微信客服
微信公眾號
以建立在廣州大學城中山大學太陽能系統研究所樓頂雙玻組件光伏發電系統為研究對象，通過對一批在廣州地區濕熱氣候條件下并網運行近10 年的多晶硅雙玻組件進行外觀檢查及系統長期累積發電統計后發現，該雙玻組件系統發電性能較為穩定，可靠性良好。
1 雙玻組件系統簡介
廣州地區屬海洋性亞熱帶季風氣候，溫暖多雨、光照充足，氣候潮濕，全年平均氣溫為20～ 22 ℃，水平面上年總輻射量為1166 kWh/m2，年平均日照小時數為1906 h，屬我國太陽能資源較豐富區域。圖1 為多晶硅雙玻組件光伏發電系統外觀。用于試驗的多晶硅雙玻組件由上海太陽能科技有限公司生產，組件數量共計20 塊，組件尺寸為1470 mm × 644 mm，安裝于架空層上，組件通風良好;與目前光伏組件主流安裝方式不同，該批組件采用膠粘劑直接粘在支架上。組件正向朝南，安裝傾角為20°。電池片型號為Kyocera( 京瓷)150 mm × 150 mm 多晶硅太陽電池，組件轉換效率為11.10 %，標稱電性能參數如表1 所示。該示范性電站于2007 年8 月7 日建成，已并網運行，初始裝機容量為2.3 kWp，系統所選逆變器由SMA 生產，型號為SunnyBoy 2100;2009 年3 月13 日～ 2010 年3 月23 日，由于修建光伏示范小屋，方陣移位，移位過程中兩塊組件摔壞，致其容量變為現在的2.1 kWp;2010 年線路改造完成后，重新進行數據采集。
2 多晶硅雙玻組件性能分析
組件外觀檢查
根據IEC 61215[4]，對多晶硅雙玻組件進行外觀檢查，并對外觀檢查結果進行統計，如表2所示。組件外觀如圖2 所示，表面有少量積灰，邊緣處較為嚴重( 圖2a);未發現組件表面開裂、彎曲，電池表面明顯裂紋，電池表面發黃，焊帶腐蝕、脫層等缺陷。
我們在多晶硅雙玻組件系統中發現了較為嚴重的蝸牛紋[1] 現象( 圖2b)，該多晶硅雙玻系統共20 塊組件，其中有15 塊組件邊緣出現蝸牛紋。由此我們推測邊緣產生蝸牛紋是因為水汽從組件邊緣侵入，在組件內部引起化學反應。根據Richter 等[5] 的研究，蝸牛紋的產生與組件選用材料的水汽透過率(WVTR) 有很大關系，對于雙玻組件而言，由于鋼化玻璃的阻水性較好，水汽透過率較低，水汽一般都是通過組件邊緣侵入組件內部;而對于高分子背板組件，背板水汽透過率較高，水汽從背面侵入組件內部。封裝材料中的化學成分與電池內的一些金屬元素在組件內溶解擴散，Ag 柵線與正面EVA 發生化學反應，造成柵線失色。電池隱裂是出現蝸牛紋的先決條件，但并不是其必要條件[5]。在出現蝸牛紋的組件中，未發現嚴重的功率衰減。
圖2c 中1 塊組件中發現有氣泡產生。有研究顯示，氣泡現象也是雙玻組件封裝容易出現的問題[6]。組件中常見的氣泡有兩類：由于空氣從組件滲透入產生的氣泡和由于組件內部空氣未及時排出產生的氣泡。存在氣泡的組件在使用中，EVA 與玻璃、電池易脫層，嚴重影響組件外觀、電性能和使用壽命。
系統發電性能分析
通過系統采集到的2011、2013 和2015 年3年的發電量數據，對系統進行發電量年值分析，如圖3 所示。廣州地區水平面太陽輻射數據來自國家氣象信息中心監控數據，利用PVsyst 軟件中Perez[7] 輻射計算模型，將水平面輻射轉換為陣列斜面輻射。從圖3 中可看出，系統發電量呈逐年遞減趨勢。2015 和2013 年發電量與2011年相比下降較為明顯;據發電量與太陽輻射均相關性，認為系統發電量降低與廣州地區氣候變化、年輻射量減弱有很大關系。
根據IEC 61724[8] 的定義，PR 值為光伏發電系統的等價發電時Yf 與標準等價輻照時Yr 之比，考慮了太陽輻射的不完全利用( 光譜影響)、光伏陣列的溫升損失、遮擋損失、光伏組件和陣列的失配損失、關鍵器件的性能衰減和失效、線路損耗等因素，在一定程度上表現了光伏發電系統的綜合性能和質量。對系統的PR 值進行了計算，計算結果顯示，2011 年系統PR 值為71.09 %，2013年為59.91 %，2015 年為55.97 %;系統PR值較低。因此，考慮到系統發電量的降低除了受太陽輻射量影響之外，系統性能的減弱與組件本身性能的衰減也有很大關系，但是由于該組件系統安裝時的特殊性，暫時未對組件進行過電學性能測試，后期將把組件拆卸下來，對其進行I-V、EL 測試，具體分析其性能衰減情況。
3 結論
通過對多晶硅雙玻組件系統發電性能的研究發現：
1) 多晶硅雙玻組件系統在戶外并網運行近10 年的條件下，組件表面無明顯破損，電池表面未發生黃變，未發現焊帶腐蝕、脫層等缺陷。20 塊組件中，有15 塊組件邊緣出現了較為嚴重的蝸牛紋現象;其中1 塊組件內有氣泡產生。雙玻組件邊緣無鋁邊框，在華南等候潮濕的地區運行，仍需要考慮增強其邊緣對水汽的阻隔性。
2) 分析這3 年系統發電量與太陽輻射情況后發現：系統發電量的變化與太陽輻射量變化呈正相關;同時，對系統PR 值進行了計算，系統PR 值呈遞減趨勢，PR 值減小反映出組件本身衰減及其他因素也對發電性能造成影響。由于該批雙玻組件安裝的特殊性，暫時未對其進行電學性能測試，后期將針對組件衰減進行測試分析。
1 雙玻組件系統簡介
廣州地區屬海洋性亞熱帶季風氣候，溫暖多雨、光照充足，氣候潮濕，全年平均氣溫為20～ 22 ℃，水平面上年總輻射量為1166 kWh/m2，年平均日照小時數為1906 h，屬我國太陽能資源較豐富區域。圖1 為多晶硅雙玻組件光伏發電系統外觀。用于試驗的多晶硅雙玻組件由上海太陽能科技有限公司生產，組件數量共計20 塊，組件尺寸為1470 mm × 644 mm，安裝于架空層上，組件通風良好;與目前光伏組件主流安裝方式不同，該批組件采用膠粘劑直接粘在支架上。組件正向朝南，安裝傾角為20°。電池片型號為Kyocera( 京瓷)150 mm × 150 mm 多晶硅太陽電池，組件轉換效率為11.10 %，標稱電性能參數如表1 所示。該示范性電站于2007 年8 月7 日建成，已并網運行，初始裝機容量為2.3 kWp，系統所選逆變器由SMA 生產，型號為SunnyBoy 2100;2009 年3 月13 日～ 2010 年3 月23 日，由于修建光伏示范小屋，方陣移位，移位過程中兩塊組件摔壞，致其容量變為現在的2.1 kWp;2010 年線路改造完成后，重新進行數據采集。
2 多晶硅雙玻組件性能分析
組件外觀檢查
根據IEC 61215[4]，對多晶硅雙玻組件進行外觀檢查，并對外觀檢查結果進行統計，如表2所示。組件外觀如圖2 所示，表面有少量積灰，邊緣處較為嚴重( 圖2a);未發現組件表面開裂、彎曲，電池表面明顯裂紋，電池表面發黃，焊帶腐蝕、脫層等缺陷。
我們在多晶硅雙玻組件系統中發現了較為嚴重的蝸牛紋[1] 現象( 圖2b)，該多晶硅雙玻系統共20 塊組件，其中有15 塊組件邊緣出現蝸牛紋。由此我們推測邊緣產生蝸牛紋是因為水汽從組件邊緣侵入，在組件內部引起化學反應。根據Richter 等[5] 的研究，蝸牛紋的產生與組件選用材料的水汽透過率(WVTR) 有很大關系，對于雙玻組件而言，由于鋼化玻璃的阻水性較好，水汽透過率較低，水汽一般都是通過組件邊緣侵入組件內部;而對于高分子背板組件，背板水汽透過率較高，水汽從背面侵入組件內部。封裝材料中的化學成分與電池內的一些金屬元素在組件內溶解擴散，Ag 柵線與正面EVA 發生化學反應，造成柵線失色。電池隱裂是出現蝸牛紋的先決條件，但并不是其必要條件[5]。在出現蝸牛紋的組件中，未發現嚴重的功率衰減。
圖2c 中1 塊組件中發現有氣泡產生。有研究顯示，氣泡現象也是雙玻組件封裝容易出現的問題[6]。組件中常見的氣泡有兩類：由于空氣從組件滲透入產生的氣泡和由于組件內部空氣未及時排出產生的氣泡。存在氣泡的組件在使用中，EVA 與玻璃、電池易脫層，嚴重影響組件外觀、電性能和使用壽命。
系統發電性能分析
通過系統采集到的2011、2013 和2015 年3年的發電量數據，對系統進行發電量年值分析，如圖3 所示。廣州地區水平面太陽輻射數據來自國家氣象信息中心監控數據，利用PVsyst 軟件中Perez[7] 輻射計算模型，將水平面輻射轉換為陣列斜面輻射。從圖3 中可看出，系統發電量呈逐年遞減趨勢。2015 和2013 年發電量與2011年相比下降較為明顯;據發電量與太陽輻射均相關性，認為系統發電量降低與廣州地區氣候變化、年輻射量減弱有很大關系。
根據IEC 61724[8] 的定義，PR 值為光伏發電系統的等價發電時Yf 與標準等價輻照時Yr 之比，考慮了太陽輻射的不完全利用( 光譜影響)、光伏陣列的溫升損失、遮擋損失、光伏組件和陣列的失配損失、關鍵器件的性能衰減和失效、線路損耗等因素，在一定程度上表現了光伏發電系統的綜合性能和質量。對系統的PR 值進行了計算，計算結果顯示，2011 年系統PR 值為71.09 %，2013年為59.91 %，2015 年為55.97 %;系統PR值較低。因此，考慮到系統發電量的降低除了受太陽輻射量影響之外，系統性能的減弱與組件本身性能的衰減也有很大關系，但是由于該組件系統安裝時的特殊性，暫時未對組件進行過電學性能測試，后期將把組件拆卸下來，對其進行I-V、EL 測試，具體分析其性能衰減情況。
3 結論
通過對多晶硅雙玻組件系統發電性能的研究發現：
1) 多晶硅雙玻組件系統在戶外并網運行近10 年的條件下，組件表面無明顯破損，電池表面未發生黃變，未發現焊帶腐蝕、脫層等缺陷。20 塊組件中，有15 塊組件邊緣出現了較為嚴重的蝸牛紋現象;其中1 塊組件內有氣泡產生。雙玻組件邊緣無鋁邊框，在華南等候潮濕的地區運行，仍需要考慮增強其邊緣對水汽的阻隔性。
2) 分析這3 年系統發電量與太陽輻射情況后發現：系統發電量的變化與太陽輻射量變化呈正相關;同時，對系統PR 值進行了計算，系統PR 值呈遞減趨勢，PR 值減小反映出組件本身衰減及其他因素也對發電性能造成影響。由于該批雙玻組件安裝的特殊性，暫時未對其進行電學性能測試，后期將針對組件衰減進行測試分析。
0 條