光伏組件加速老化衰減測試研究

北極星太陽能光伏網訊:以西北荒漠地區組件運行所處環境條件為依據，通過比對不同方法下組件加速老化的結果，對組件25 年內壽命進行分析研究。

1.光伏組件加速老化實驗條件分析

一般而言，不論是高分子材料老化分析或是半導體加速老化分析，都會引用IUPAC(InternationalUnion of Pure and Applied Chemistry) 所定義的阿倫尼烏斯方程(Arrhenius)[2]，其原本是用來定義反應速率的方程式，但進一步整理後可作為加速老化實驗分析方程式：

式中，Af 為加速老化因子;E 為活化能;K為波茲曼常數(8.623×10-5 eV/K);Tn 為待測物品正常工作溫度;Ta 為待測物品加速老化實驗溫度。

從上述方程可以看到，半導體材料的加速老化因子與加速老化實驗溫度、活化能等有關，通常加速老化實驗溫度越高，其加速老化因子越大;且活化能越大，加速老化因子也越大。對光伏組件加速老化而言，通常綜合老化實驗箱溫度越高，其組件衰減越快;而輻照強度越大( 增加活化能)，其組件衰減越快。

光伏組件的加速老化衰減情況與綜合老化箱的溫度、輻照有關，為此，們開展了3 組組件加速老化實驗：第1 組為相同溼度、相同輻照強度、不同溫度的環境對組件的老化實驗;第2 組為相同溫度、相同溼度、不同輻照強度的環境對組件的老化實驗;第3 組為以西北荒漠地區典型氣候環境為依據進行的模擬老化實驗。

2.實驗

2.1不同溫度下的衰減實驗

整個實驗過程保障實驗的輻照和溼度條件不變，採用不同的溫度參數。整個實驗過程的實驗條件如下：輻照強度為3000 W/m2，溼度在40%～80% 之間循環，分別將3 塊組件恆定在溫度為60 ℃、70 ℃及80 ℃下進行3 組實驗。經過一段時間的運行，發現組件在不同溫度下表現出了不同的衰減特性，如圖2 所示。從圖2 可以看出，對比組件在60 ℃、70 ℃及80 ℃ 3 個溫度下的衰減曲線，發現組件在初期階段衰減率較快，之後以較為穩定的速率繼續衰減;但組件並不是在80 ℃的輻照下衰減速率最快，而是在70 ℃。課題組分析認為，在80 ℃條件下，有可能因為溫度太高，導致組件存在退火現象而使衰減的功率重新提升。

2.2不同輻照強度的衰減實驗

實驗條件：保證70 ℃恆溫，溼度保持在40%～80% 之間循環，分別將3 塊組件恆定在1000 W/m2、3000 W/m2、4000 W/m2 的輻照強度下對組件進行測試，實驗結果如圖3 所示。

從圖3 可以看出，在3000 W/m2 的輻照強度下，組件初始功率衰減的最快;其次為1000 W/m2 時;而在4000 W/m2 下，並非如預想是衰減最快的一組，反而在其他組件發生衰減的同時幾乎保持功率不變。分析認為，這種現象與材料自身的特性有關，組件生產廠家一般會將層壓工藝的EVA 交聯度控制在80%～90% 之間，以更好的發揮EVA 的封裝性能，可保證組件具有良好的耐候性與可靠性。但大量研究表明，由於EVA 內含有紫外交聯劑，初始交聯度低的EVA在老化後會繼續交聯，提高了透光率，使得功率升高。但隨著交聯度的升高與長時間的輻照，使得EVA 發生光降解反應，三維網狀結構發生了鏈斷，物理粘結點變少，導致EVA 的拉伸強度、斷裂伸長率在紫外輻照的前後均出現急劇下降，EVA 與玻璃/ 背板的剝離強度亦有明顯下降;加之組件在一個密閉空間，自身散熱較差，而對組件直接產生了破壞作用。

2.3加速老化模擬實驗

根據上述實驗結果，光伏組件在70 ℃恆溫和3000 W/m2 的輻照強度下，其衰減特性與戶外測試結果更為吻合，因此採用如圖4 所示的實驗條件：70 ℃恆溫、溼度保持在40%～80% 之間循環、 3000 W/m2 的輻照強度，開展光伏組件的加速老化模擬實驗。

為了更好的尋找組件在綜合實驗箱內的老化規律，在整個實驗過程中，每隔一定時間對組件功率進行測試，整體實驗結果如圖5所示。

3.結論

1) 組件在綜合老化箱的衰減趨勢與NERL戶外組件長期測試衰減規律相似，都是在組件初期經過一個快速衰減，然後在運行後期以一個較為緩慢速率衰減，而且後期的衰減基本以穩定的速率勻速進行。因此可以推斷，組件原輔材料在其有效年限內的衰減率是線性的。

2)光伏組件的功率衰減與短路電流的衰減基本一致，而在後期衰減過程中開路電壓基本保持不變，這表明組件的後期老化衰減主要與材料的光學損失有關。

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