[發明專利]一種光伏組件長期耐候性能測試方法

有效

• 申請號: 201810407545.2
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108680486B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 王磊;張臻;潘武淳;吳軍
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;H02S50/15
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;張賞

1.一種光伏組件長期耐候性能測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)準備典型的局部漏電、微裂紋、低并聯電阻3種缺陷類型的電池樣品，并將單片電池樣品封裝成小組件，每種缺陷類型組件7塊，其中3塊用于高低溫循環老化測試，3塊用于高溫高濕老化測試，1塊作為參考組件；

2)采用電致發光設備測試3種共21塊實驗小組件的電池缺陷分布，保存電致發光圖像，對缺陷明顯的物理位置在小組件背面做標識；

3)采用直流電源對21塊實驗小組件分別施加反偏12V電壓，并用電流電壓表測試漏電流大小；

4)采用紅外熱像儀測試反偏12V電壓下，21塊實驗小組件的溫度，保存溫度分布圖；

5)根據步驟2)和步驟4)的測試結果，計算21塊實驗小組件中電池缺陷處的局部IV性能；包括：

51)采用鎖相紅外熱成像測試設備，拍攝實驗小組件在兩個正向偏壓下的暗鎖相熱成像圖像，根據缺陷分析需要，將實驗小組件平均分成n個區域，利用圖像軟件得到不同偏壓下每個區域所對應的鎖相熱成像局部熱信號幅值T_i^U，i為位置索引，i＝1,2,3……n；根據在不同正向偏壓下鎖相熱成像局部熱信號幅值與局部功率密度成比例，分別利用公式(1)和(2)得到區域i的暗飽和電流密度J_0i和理想因子n_i；

其中，U₁、U₂分別為施加的兩個正向偏壓，I_b為正向偏壓U₂下整個實驗小組件的電流，分別為兩個正向偏壓U₁、U₂下實驗小組件鎖相熱成像區域i的熱信號幅值，為正向偏壓U₂下整個實驗小組件的平均熱信號幅值，A_cell為整個實驗小組件面積；

其中，k為玻爾茲曼常數，T為整個太陽電池片組件樣品的溫度，采用開爾文溫度，q為電荷常數；

52)參考太陽電池單二極管等效電路模型，根據硅太陽電池發射的電致發光強度與樣品內的過量載流子密度成正比的關系，建立利用電致發光方法確定電池局部電壓的計算模型，具體如下：

其中，L_i為區域i的電致發光強度，C_i為區域i的校準系數，U_i為區域i的電壓，U_t＝(k*T)/q為熱電壓；

53)根據步驟51)確定的區域i的暗飽和電流密度J_0i和步驟52)確定的區域i的電壓U_i，利用公式(4)得到實驗小組件區域i的電流密度J_i，然后利用公式(5)進而計算得到區域i的串聯電阻R_s,i：

其中，U為整個實驗小組件施加的正向偏壓，I_i為區域i的電流，A_i為區域i的區域面積；

54)根據實驗小組件標準狀況下的串聯電阻R_s和步驟52)確定的區域i的電壓U_i，利用公式(6)得到實驗小組件區域i的并聯電阻R_sh,i：

55)利用光束誘導電流法獲得局部短路電流密度J_sc；

56)采用單二極管等效電路模型，利用五參數法進一步獲得實驗小組件局部的IV曲線；

6)將實驗小組件放入環境箱，從環境箱引出實驗小組件的正、負極，采用直流電源對實驗小組件施加12V反偏電壓，設置環境箱分別進行高溫高濕老化與高低溫循環老化實驗；

在高溫高濕老化實驗過程中，每間隔100小時按照步驟2)測試環境箱中實驗小組件的電致發光圖像，按照步驟3)測試環境箱中實驗小組件的漏電流，按照步驟4)測試環境箱中實驗小組件的溫度分布圖像，按照步驟5)測試并計算環境箱中實驗小組件的缺陷處局部IV性能；

在高低溫循環老化實驗過程中，每間隔20個循環按照步驟2)測試環境箱中實驗小組件的電致發光圖像，按照步驟3)測試環境箱中實驗小組件的漏電流，按照步驟4)測試環境箱中實驗小組件的溫度分布圖像，按照步驟5)測試并計算環境箱中實驗小組件的缺陷處局部IV性能；

7)根據步驟2)至5)的測試結果和步驟6)的測試結果，進行對比，分析實驗小組件整體電性能衰減與缺陷處局部電性能衰減；

8)根據步驟2)至6)的測試結果，總結典型局部漏電、微裂紋、低并聯電阻電池3種缺陷類型的實驗小組件在環境老化過程中的反偏漏電流大小及分布變化規律，分析實驗小組件水汽滲透與高低溫循環對微缺陷太陽電池的累積影響；

9)根據高低溫循環和高溫高濕兩種加速老化環境下，不同老化時間點的微缺陷實驗小組件電性能參數，采用ANSYS軟件模擬輻照分布不均勻度與漏電流分布類型組合條件下熱斑電池溫度分布，分析電池最嚴重熱斑產生條件與高溫失效概率，并模擬計算非均勻輻照光伏組件中太陽電池、EVA、背板、玻璃各層材料的溫度分布，結合材料耐溫性能，分析光伏組件的長期耐候性能；

10)完成環境老化實驗后，針對實驗過程中缺陷處局部電性能變化顯著的實驗小組件，采用掃描電子顯微鏡對缺陷部位電鏡成像，分析其微觀變化，結合熱斑電池溫度分布及老化實驗過程中實驗小組件的缺陷處局部IV性能，分析其復合失效機理。