四大步骤答疑光伏组件那些事儿

毫无疑问，光伏组件是光伏电站最重要的设备之一，今天来说说常用的多晶硅光伏组件，包含：光伏组件的关键参数、热斑效应和PID效应、运营后检测。 　　一、光伏组件技术规格书中的关键参数 　　1、功率 　　我们常说，采用255Wp光伏组件。下表的“p”为peak的缩写，代表其峰值功率为255W。所有的技术规格书中都会标注“标准测试条件”的。下图为常州天合的光伏组件技术规格书一部分（250W，下同）。 　　只有在标准测试条件（辐照度为1000W/m2，电池温度25℃）时，光伏组件的输出功率才是“标称功率”（250W），辐照度和温度变化时，功率肯定会变化。另外，功率误差为正负3%，说明组件的实际功率是242.5~257.5W都是增长的。不过，这个组件的功率偏差为正偏差3%。 　　在非标准条件下，光伏组件的输出功率一般不是标称功率，如下图。 　　辐照度为800W/m2，电池温度20℃时，250W的组件输出功率只有183W，为标况下的73.2%。 　　2、效率 　　理论上，尺寸、标称功率相同的组件，效率肯定是相同的。光伏组件是由电池片组成，一块光伏组件通常由60片（6×10）或72片（6×10）电池片组成，面积分别为1.638 m2（0.992m×1.652m）和3.895 m2（0.992m×1.956m）。 　　辐照度为1000W/m2时，1.638 m2组件上接收的功率为1638W，当输出为250W时，效率为15.3%，255W时为15.6%。 　　3、电压与温度系数 　　电压分开路电压和MPPT电压，温度系数分电压温度系数和功率温度系数。在进行串并联方案设计时，要用开路电压、工作电压、温度系数、当地极端温度（最好是昼间）进行最大开路电压和MPPT电压范围的计算，与逆变器进行匹配。 　　二、影响光伏组件的两个效应 　　1、热斑效应 　　一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量，被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。 　　这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。而造成热斑效应的，可能仅仅是一块鸟粪。 　　为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。当热斑效应严重时，旁路二极管可能会被击穿，令组件烧毁，如下图（图片来自于TUV-Rheinland）。 　　2、PID效应 　　（参考何宝华等《晶体硅光伏组件抗PID技术研究》中内容） 　　电位诱发衰减效应（PID，PotentialInduced Degradation）是电池组件长期在高电压作用下，使玻璃、封装材料之间存在漏电流，大量电荷狙击在电池片表面，使得电池表面的钝化效果恶化，导致组件性能低于设计标准。PID现象严重时，会引起一块组件功率衰减50%以上，从而影响整个组串的功率输出。高温、高湿、高盐碱的沿海地区最易发生PID现象。 　　造成组件PID现象的原因主要有以下三个方面： 　　1）系统设计原因：光伏电站的防雷接地是通过将方阵边缘的组件边框接地实现的，这就造成在单个组件和边框之间形成偏压，组件所处偏压越高则发生PID现象越严重。对于P型晶硅组件，通过有变压器的逆变器负极接地，消除组件边框相对于电池片的正向偏压会有效的预防PID现象的发生，但逆变器负极接地会增加相应的系统建设成本； 　　2）光伏组件原因：高温、高湿的外界环境使得电池片和接地边框之间形成漏电流，封装材料、背板、玻璃和边框之间形成了漏电流通道。通过使用改变绝缘胶膜乙烯醋酸乙烯酯（EVA）是实现组件抗PID的方式之一，在使用不同EVA封装胶膜条件下，组件的抗PID性能会存在差异。另外，光伏组件中的玻璃主要为钙钠玻璃，玻璃对光伏组件的PID现象的影响至今尚不明确； 　　3）电池片原因：电池片方块电阻的均匀性、减反射层的厚度和折射率等对PID性能都有着不同的影响。 　　上述引起PID现象的三方面中，由在光伏系统中的组件边框与组件内部的电势差而引起的组件PID现象被行业所公认，但在组件和电池片两个方面组件产生PID现象的机理尚不明确，相应的进一步提升组件的抗PID性能的措施仍不清楚。 　　三、光伏组件性能的检测 　　光伏电站运行一段时间后，需要进行检测，来确定光伏电站的性能。涉及光伏组件的，主要包含以下项目。 　　1、功率衰减测试 　　光伏组件运行1年和25年后的衰减率到底有多少？25年太久，现在可能还没有运行这么长时间的电站。按国家标准，晶硅电池2年的衰减率应该在3.2%以内。但目前这个数据还真的很难说，原因有三： 　　1）光伏组件出场功率是用实验室标准光源和测试环境标定的，但似乎国内不同厂家的标准光源是存在一定的差异的。那在A厂标定的250W的组件，到了B厂，可能就是245W的组件的。 　　2）现场检测所用的仪器精确度较差，据说5%以内的误差都是可以接受的。用误差5%的仪器，测2%（1年）的衰减，难度有些大，结果也令人怀疑。 　　3）现场的测试条件跟实验室的相差较大，正好在1000W/m2、25℃的时间太少了！所以，就需要进行一个测试值向标准值的转化，而输出功率与辐照度仅在一个很小的区间内正相关。如图2所示，即使在800W/m2时，也不是正相关的。因此，在转化的时候，肯定存在误差。 　　另外，很多组件出场可能就是-3%的功率偏差，还没衰减，3%就直接没了…… 　　2、EL测试 　　当光伏组件出现问题时，局部电阻升高，该区域温度就会升高。EL测试仪就像我们体检中的X光机一样，可以对光伏组件进行体检——通过红外图像拍摄，根据温度不同，图像呈现不同的颜色，从而非常容易的发现光伏组件的很多问题：隐裂、热斑、PID效应等。 　　光伏组件在运输、搬运、安装等过程中，容易被踩踏、撞击，导致组件产生不易察觉的隐裂，极大影响组件输出功率。用EL变可以检测出来，如下图。 　　下图为热斑现象的红外照片（图片来自于TUV-Rheinland），红点部分为产生热斑处。 　　下图为PID效应的红外照片， PID效应严重的电池片发黑。 　　除了上述监测外，对组件的外观检查也非常重要。如组件背板划痕、变黄、鼓泡，连接器脱落等。