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太陽能電池無熱斑組件和傳統(tǒng)組件熱斑溫度對比

嘉峪檢測網(wǎng)        2016-05-17 00:43

  概述:

  傳統(tǒng)組件根據(jù)IEC 61215測量熱斑時,高效單晶72片電池組件電池片遮擋處的絕對溫度已經(jīng)超過150°C。而硅基半導體的PN結(jié)Tj標定值也只有150°C。很明顯,隨著電池片效率的提升,組件熱斑溫度還將進一步升高,傳統(tǒng)組件的設(shè)計已經(jīng)不能滿足組件長期安全可靠工作的要求了。

  針對光伏組件中的“熱斑”這一頑疾,通過新的電路設(shè)計,開發(fā)出無熱斑組件。無熱斑組件不僅徹底解決了組件發(fā)生熱斑時電池片的高溫問題,而且當電池串內(nèi)電流失配時,無熱斑組件的輸出功率也比傳統(tǒng)組件高,提高了光伏系統(tǒng)的經(jīng)濟收益。

  在同一實驗環(huán)境下,選一件傳統(tǒng)60片多晶組件和一件60片單晶無熱斑組件測試發(fā)生熱斑時對應(yīng)電池片和旁路保護二極管的溫度。實驗結(jié)果證實,無熱斑組件中熱斑電池片溫度基本沒有變化,和該組件中其它正常工作電池片沒有明顯溫差;而傳統(tǒng)組件中熱斑電池片溫度比組件中其它正常工作電池片溫度高出30°C,而且該電池片的絕對溫度也達到了120°C以上。無熱斑組件發(fā)生熱斑時的低溫特性使高效電池片的長期安全應(yīng)用得到技術(shù)上的保障。

  為了保障光伏組件長期安全可靠正常的發(fā)電能力,建議組件熱斑溫度判定標準限定在150°C以下,并且,熱斑絕對溫度越低,可以判定組件的長期可靠性能越好。

  測試:

  (1)選用60片單晶無熱斑光伏組件(267.268Wp, Imp=8.569A)。

  (2)選用傳統(tǒng)60片多晶光伏組件 (262.440Wp, Imp=8.496A)。

  (3)選用Honel穩(wěn)態(tài)測試儀,箱內(nèi)溫度設(shè)定為28°C,實際溫度27.5°C。

  (4)溫度測量是通過貼在組件背板相對應(yīng)位置的熱電偶獲得的。

  (5)由于測試箱條件的限制,組件溫度保持在80°C而不是IEC標準的50°C。

  無熱斑光伏組件和傳統(tǒng)光伏組件熱斑溫度對比

 無熱斑光伏組件和傳統(tǒng)光伏組件熱斑溫度對比

  (6)遮擋面積的確定

  a)電池片沒有遮擋時,對應(yīng)面積為0%;

  b)按IEC 61215第三版確定Imp時遮擋面積;

  無熱斑組件Imp的遮擋面積為6.18%;

  傳統(tǒng)組件Imp時遮擋面積為10.67%,比無熱斑組件的遮擋面積要大;

  c)選不同電池遮擋面積,測量熱斑電池片和二極管的溫度;

  d)全遮擋電池片100%;

  (7)熱斑電池片和溫度測試點的確定

  通過紅外測溫,選定組件中最差電池片。二塊組件最差電池片都在同一位置。

無熱斑光伏組件和傳統(tǒng)光伏組件熱斑溫度對比

  無熱斑組件和傳統(tǒng)組件測試點唯一不同就是二極管測試點。無熱斑組件二極管封裝在組件背面背板電池片附近,而傳統(tǒng)組件二極管在接線盒中,要挖開硅膠,將熱電偶貼在R6封裝的二極管上,但測試時,沒有再重新灌膠。所測溫度都是二極管的Tc,而不是Tj。但由于二種封裝不一樣,無熱斑組件中二極管是通過EVA+背板,傳統(tǒng)接線盒中二極管R6封裝是通過環(huán)氧樹脂表面測得Tc。

  溫度測試數(shù)據(jù):

  無熱斑組件不同遮擋面積時,各測試點溫度

電池片
遮擋面積

組件中心
參考基準溫度

電池片遮擋位置
溫度

電池片和
基準溫度差

二極管溫度

Tc

封裝在組件中二極管
和基準溫度差

0%

82.9

78.41

-4.49

80.1

-2.8

6.16%

81.5

77.8

-3.7

80.7

-0.8

10.28%

84.6

79.8

-4.8

83.8

-0.8

100%

84.2

78.6

-5.6

95.8

11.6

  注:I-V曲線對應(yīng)Imp的遮擋面積為6.16%

  傳統(tǒng)組件不同遮擋面積時,各測試點溫度

電池片
遮擋面積

組件中心
參考基準溫度

電池片遮擋位置
溫度

電池片和
基準溫度差

二極管溫度

Tc

接線盒內(nèi)二極管
和基準溫度差

0%

92.3

80.7

-11.6

73.5

-18.8

4.89%

92.3

112.0

19.7

74.1

-18.2

11.45%

92.0

124.6

32.6

75.9

-16.1

18.53%

93.7

123.5

29.8

77.7

-16.0

28.39%

94.3

117.0

22.7

80.41

-13.9

50.0%

94.3

106.5

12.2

85.8

-8.5

100%

90.5

80.2

-10.3

93.8

3.3

  注:I-V曲線對應(yīng)Imp的遮擋面積為11.45%

  實驗數(shù)據(jù)分析:

  1.由于測試熱斑的電池片位于緊靠邊框的位置,相比組件中心電池片散熱條件好,導致兩種組件在沒有任何遮擋正常工作時,測試電池片的溫度都比組件中心電池片溫度低(無熱斑組件82.9°C /78.41°C;傳統(tǒng)組件92.3°C /80.7°C)。

  2.無熱斑組件從0%遮擋到100%遮擋,熱斑電池片的溫度始終在組件參考基準溫度值附近,該電池片溫度變化范圍在78.4°C .4斑電池°C。由此推斷,無熱斑組件發(fā)生遮擋時,熱斑電池片的溫度主要受組件工作溫度的影響;而傳統(tǒng)組件熱斑電池片溫度已經(jīng)遠遠超過了組件參考基準溫度(92°C /124.6°C)。從以上可以看出,組件熱斑電池片的高溫是由電池串設(shè)計和電池片本身發(fā)熱造成,在相同組件工作溫度下,傳統(tǒng)組件電池片熱斑最高溫度會遠大于無熱斑組件。而100%遮擋的電池片,由于本身不工作,并且100%被覆蓋,電池溫度比組件中心的基準參考溫度要低。二極管導通后,二極管的溫度將隨電池遮擋面積的增加而升高。

  當兩種組件的測試電池都被100%遮擋時,電池串內(nèi)100%電流都要從旁路二極管通過。二極管處于100%負載加熱狀態(tài),所以溫度處于最高點。從實驗數(shù)據(jù)看,無熱斑組件和傳統(tǒng)組件中二極管的表面溫差并不大(95.8C/93.8C),推測是由于無熱斑組件的二極管是封裝在組件中,受到輻照帶來的額外溫升。

  3.雖然電池片熱斑溫度和硅片、電池片及組件制造工藝有很大關(guān)聯(lián)性,各組件廠的測試數(shù)據(jù)也不完全一致,但有以下的平均值: 

組件種類

60片多晶

72片多晶

72片普通單晶

72片高效單晶

熱斑電池溫度

120°C

130°C

140°C

>150 °C

  硅基材料PN結(jié)的結(jié)溫在正常工作條件下是150°C(不降流使用情況下)。而光伏電池片本身就是PN結(jié),當溫度超過結(jié)溫時,會導致電池片效率降低,同時加速組件其它材料的老化和損壞。因此太陽能電池PN結(jié)結(jié)溫不應(yīng)該高于150°C才能保證其PN結(jié)和組件長期可靠的使用。

  雖然IEC和UL組件相關(guān)標準中并沒有規(guī)定熱斑電池溫度的絕對值,但限于硅基電池PN結(jié)的溫度特性,加上目前組件背板相對溫度指數(shù)(RTI)只有105°C ~110°C的實際狀況,特別是隨著電池片效率的提高,電池片的熱斑溫度將進一步大幅度提高,72片PERC單晶組件的熱斑溫度可能超過160°C。這不但對發(fā)電效率有影響,對低RTI背板,甚至組件的長期可靠性都將是一個巨大威脅(組件質(zhì)保使用溫度上限為+85度)。

  結(jié)論:

  1.無熱斑組件測試電池片遮擋面積從0%增加到100%遮擋過程中,不論旁路二極管是否導通,被遮擋電池片的絕對溫度和組件中心參考溫度基本保持一致(在2°C范圍內(nèi))。無熱斑組件在發(fā)生熱斑時,被遮擋電池片的熱斑溫度主要將由此時組件工作溫度決定。

  2.傳統(tǒng)組件測試電池片遮擋面積從0%增加到100%遮擋過程中,被遮擋電池片的絕對溫度從80.7°C升高到124.6°C;熱斑最高溫度和組件中心參考溫度差30°C以上。如果組件工作溫度降低到50°C,傳統(tǒng)60片多晶組件在發(fā)生遮擋時,熱斑電池片和組件其他正常工作電池片溫度差有可能會達到70°C。

  3.建議將電池熱斑溫度合格判定標準限定在150°C以下。而且,熱斑電池溫度越低,可以判定組件在這方面的長期可靠性越好。

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來源:美通社

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