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以建立在廣州大學(xué)城中山大學(xué)太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所樓頂雙玻組件光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)一批在廣州地區(qū)濕熱氣候條件下并網(wǎng)運(yùn)行近10 年的多晶硅雙玻組件進(jìn)行外觀檢查及系統(tǒng)長(zhǎng)期累積發(fā)電統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，該雙玻組件系統(tǒng)發(fā)電性能較為穩(wěn)定，可靠性良好。
1 雙玻組件系統(tǒng)簡(jiǎn)介
廣州地區(qū)屬海洋性亞熱帶季風(fēng)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(shí)數(shù)為1906 h，屬我國(guó)太陽(yáng)能資源較豐富區(qū)域。圖1 為多晶硅雙玻組件光伏發(fā)電系統(tǒng)外觀。用于試驗(yàn)的多晶硅雙玻組件由上海太陽(yáng)能科技有限公司生產(chǎn)，組件數(shù)量共計(jì)20 塊，組件尺寸為1470 mm × 644 mm，安裝于架空層上，組件通風(fēng)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(hào)為Kyocera( 京瓷)150 mm × 150 mm 多晶硅太陽(yáng)電池，組件轉(zhuǎn)換效率為11.10 %，標(biāo)稱(chēng)電性能參數(shù)如表1 所示。該示范性電站于2007 年8 月7 日建成，已并網(wǎng)運(yùn)行，初始裝機(jī)容量為2.3 kWp，系統(tǒng)所選逆變器由SMA 生產(chǎn)，型號(hào)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(guò)程中兩塊組件摔壞，致其容量變?yōu)楝F(xiàn)在的2.1 kWp;2010 年線路改造完成后，重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
2 多晶硅雙玻組件性能分析
組件外觀檢查
根據(jù)IEC 61215[4]，對(duì)多晶硅雙玻組件進(jìn)行外觀檢查，并對(duì)外觀檢查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，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(yán)重( 圖2a);未發(fā)現(xiàn)組件表面開(kāi)裂、彎曲，電池表面明顯裂紋，電池表面發(fā)黃，焊帶腐蝕、脫層等缺陷。
我們?cè)诙嗑Ч桦p玻組件系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了較為嚴(yán)重的蝸牛紋[1] 現(xiàn)象( 圖2b)，該多晶硅雙玻系統(tǒng)共20 塊組件，其中有15 塊組件邊緣出現(xiàn)蝸牛紋。由此我們推測(cè)邊緣產(chǎn)生蝸牛紋是因?yàn)樗麖慕M件邊緣侵入，在組件內(nèi)部引起化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)Richter 等[5] 的研究，蝸牛紋的產(chǎn)生與組件選用材料的水汽透過(guò)率(WVTR) 有很大關(guān)系，對(duì)于雙玻組件而言，由于鋼化玻璃的阻水性較好，水汽透過(guò)率較低，水汽一般都是通過(guò)組件邊緣侵入組件內(nèi)部;而對(duì)于高分子背板組件，背板水汽透過(guò)率較高，水汽從背面侵入組件內(nèi)部。封裝材料中的化學(xué)成分與電池內(nèi)的一些金屬元素在組件內(nèi)溶解擴(kuò)散，Ag 柵線與正面EVA 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成柵線失色。電池隱裂是出現(xiàn)蝸牛紋的先決條件，但并不是其必要條件[5]。在出現(xiàn)蝸牛紋的組件中，未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的功率衰減。
圖2c 中1 塊組件中發(fā)現(xiàn)有氣泡產(chǎn)生。有研究顯示，氣泡現(xiàn)象也是雙玻組件封裝容易出現(xiàn)的問(wèn)題[6]。組件中常見(jiàn)的氣泡有兩類(lèi)：由于空氣從組件滲透入產(chǎn)生的氣泡和由于組件內(nèi)部空氣未及時(shí)排出產(chǎn)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(yán)重影響組件外觀、電性能和使用壽命。
系統(tǒng)發(fā)電性能分析
通過(guò)系統(tǒng)采集到的2011、2013 和2015 年3年的發(fā)電量數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電量年值分析，如圖3 所示。廣州地區(qū)水平面太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)家氣象信息中心監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，利用PVsyst 軟件中Perez[7] 輻射計(jì)算模型，將水平面輻射轉(zhuǎn)換為陣列斜面輻射。從圖3 中可看出，系統(tǒng)發(fā)電量呈逐年遞減趨勢(shì)。2015 和2013 年發(fā)電量與2011年相比下降較為明顯;據(jù)發(fā)電量與太陽(yáng)輻射均相關(guān)性，認(rèn)為系統(tǒng)發(fā)電量降低與廣州地區(qū)氣候變化、年輻射量減弱有很大關(guān)系。
根據(jù)IEC 61724[8] 的定義，PR 值為光伏發(fā)電系統(tǒng)的等價(jià)發(fā)電時(shí)Yf 與標(biāo)準(zhǔn)等價(jià)輻照時(shí)Yr 之比，考慮了太陽(yáng)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(guān)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(xiàn)了光伏發(fā)電系統(tǒng)的綜合性能和質(zhì)量。對(duì)系統(tǒng)的PR 值進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示，2011 年系統(tǒng)PR 值為71.09 %，2013年為59.91 %，2015 年為55.97 %;系統(tǒng)PR值較低。因此，考慮到系統(tǒng)發(fā)電量的降低除了受太陽(yáng)輻射量影響之外，系統(tǒng)性能的減弱與組件本身性能的衰減也有很大關(guān)系，但是由于該組件系統(tǒng)安裝時(shí)的特殊性，暫時(shí)未對(duì)組件進(jìn)行過(guò)電學(xué)性能測(cè)試，后期將把組件拆卸下來(lái)，對(duì)其進(jìn)行I-V、EL 測(cè)試，具體分析其性能衰減情況。
3 結(jié)論
通過(guò)對(duì)多晶硅雙玻組件系統(tǒng)發(fā)電性能的研究發(fā)現(xiàn)：
1) 多晶硅雙玻組件系統(tǒng)在戶外并網(wǎng)運(yùn)行近10 年的條件下，組件表面無(wú)明顯破損，電池表面未發(fā)生黃變，未發(fā)現(xiàn)焊帶腐蝕、脫層等缺陷。20 塊組件中，有15 塊組件邊緣出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的蝸牛紋現(xiàn)象;其中1 塊組件內(nèi)有氣泡產(chǎn)生。雙玻組件邊緣無(wú)鋁邊框，在華南等候潮濕的地區(qū)運(yùn)行，仍需要考慮增強(qiáng)其邊緣對(duì)水汽的阻隔性。
2) 分析這3 年系統(tǒng)發(fā)電量與太陽(yáng)輻射情況后發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)發(fā)電量的變化與太陽(yáng)輻射量變化呈正相關(guān);同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)PR 值進(jìn)行了計(jì)算，系統(tǒng)PR 值呈遞減趨勢(shì)，PR 值減小反映出組件本身衰減及其他因素也對(duì)發(fā)電性能造成影響。由于該批雙玻組件安裝的特殊性，暫時(shí)未對(duì)其進(jìn)行電學(xué)性能測(cè)試，后期將針對(duì)組件衰減進(jìn)行測(cè)試分析。
1 雙玻組件系統(tǒng)簡(jiǎn)介
廣州地區(qū)屬海洋性亞熱帶季風(fēng)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(shí)數(shù)為1906 h，屬我國(guó)太陽(yáng)能資源較豐富區(qū)域。圖1 為多晶硅雙玻組件光伏發(fā)電系統(tǒng)外觀。用于試驗(yàn)的多晶硅雙玻組件由上海太陽(yáng)能科技有限公司生產(chǎn)，組件數(shù)量共計(jì)20 塊，組件尺寸為1470 mm × 644 mm，安裝于架空層上，組件通風(fēng)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(hào)為Kyocera( 京瓷)150 mm × 150 mm 多晶硅太陽(yáng)電池，組件轉(zhuǎn)換效率為11.10 %，標(biāo)稱(chēng)電性能參數(shù)如表1 所示。該示范性電站于2007 年8 月7 日建成，已并網(wǎng)運(yùn)行，初始裝機(jī)容量為2.3 kWp，系統(tǒng)所選逆變器由SMA 生產(chǎn)，型號(hào)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(guò)程中兩塊組件摔壞，致其容量變?yōu)楝F(xiàn)在的2.1 kWp;2010 年線路改造完成后，重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
2 多晶硅雙玻組件性能分析
組件外觀檢查
根據(jù)IEC 61215[4]，對(duì)多晶硅雙玻組件進(jìn)行外觀檢查，并對(duì)外觀檢查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，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(yán)重( 圖2a);未發(fā)現(xiàn)組件表面開(kāi)裂、彎曲，電池表面明顯裂紋，電池表面發(fā)黃，焊帶腐蝕、脫層等缺陷。
我們?cè)诙嗑Ч桦p玻組件系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了較為嚴(yán)重的蝸牛紋[1] 現(xiàn)象( 圖2b)，該多晶硅雙玻系統(tǒng)共20 塊組件，其中有15 塊組件邊緣出現(xiàn)蝸牛紋。由此我們推測(cè)邊緣產(chǎn)生蝸牛紋是因?yàn)樗麖慕M件邊緣侵入，在組件內(nèi)部引起化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)Richter 等[5] 的研究，蝸牛紋的產(chǎn)生與組件選用材料的水汽透過(guò)率(WVTR) 有很大關(guān)系，對(duì)于雙玻組件而言，由于鋼化玻璃的阻水性較好，水汽透過(guò)率較低，水汽一般都是通過(guò)組件邊緣侵入組件內(nèi)部;而對(duì)于高分子背板組件，背板水汽透過(guò)率較高，水汽從背面侵入組件內(nèi)部。封裝材料中的化學(xué)成分與電池內(nèi)的一些金屬元素在組件內(nèi)溶解擴(kuò)散，Ag 柵線與正面EVA 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成柵線失色。電池隱裂是出現(xiàn)蝸牛紋的先決條件，但并不是其必要條件[5]。在出現(xiàn)蝸牛紋的組件中，未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的功率衰減。
圖2c 中1 塊組件中發(fā)現(xiàn)有氣泡產(chǎn)生。有研究顯示，氣泡現(xiàn)象也是雙玻組件封裝容易出現(xiàn)的問(wèn)題[6]。組件中常見(jiàn)的氣泡有兩類(lèi)：由于空氣從組件滲透入產(chǎn)生的氣泡和由于組件內(nèi)部空氣未及時(shí)排出產(chǎn)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(yán)重影響組件外觀、電性能和使用壽命。
系統(tǒng)發(fā)電性能分析
通過(guò)系統(tǒng)采集到的2011、2013 和2015 年3年的發(fā)電量數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電量年值分析，如圖3 所示。廣州地區(qū)水平面太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)家氣象信息中心監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，利用PVsyst 軟件中Perez[7] 輻射計(jì)算模型，將水平面輻射轉(zhuǎn)換為陣列斜面輻射。從圖3 中可看出，系統(tǒng)發(fā)電量呈逐年遞減趨勢(shì)。2015 和2013 年發(fā)電量與2011年相比下降較為明顯;據(jù)發(fā)電量與太陽(yáng)輻射均相關(guān)性，認(rèn)為系統(tǒng)發(fā)電量降低與廣州地區(qū)氣候變化、年輻射量減弱有很大關(guān)系。
根據(jù)IEC 61724[8] 的定義，PR 值為光伏發(fā)電系統(tǒng)的等價(jià)發(fā)電時(shí)Yf 與標(biāo)準(zhǔn)等價(jià)輻照時(shí)Yr 之比，考慮了太陽(yáng)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(guān)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(xiàn)了光伏發(fā)電系統(tǒng)的綜合性能和質(zhì)量。對(duì)系統(tǒng)的PR 值進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示，2011 年系統(tǒng)PR 值為71.09 %，2013年為59.91 %，2015 年為55.97 %;系統(tǒng)PR值較低。因此，考慮到系統(tǒng)發(fā)電量的降低除了受太陽(yáng)輻射量影響之外，系統(tǒng)性能的減弱與組件本身性能的衰減也有很大關(guān)系，但是由于該組件系統(tǒng)安裝時(shí)的特殊性，暫時(shí)未對(duì)組件進(jìn)行過(guò)電學(xué)性能測(cè)試，后期將把組件拆卸下來(lái)，對(duì)其進(jìn)行I-V、EL 測(cè)試，具體分析其性能衰減情況。
3 結(jié)論
通過(guò)對(duì)多晶硅雙玻組件系統(tǒng)發(fā)電性能的研究發(fā)現(xiàn)：
1) 多晶硅雙玻組件系統(tǒng)在戶外并網(wǎng)運(yùn)行近10 年的條件下，組件表面無(wú)明顯破損，電池表面未發(fā)生黃變，未發(fā)現(xiàn)焊帶腐蝕、脫層等缺陷。20 塊組件中，有15 塊組件邊緣出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的蝸牛紋現(xiàn)象;其中1 塊組件內(nèi)有氣泡產(chǎn)生。雙玻組件邊緣無(wú)鋁邊框，在華南等候潮濕的地區(qū)運(yùn)行，仍需要考慮增強(qiáng)其邊緣對(duì)水汽的阻隔性。
2) 分析這3 年系統(tǒng)發(fā)電量與太陽(yáng)輻射情況后發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)發(fā)電量的變化與太陽(yáng)輻射量變化呈正相關(guān);同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)PR 值進(jìn)行了計(jì)算，系統(tǒng)PR 值呈遞減趨勢(shì)，PR 值減小反映出組件本身衰減及其他因素也對(duì)發(fā)電性能造成影響。由于該批雙玻組件安裝的特殊性，暫時(shí)未對(duì)其進(jìn)行電學(xué)性能測(cè)試，后期將針對(duì)組件衰減進(jìn)行測(cè)試分析。
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