温度和湿度对降解率的影响Multicrystalline硅光伏模块

文摘

在光伏模块,前面的相对湿度(rh)密封剂不同于背后的密封剂(rh_回来)。在这项研究中,有效的湿度(rh_eff)在光伏模块是调查研究水分变化对降解率的影响()。rh_eff代表统一湿度在光伏模块时暴露于某些湿热条件。五种加速测试进行了推导rh的关系_eff和rh_回来。rh_eff与rh显示一个线性关系_回来在恒定的温度。两种类型的模型,即艾林和派克模型,用于预测光伏模块及其结果进行了比较。的光伏模块的热激活0.49 eV。此外,温度和rh_eff光伏模块的历史超过一年被确定在两个地点:迈阿密(FL、美国)和凤凰城(美国AZ)。积累的基于温度和rh的值_eff模块被求和计算每小时的退化量随时间的变化。

1。介绍

水分可以扩散到光伏模块通过他们的透气床单或乙烯醋酸乙烯酯(EVA)表(1]。当服务在炎热和潮湿的气候条件下,光伏模块经验含水率的变化,整个历史的相关模块的降解性能(1]。如果水分开始穿透聚合物和达到太阳能电池,它可以削弱界面胶粘剂债券,导致分层(2)和增加的数量进入路径,钝化的损失(3],焊点的腐蚀4,5]。这些可能性,腐蚀的发生频率最高的国家之一在outdoor-exposed PV模块(6]。重大损失在光伏模块的性能是由腐蚀引起的细胞,也就是说,SiNx增透膜,或金属材料的腐蚀,也就是说,焊料债券和Ag手指(7,8]。腐蚀是指金属的破坏性的化学或电化学反应的环境。水分从环境中可能导致电化学反应会导致腐蚀。金属电化学反应的环境,一个水,ion-conduction有利环境是必要的;此外,在高温下,气体金属反应是可能的(9]。国际电工委员会(IEC) 61215个测试定义一个湿热(DH)测试10.13。DH试验进行确定长期渗透的湿度对材料的影响。因此,许多研究人员研究了光伏模块的可靠性的基础上,IEC 61215。Laronde et al。10)采用DH测试研究光伏模块的降解受到腐蚀。Peike et al。11)报道,网格腐蚀或减少导发射器和电网之间DH-induced退化的最可能的原因。他们还表明,高温加速水汽渗透到模块和随后的降解反应。此外,据报道,粘附强度的损失加剧了暴露在高湿度环境中(2),从细胞促进伊娃的分层3),导致电网腐蚀(12]。因此,为了了解电网的影响腐蚀退化的光伏模块,需要理解周围的环境如何影响模块温度()和水分含量的模块。肯普(1)建议分析方程可用于确定时间尺度的水分进入透气床单。Koehl et al。13)表明,面前的最大水分浓度细胞后没有达到1000 h DH条件下在85°C和85% rh因为长路径表。他们也记录前面的湿度细胞没有直接受到环境波动在实际天气条件的影响。

如上所述,光伏模块是退化的环境温度和湿度;此外,这些因素可以加速退化。这退化主要是由于腐蚀(4,5,7,8,10,11]。可以认为,光伏模块的温度是均匀分布的;然而,水分浓度在光伏模块并不统一。因此,很难预测moisture-induced退化。

因此,在这项研究中,有效的湿度(rh_eff在光伏模块)被调查研究水分变化的影响在光伏模块。rh_eff代表统一湿度在光伏模块时暴露于某些DH条件。本文文档rh的关系_eff环境温度和湿度。此外,合成模块降解率(为各种rh)_eff价值观也是本文报道。这些数据让真实的热,moisture-induced的预测PV值的计算模块,使加速度因子(AF) DH测试。

2。实验

6英寸multicrystalline Si (m-Si)太阳能电池被用于这项研究。细胞的典型特征的光强度1太阳大约如下:开路电压(),0.60 V;短路电流密度(),33.9 mA /厘米²;填充因子(FF) 0.72;和转换效率16.8%。

镀铜带线,62 sn36pb2ag焊料,用于细胞互连。带线的尺寸是0.15毫米×1.5毫米。样本分为两组的基础上分层的条件。1型与伊娃排列,细胞,EVA。2型与低铁玻璃层压面积180毫米×180毫米,厚度3.2毫米,厚度0.35毫米的伊娃,一个细胞,一个伊娃,和课程的后板的厚度0.35毫米,如图1(一),1(b)1(c),与EVA太阳能电池层压加热到150°c 12分钟。封装后,样品被分成五组,加速应力,如表所示1。五种测试条件选择:85°C, 85% rh (8585), 65°C, 85% rh(6585),和45°C, 85% rh(4585)温度加速和65°C, 75% rh(6575),和65°C,湿度65% rh(6565)加速度。总共有5箱,每十个样品,进行测试。DH条件得到一个环境室(Hygros340C ACS有限公司、马萨Martaba、意大利)。


数量	温度 (°C)	相对湿度(%)	样本大小 (EA)

1	85年	85年	10
2	65年	85年	10
3	45	85年	10
4	65年	75年	10
5	65年	65年	10

每个样品的电学性能测量每200 h使用太阳能仿真系统(K202 Lab200, Mac科学,首尔,韩国)。标准测试条件(一)辐照度:1000 W / m²,(b)电池温度:25°C,和(C)光谱辐照度分布:1.5 G (IEC 60904 - 3)。

加速测试(ATs)进行了4500 h 8585年,6585年和4585年和6575年和6565年3200 h。所有样品的最大功率at后下降了超过5%。使用的结果,平均为每个条件计算。

3所示。预测模型和有效的湿度

数据可以假设与实证动力学模型假设降解的速率正比于水的浓度在光伏模块中,和速率常数的阿伦尼乌斯的温度依赖性。

Escobar和米克14]提出了两个退化模型:艾林和派克模型变化,用于操作条件在温度和湿度加速应力的测试。基于艾林模型(降解率)是由在哪里的热降解过程的活化能(eV),波尔兹曼常数(电动汽车/ K),温度(°K), rh是相对湿度(%)。和是两个常数依赖于故障模式。(% / h)平均失效到达时间的倒数(MTTF)在给定的条件。为了获得,我们确定时间减少5%在最初的最大功率()所有样本。生活分布测定ALTA 7软件。使用结果,MTTF是计算。

其他退化模型基于派克模型()表示如下: 在哪里和是两个常数依赖于故障模式。

为了获得,在(1),,在(2),方程可以用对数刻度上的一条直线,使用下面的公式:

左边的图(3)与(°K)给出了一个斜坡阿伦尼乌斯的阴谋和一个拦截。

与(°K)给出了一个斜坡阿伦尼乌斯的阴谋和拦截和。

的在光伏模块依赖于他们的环境气候,材料(密封剂,后板)属性,和操作条件。如果所有的信息是可用的,水分浓度背后密封剂使用扩散模型可以计算(1]。然而,前面的密封剂的水分浓度是不同的细胞,因为从后面的长路径表(13]。在85°C, 85% rh测试,最大含水量的密封剂迅速达成;然而,前面密封剂的最大水分含量没有达到即使1000 h的曝光时间13]。因此,猕_eff光伏模块的被认为是确定统一的模块中的水分含量。

为了获得均匀的湿度的影响在其退化,光伏模块光伏模块与EVA /单元/ EVA结构(类型1)如图1(一个)。这是由于细胞和伊娃层结构允许水汽渗透细胞的表面在几分钟之内在DH测试(15]。

在1型的情况下,可以认为,光伏模块的rh制服。如果和常量(,确定等),1型的降解率()可以预测然而,以防玻璃/ EVA /电池/ EVA /后管板结构(类型2),rh不是统一在光伏模块。因此,很难修复的rh PV模块。如果是已知的,表达的右边(4),猕_eff如下: 在哪里和其他参数(,,,(ATs)可以确定如表所示1。使用(5),猕_eff重新安排如下:

4所示。结果

4.1。加速测试的结果

平均归一化的变化1型的模块作为时间的函数绘制在图2。图中显示,随时间线性减少。结果与对应在早期的研究中发现的(6,16]。几位作者17,18)认为,有限的实验证据是不够的线性是理所当然的和显示一个指数退化率可能是一个更合适的趋势一样在某些光电设备。然而,应该注意的是,这两个趋势表现出非常相似的进化在第一个10 - 15年;如果假定相似的初始年度降解率,然后线性退化率是一个更加悲观的估计(19]。

为了保持简单的讨论,我们将不考虑指数退化率。

使用1型样品的结果,为每个组条件确定。

通过拟合的吗数据(1)和(2)温度的三个值。和其他常数计算总结如表2。


模型

艾林	0.49		281.86	- - - - - -	- - - - - -
派克	0.49	- - - - - -	- - - - - -	0.0037	3.82

的模块也为每个组条件决定。的值(% / h) 8585年,6585年,4585年,6575年和6565年分别为0.00611,0.00208,0.00087,0.00132,和0.00079,分别。

为了获得rh之间的关系_eff和rh背后密封剂,在(4)所取代值。图3显示了rh的阴谋_eff与rh的密封剂在恒定温度和恒定的湿度。在这两种模型,rh_eff对rh线性关系在一个恒定的温度,和rh_eff减少线性温度恒定的湿度(插图图3)。因此,猕_eff表示如下:

(一)

(b)

(c)

(d)

图3

_eff _eff _eff _eff _eff _eff rh对rh背后EVA和rh与模块温度是两个策划预测模型:(a) rh对rh艾林背后伊娃在恒定温度下的模型,(b) rh与模块温度恒定湿度对于艾林模型,(c) rh与rh背后伊娃在恒定温度下的派克模型,(d) rh与模块温度恒定湿度派克模型。

使用猕_eff值条件下,预测(5)绘制在图作为时间的函数4。它表明,预测几乎是相同的测量数据。

4.2。加速因子

房颤是指之间的比例在一个给定的温度下,rh_eff和在一个参考温度,rh_eff(在我们的例子中25°C, 50%)[20.]。房颤表示为在哪里和rh₀分别引用参考温度和湿度。

图5显示了房颤轮廓rh的情节_eff与module-temperature数据。估计8585条件与AFs 25°C, 50% rh范围从190×250×派克和艾林模型,分别。然而,在实际操作中,一个恒定的温度和rh是不现实的。到项目现场在一个特定的位置,以年度模块温度和rh背后的密封剂。

(一)

(b)

5。在两个基准气候

两个基准气候(bmc)选择量化压力:迈阿密(FL、美国)和凤凰城(美国AZ)。module-temperature历史暴露在两个bmc来自气象数据(21]。佛罗里达州迈阿密的气象数据,对2005年和凤凰城,亚利桑那州,2002年获得国家气候数据中心。

背后的rh密封剂使用模型计算的水分进入[1]。我们确定的活化能密封剂溶解度在一个先前的研究(22]。最大水汽传输速率回表的评估。使用WVTR瞬态WVTR测量仪器(Permatran-W^3/33,Mocon明尼阿波利斯,美国)25°C, 37.8°C, 50°C。假设之间的阿仑尼乌斯方程和温度,可以被描述为参数和得到的曲线拟合的一块的与。的和值是g / m²分别/天0.367 eV。

积累的基于温度和rh模块_eff可以通过加总计算每小时的退化量随时间的变化,给出了吗

热,光伏模块的历史超过一年计算在两个bmc如图6。与热火相比,该模块温度凤凰高转移超过10°C和rh_eff有一个相对较低的分布。

积累两个bmc计算使用(12),它是基于温度和rh模块_eff的图6。

规范化和光伏模块的暴露于两个bmc是绘制在图一年7(一)。积累的大于3.0%在迈阿密。8585年的条件通常用于DH测试作为IEC 61215。因此,积累暴露于8585年积累的评估和比较在迈阿密。积累的和暴露在8585年是23.7和23.1倍比在迈阿密,如图7 (b)。Koehl et al。13)报道,房颤的8585是23热带网站(Serpong、印尼),40一个干旱的站点(塞代Boqer,以色列),和106年一个高山站点(Zugspitze、德国)退化过程的活化能0.416 eV。

(一)

(b)

在6585年的情况下,值根据艾林和派克模型比在迈阿密的9.5和9.3倍。因此,可以认为,派克模型是一个有点保守的估计预测。

6。结论

本研究的目的是调查的关系与rh环境温度和湿度_eff的光伏模块和使用rh_eff值预测实际天气条件下的值。

光伏模块的退化是由温度和湿度加速(1,4,5,10,11]。可以认为,光伏模块的温度是均匀的。然而,水分浓度不均匀13]。因此,我们与EVA / 1型模块使用cell / EVA结构均匀的湿度模块。

两种类型的模型,即艾林和派克模型,用于预测,他们的结果进行了比较。五种at进行确定和湿度依赖性。的光伏模块的热激活0.49 eV。

的含水率在光伏模块依赖于材料属性如表和伊娃。因此,我们确定了关系背后的rh密封剂和rh_eff。rh的背后密封剂使用水分进入模型计算。热、猕_eff光伏模块的历史超过一年计算在两个bmc。暴露于8585年,积累和值在凤凰城,分别约为23.7和23.1倍比在迈阿密。

缩写:

房颤:	加速因子
:	加速测试
BMC:	基准气候
DH:	湿热
伊娃:	乙烯醋酸乙烯酯
FF:	填充因数
IEC:	国际电工委员会
:	短路电流密度
MTTF:	平均失效到达时间
PV:	光伏
:	降解率
:	降解率基于艾林模型
:	降解率基于派克模型
rh:	相对湿度
rh_回来:	相对湿度的背后密封剂
rh_eff:	有效的湿度
:	模块温度
:	开路电压。

确认

这项工作是由韩国的新能源和可再生能源研究所能源技术评估和规划(KETEP)拨款的贸易、工业和能源(MOTIE)(没有。2012 t100100605)。此外,这项工作得到了韩国研究所的人力资源开发的能源技术评估和规划(KETEP)赠款资助的韩国知识经济部(没有政府。20104010100640)。

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