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双玻多晶硅光伏组件户外运行性能分析
2018-09-10 15:58:00   来源:太阳能杂志   作者:于红波采编  点击:

   以建立在广州大学城中山大学太阳能系统研究所楼顶双玻组件光伏发电系统为研究对象,通过对一批在广州地区湿热气候条件下并网运行近10 年的多晶硅双玻组件进行外观检查及系统长期累积发电统计后发现,该双玻组件系统发电性能较为稳定,可靠性良好。

 
  1 双玻组件系统简介
 
  广州地区属海洋性亚热带季风气候,温暖多雨、光照充足,气候潮湿,全年平均气温为20~ 22 ℃,水平面上年总辐射量为1166 kWh/m2,年平均日照小时数为1906 h,属我国太阳能资源较丰富区域。图1 为多晶硅双玻组件光伏发电系统外观。用于试验的多晶硅双玻组件由上海太阳能科技有限公司生产,组件数量共计20 块,组件尺寸为1470 mm × 644 mm,安装于架空层上,组件通风良好;与目前光伏组件主流安装方式不同,该批组件采用胶粘剂直接粘在支架上。组件正向朝南,安装倾角为20°。电池片型号为Kyocera( 京瓷)150 mm × 150 mm 多晶硅太阳电池,组件转换效率为11.10 %,标称电性能参数如表1 所示。该示范性电站于2007 年8 月7 日建成,已并网运行,初始装机容量为2.3 kWp,系统所选逆变器由SMA 生产,型号为SunnyBoy 2100;2009 年3 月13 日~ 2010 年3 月23 日,由于修建光伏示范小屋,方阵移位,移位过程中两块组件摔坏,致其容量变为现在的2.1 kWp;2010 年线路改造完成后,重新进行数据采集。
 
 
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  2 多晶硅双玻组件性能分析
 
  组件外观检查
 
  根据IEC 61215[4],对多晶硅双玻组件进行外观检查,并对外观检查结果进行统计,如表2所示。组件外观如图2 所示,表面有少量积灰,边缘处较为严重( 图2a);未发现组件表面开裂、弯曲,电池表面明显裂纹,电池表面发黄,焊带腐蚀、脱层等缺陷。
 
 
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  我们在多晶硅双玻组件系统中发现了较为严重的蜗牛纹[1] 现象( 图2b),该多晶硅双玻系统共20 块组件,其中有15 块组件边缘出现蜗牛纹。由此我们推测边缘产生蜗牛纹是因为水汽从组件边缘侵入,在组件内部引起化学反应。根据Richter 等[5] 的研究,蜗牛纹的产生与组件选用材料的水汽透过率(WVTR) 有很大关系,对于双玻组件而言,由于钢化玻璃的阻水性较好,水汽透过率较低,水汽一般都是通过组件边缘侵入组件内部;而对于高分子背板组件,背板水汽透过率较高,水汽从背面侵入组件内部。封装材料中的化学成分与电池内的一些金属元素在组件内溶解扩散,Ag 栅线与正面EVA 发生化学反应,造成栅线失色。电池隐裂是出现蜗牛纹的先决条件,但并不是其必要条件[5]。在出现蜗牛纹的组件中,未发现严重的功率衰减。
 
 
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  图2c 中1 块组件中发现有气泡产生。有研究显示,气泡现象也是双玻组件封装容易出现的问题[6]。组件中常见的气泡有两类:由于空气从组件渗透入产生的气泡和由于组件内部空气未及时排出产生的气泡。存在气泡的组件在使用中,EVA 与玻璃、电池易脱层,严重影响组件外观、电性能和使用寿命。
 
  系统发电性能分析
 
  通过系统采集到的2011、2013 和2015 年3年的发电量数据,对系统进行发电量年值分析,如图3 所示。广州地区水平面太阳辐射数据来自国家气象信息中心监控数据,利用PVsyst 软件中Perez[7] 辐射计算模型,将水平面辐射转换为阵列斜面辐射。从图3 中可看出,系统发电量呈逐年递减趋势。2015 和2013 年发电量与2011年相比下降较为明显;据发电量与太阳辐射均相关性,认为系统发电量降低与广州地区气候变化、年辐射量减弱有很大关系。
 
 
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  根据IEC 61724[8] 的定义,PR 值为光伏发电系统的等价发电时Yf 与标准等价辐照时Yr 之比,考虑了太阳辐射的不完全利用( 光谱影响)、光伏阵列的温升损失、遮挡损失、光伏组件和阵列的失配损失、关键器件的性能衰减和失效、线路损耗等因素,在一定程度上表现了光伏发电系统的综合性能和质量。对系统的PR 值进行了计算,计算结果显示,2011 年系统PR 值为71.09 %,2013年为59.91 %,2015 年为55.97 %;系统PR值较低。因此,考虑到系统发电量的降低除了受太阳辐射量影响之外,系统性能的减弱与组件本身性能的衰减也有很大关系,但是由于该组件系统安装时的特殊性,暂时未对组件进行过电学性能测试,后期将把组件拆卸下来,对其进行I-V、EL 测试,具体分析其性能衰减情况。
 
  3 结论
 
  通过对多晶硅双玻组件系统发电性能的研究发现:
 
  1) 多晶硅双玻组件系统在户外并网运行近10 年的条件下,组件表面无明显破损,电池表面未发生黄变,未发现焊带腐蚀、脱层等缺陷。20 块组件中,有15 块组件边缘出现了较为严重的蜗牛纹现象;其中1 块组件内有气泡产生。双玻组件边缘无铝边框,在华南等候潮湿的地区运行,仍需要考虑增强其边缘对水汽的阻隔性。
 
  2) 分析这3 年系统发电量与太阳辐射情况后发现:系统发电量的变化与太阳辐射量变化呈正相关;同时,对系统PR 值进行了计算,系统PR 值呈递减趋势,PR 值减小反映出组件本身衰减及其他因素也对发电性能造成影响。由于该批双玻组件安装的特殊性,暂时未对其进行电学性能测试,后期将针对组件衰减进行测试分析。 
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