度、UV輻照等共同作用。有研究表明1000 h濕熱試驗(yàn)與多晶硅光伏組件戶外的性能衰減之間沒有相關(guān)性，即濕熱試驗(yàn)與室外光伏組件的性能衰減關(guān)系不大，因此常規(guī)的加速老化測(cè)試的加速程度是有限的。

綜合序列加速老化測(cè)試

IEC TR 63279—2020中規(guī)定：要求對(duì)光伏組件進(jìn)行75次熱循環(huán)(TC)測(cè)試且需在溫度極值處保持1 h，組件未發(fā)生脫層的情況。然而，如果其他條件不變，在溫度保持在75 ℃的1 h內(nèi)，對(duì)組件施加一定量的UV輻照(在波長300～400 nm范圍內(nèi)光的輻照度為180 W/m2)，在75次TC測(cè)試后，太陽電池和乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)之間沿著匯流條發(fā)生了脫層，且在120次TC測(cè)試后脫層現(xiàn)象變得顯著。因此，綜合序列老化測(cè)試與單一環(huán)境因素的可靠性測(cè)試存在本質(zhì)區(qū)別。P型PERC單晶硅太陽電池(未封裝成光伏組件)進(jìn)行UV輻照量為199.8 kWh/m2的UV老化測(cè)試(UV輻照度為600 W/m2)前、后，該太陽電池在400～1100 nm波長范圍下對(duì)應(yīng)的內(nèi)量子效率及反射率的變化，結(jié)果如圖2所示。

圖2. UV輻照量為199.8 kWh/m2的UV老化測(cè)試前、后的IQE和反射率曲線

相較于測(cè)試前，經(jīng)過UV老化測(cè)試處理后p型PERC單晶硅太陽電池在450～1000nm波長范圍內(nèi)的IQE呈下降趨勢(shì)，反射率也有明顯的下降，原因主要在于UV輻照改變了太陽電池表面材料的物理和化學(xué)特性，即氮化硅(SiNx)減反射膜中的部分Si—H鍵被氧化為Si—O鍵或Si—O—H鍵，增強(qiáng)了SiNx膜的減反射能力。

在較高的UV輻照度下，UV條件對(duì)電性能的有利性會(huì)更為明顯。隨著UV輻照量的上升，經(jīng)UV輻照處理后p型PERC單晶硅太陽電池的開路電壓Voc、短路電流Isc、填充因子FF和光電轉(zhuǎn)換效率η的衰減情況。以未經(jīng)過UV輻照處理的p型PERC單晶硅太陽電池的電性能為基礎(chǔ)，當(dāng)UV輻照度分別為600/2000W/m2時(shí)，經(jīng)UV輻照處理后p型PERC單晶硅太陽電池的電性能衰減情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1. 不同UV條件處理后p型PERC單晶硅太陽電池的電性能衰減情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果

為了確保加速老化測(cè)試結(jié)果與光伏組件現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況一致，用合適的方法確定老化測(cè)試條件非常重要。通過建立數(shù)學(xué)模型，得到組件在3種不同氣候條件下運(yùn)行25年時(shí)所對(duì)應(yīng)的DH測(cè)試(測(cè)試箱溫度為85 ℃、RH為85%)，熱帶氣候下的DH測(cè)試時(shí)間為9545 h，沙漠氣候下的DH測(cè)試時(shí)間為5530 h，高山氣候下的DH測(cè)試時(shí)間為2060 h。這也反映出IEC標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)試條件可能無法滿足實(shí)際運(yùn)行需求。

美能熱循環(huán)試驗(yàn)箱??????

美能熱循環(huán)環(huán)境模擬試驗(yàn)，可以驗(yàn)證評(píng)估組件或材料的可靠性，并通過熱疲勞誘導(dǎo)失效模式，早期識(shí)別制造缺陷。

滿足標(biāo)準(zhǔn)：IEC61215-MQT11（熱循環(huán)試驗(yàn)）；IEC61730-MST51（溫度循環(huán)試驗(yàn)）

?升降溫速率：-40℃←→+85℃，線性3.3℃/min（升降溫速率0~3.3℃/min可調(diào)）

?平均耗電量：≤100 KW·h（TC200單個(gè)循環(huán)耗電量）

?可靠性：不停機(jī)連續(xù)無故障運(yùn)行時(shí)間不低于4個(gè)月

美能濕熱環(huán)境試驗(yàn)箱

滿足標(biāo)準(zhǔn):IEC61215-MQT13；IEC61730-MST53

?在85℃和85%RH的狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行1000個(gè)小時(shí)以上需要超高的穩(wěn)定性，無論在制造工藝上還是電子設(shè)備可靠性上都十分優(yōu)質(zhì)。

?內(nèi)置循環(huán)風(fēng)道以及長軸通風(fēng)機(jī)，進(jìn)行有效的熱交換，環(huán)境箱內(nèi)部溫度均勻穩(wěn)定

?采用進(jìn)口溫度控制器，實(shí)現(xiàn)多段溫度編程，精度高，可靠性好

?可以在持續(xù)的高溫高濕環(huán)境下運(yùn)行，也可依據(jù)工程人員的計(jì)劃進(jìn)行高低溫交互試驗(yàn)

?搭配潛在電勢(shì)誘導(dǎo)衰減測(cè)試儀，可更直觀觀測(cè)組件的性能

美能熱循環(huán)試驗(yàn)箱、濕熱環(huán)境試驗(yàn)箱搭配潛在電勢(shì)誘導(dǎo)衰減測(cè)試儀使用：

長期泄漏電流會(huì)造成電池片載流子及耗盡層狀態(tài)發(fā)生變化、電路中的接觸電阻受到腐蝕、封裝材料受到電化學(xué)腐蝕等問題，從而導(dǎo)致電池片功率衰減、串聯(lián)電阻增大、透光率降低、脫層等影響組件長期發(fā)電量及壽命的現(xiàn)象。

綜合序列加速老化測(cè)試通常會(huì)考慮到光照強(qiáng)度、溫度變化、濕度、風(fēng)速等多種因素，并將這些因素結(jié)合起來，模擬出組件在復(fù)雜環(huán)境下的工作狀態(tài)。將組件持續(xù)暴露于這些條件下，可以觀察其性能參數(shù)的變化情況，如功率輸出、電流、電壓等，并分析其衰減規(guī)律。來自美能光伏的熱循環(huán)試驗(yàn)箱、濕熱環(huán)境試驗(yàn)箱、潛在電勢(shì)誘導(dǎo)衰減測(cè)試儀，為太陽能發(fā)電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性提供重要參考，推動(dòng)光伏技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。