调查在50 MWp Potential-Induced退化晶体硅光伏电站

文摘

常规性能恶化的p型晶体硅太阳能电池组件和模块字符串potential-induced退化造成的光伏电站在地里被发现。PID-affected太阳能光伏电站的模块下进一步研究系统在实验室。第一次,我们发现中性点电压的模块字符串向前移动到正极PID-affected模块字符串随着时间的推移。即使低正电压应用于PID-prone模块,它可能导致PID。thermographic和致发光(EL)图像PID-affected模块的字符串也表现出正常的退化模式。这是在良好的协议与实测的功率损耗下马在标准试验条件下太阳能模块。本文获得的结果表明,太阳能模块的最大力量退化率高达53.26%,此前只有一年的运作,因为PID。由于大量的太阳能模块和不完全恢复,这是一个可怕的灾难对核电站的所有者和模块生产商。

1。介绍

晶体硅太阳能模块一直被认为拥有高可靠性超过25年,每年约0.8%的电力降解率(1,2]。然而,近年来,一个灾难性的力量退化引起的potential-induced退化(PID)吸引了相当多的注意力从核电站所有者,模块生产商和研究人员。有些研究人员认为几个模块组件,如封面衬底,封装,氮化硅(SiNx: H)电影,雨,与PID和腐蚀相关,他们建议防止PID在太阳能电池和模块生产的水平3- - - - - -6]。但其他作者认为金属离子的碱石灰玻璃封面PID是一个关键原因。这些钠装饰堆积层错被确定为potential-induced退化的主要原因(7- - - - - -10]。

到目前为止,总是存在一些争论PID的机制,也没有有效的措施防止PID。杨等人甚至公布了PID-affected模块(子字符串的性能恶化11]。摘要常规性能恶化的p型晶体硅太阳能电池组件和模块字符串potential-induced退化造成的光伏电站在地里被发现。PID-affected太阳能光伏电站的模块下进一步研究系统在实验室。详细分析了PID发生在50 MWp晶体硅太阳能电厂提出了贡献。我们发现的中性点电压模块中的字符串向前移动到正极PID-affected模块字符串首次随着时间的推移。即使低正电压应用于PID-prone模块,它可能导致PID。常规的退化模式thermographic和致发光(EL)图像PID-affected模块显示字符串。PID-affected模块的电气性能也表明,这些太阳能电池组件的功率退化率与相关模块安装在模块字符串的位置。本文获得的新发现能帮助识别和发现PID的神秘。

2。实验和方法

在这部作品中,PID-affected太阳能模块来自50 MWp晶体硅太阳能发电厂位于中国。图1(一)显示现场50 (MWp发电电厂和图1 (b)显示了线路图子数组的发电厂。图2(一个)显示的照片PID-affected太阳能模块,和人物2 (b)显示的是与72年太阳能模块的电路图太阳能电池。光伏电站,十八串行太阳能模块相互连接成一个模块字符串接地的每个模块的铝框。每个太阳能模块由72块p型单晶硅太阳能电池连接在一个系列,分别。细胞特性的unpassivated全区域丝网印刷铝背表面场125×125毫米的尺寸²和70 nm SiNx: H抗反射涂层12]。

为了得到稳定的结果,我们选择了一个~ 25°C的环境温度,超过800 W / m²太阳能照射,~ 60%相对湿度的测试条件。Thermographic太阳能模块得到的图像由T420红外摄像机分辨率为320×240像素的光谱范围7.5 -13μ米(FLIR系统Inc . T420)。阳光照射剂量被YFJ-10太阳能辐照计测量。太阳能模块的操作温度通过热电偶测量。从PID-affected太阳能模块,模块字符串,下马,在序列。太阳能电池组件的性能是衡量太阳能模拟器(PASAN Sunsim 3 c)在标准测试条件下(STC): 1千瓦/ m²辐照度、25°C模块温度和AM1.5全球谱)。太阳模拟器校准的标准模块。致发光(EL)图像测量太阳能电池组件的厄尔在实验室测量系统。

3所示。结果与讨论

3.1。的潜力和中性点位移模块字符串

图3显示的最大潜在差异18模块之间的相同模块字符串地面和电池的太阳能模块,测量在该领域的下一个开放的电路。地面之间的电位差和细胞的数量取决于太阳能模块,太阳能照射,温度模块。图3(一个)显示测量结果的最大潜在差异18模块从同一模块字符串发电厂的电网后不久就完成了。图3 (b)显示测量结果的最大潜在差异18模块从同一模块字符串操作一年以后。从图3,我们发现地上和细胞之间的电位差是负的模块1和模块9日和地面之间的电位差,细胞是正从模块10模块18后不久电厂与电网的连接。经过一年的运行,中性点电压的模块字符串向前移动到正极。地面和细胞之间的电位差模块9从消极到积极发展。从18模块9模块,该模块越是接近系统的负极,更严重的退化的开路电压模块(11]。由于无变压器的逆变器拓扑,中性点电压的模块字符串向前移动到阳极的铝架太阳能模块接地。当电场的方向模块9逆转后一年的运作,即使低正电压应用于PID-prone模块,它可能导致PID。

比较图3(一个)与图3 (b),开路电压模块的字符串相同模块变得越来越小的字符串在几乎相同的测试条件下上面提到的。这是由于PID模块的字符串。负电位与地面导致PID的发生。

地面和细胞之间的电位差创建一个表面电场的太阳能电池。图4(一)18显示了电场模块从同一模块字符串网格连接后不久,和图4 (b)18显示了电场模块后一年的操作。

从图4,我们发现只有电场产生的积极的地面和细胞间的电位差可以驱动金属离子,如钠离子驱动的PN结现有堆积层错。这导致损害的PN结和开路电压的降低。这一结论同意(13]。

图5显示的方向电场之间的地面和太阳能电池模块的相同模块的字符串。植物是短时间后不久,电场的方向是直接从太阳能电池铝框架模块1模块,如图5(一个),而电场的方向逆转模块10模块18,如图5 (b)。后一年的运作,电场的方向为模块1模块8是直接从太阳能电池铝框架,而电场的方向模块9到18逆转是因为PID模块。这表明,电场的方向模块9逆转后一年的操作。这种现象意味着中性点电压的模块字符串向前移动到正极PID-affected模块字符串随着时间的推移。如果不存在电场产生的正电压应用于细胞,PID不会发生。

基于上面的分析,我们发现积极的潜在的地面和太阳能电池的区别是PID的必要条件。消除电场产生的积极的地面和细胞间的电位差是一种有效的措施防止PID。

3.2。Thermographic太阳能模块的图像从同一PID-Affected模块字符串

太阳能模块的thermographic图像从同一PID-affected模块字符串显示在图6。照片拍摄在~ 20°C的环境温度下,全球辐射~ 800 W / m²、~ 1米/秒的风速。在图像采集过程中,字符串模块运行在最大功率点。18太阳能模块的thermographic图像最高温度点,在接线盒是建立在后面。这是因为接线盒影响太阳能电池的散热。从图6thermographic图像模块1和模块9表现出均匀的温度分布。没有太阳能电池模块模块1到9的高温。它似乎表明,PID-free模块从1到9。这同意[14,15]。相反,有一些太阳能电池温度升高10到18模块从模块。越接近一个模块是负极,是细胞的数量越大温度升高。太阳能模块的thermographic图像从同一PID-affected模块显示正则退化模式字符串字段。这是不同的,在实验室里获得的结果(16,17]。

一个有趣的发现是,太阳能电池的温度附近Al帧高于中间细胞PID-affected太阳能模块。这是因为附近的电场Al框架比中央更密集的区域;附近即太阳能电池铝框架遭受更严重的PID。PID-affected细胞的分流电阻急剧减少;因此,细胞的暗电流增加照明下显著。太阳能电池的性能毗邻Al帧不如中间细胞PID-affected太阳能模块。因此,一个更小的部分阳光转化为电能。因此,PID-affected细胞表现出更高的温度比声音的。

3.3。致发光图像的太阳能模块从同一个PID-Affected下马模块字符串

图7机电致发光的图像显示了太阳能模块从同一个PID-affected下马模块在电厂的字符串。这些照片是在室内拍摄的。从图7,我们发现模块1到9的细胞有相同的EL强度。从一些太阳能电池模块模块10到18,毗邻Al EL图像帧出现黑暗,而中间细胞出现明亮PID-affected太阳能模块。越接近一个模块是负极,是暗细胞的数量越大PID-affected模块。深色的太阳能电池的外观,更严重的是退化引起的PID。EL太阳能模块的图像从同一个PID-affected下马模块字符串正则退化模式。比较图6与图7致发光图像之间,有一个很好的协议,thermographic图像,表现出类似的退化模式。

3.4。太阳能模块的功率退化下马来自同一PID-Affected模块字符串

图8显示了电流-电压和p - v曲线的太阳能模块从同一个PID-affected下马模块在标准试验条件下字符串。表1显示模块的电气参数8之前装运和之后一年的操作。模块的电气参数9之前装运和之后一年的操作展示在表2。从这里,可以观察到,降解率几乎是相同的模块1和模块8。模块9 2.5%功率下降后一年的运作,并高于模块8。这表明低积极地面和细胞间的电位差也会导致PID PID-prone太阳能模块。这表明太阳能模块略受PID不能确定thermographic和致发光图像由于精度的限制。权力和开路电压峰值(Voc)的模块从9到18减少明显的序列。然而,短路电流PID-affected模块从同一模块的字符串有一个细微的变化;这是符合一些发现在文献[18]。越接近一个模块是负极,更严重的是退化的PID-affected太阳能模块。

表3显示模块的电气参数18之前装运和之后一年的操作。从表3,我们发现模块的Voc 18减少从45.01 V至31.86 V,和峰值功率模块从196.95 W 18岁降低到92.06 W,而功率下降53.26%后一年的操作。这表明potential-induced退化导致灾难性影响光伏电站的性能和能量输出。

4所示。结论

本文的调查PID-affected晶体硅太阳能电池组件。第一次,我们发现低正电压可能导致PID PID-prone太阳能模块。PID-affected模块字符串与电网的中性点电压模块中的字符串向前移动到正极随着时间的推移。PID-affected光伏电站,太阳能模块的thermographic和致发光图像模块中的字符串展览同时正则退化模式。这项研究还表明,太阳能模块的功率退化率下马的字段与模块安装在一个模块的位置字符串。这些新发现的贡献可以帮助识别和发现PID的神秘。PID-affected细胞的微量分析下马的字段必须进一步发展。本研究的延伸在我们实验室正在进行当中。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢的支持国家关键技术研发项目(批准号2015 baa09b01)。这项研究也支持了中国的自然科学基金(批准号61376067和61376067)和2016年国家电网科技项目(ny71 - 16 - 027)。

引用

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