电池老化测试

光伏组件老化失效及加速老化测试的研究

安晓君

【摘要】针对光伏系统25年全寿命周期内不同阶段的环境耐久性、材料性能和使

用寿命等研究进展,通过光伏组件加速老化检测,预估光伏产品25年后的状况,从而

促进光伏产业快速健康的发展.

【期刊名称】《应用能源技术》

【年(卷),期】2018(000)012

【总页数】3页(P45-47)

【关键词】光伏组件;加速老化;检测

【作者】安晓君

【作者单位】宁夏新能源研究院(有限公司),银川750021

【正文语种】中文

【中图分类】TM915.1

0引言

中国光伏产业近年保持迅猛发展态势，装机容量持续3年雄踞全球第一，领先国

际先进技术。光伏产业链中的晶硅、电池片、组件、逆变器等产品的产量跃居国际

首位。光伏产品的质量是保证光伏电站长期安全有效运营的关键，作为占光伏电站

投资总额60%左右的核心原材料光伏组件的安全及寿命，有必要进行专项研究。

金太阳示范工程明确组件使用寿命不低于25年，衰减率25年内不高于20%。

光伏组件功率衰减主要有两个阶段,一个是早期的光致衰减，即组件功率在使用初

期有一个快速衰减,主要是硼氧复合体,降低少子寿命,导致组件功率下降；另一个是

组件的老化衰减阶段,即在长期使用中组件功率衰减随累积暴晒量基本上呈线性衰

减,主要由于封装材料的老化。

光伏组件加速老化试验方法较多，国际标准IEC61215明确了光伏组件的实验条件

的统一，但该标准主要针对光伏组件25年全生命周期内寿命的的衰减情况，没有

对组件在25年内的衰减情况进行分析，因此光伏组件术耐久性和可靠性问题一直

存在。IEC总的测试目的是长期内针对一个早期失效情况所做的，而不是预测长期

使用过程中的性能表现和使用寿命。因此文中将着重探讨老化原理及检测衰减。

1光伏组件老化及失效

1.1组件老化因素

组件在自然环境中，不可避免的受到太阳的辐射、地理位置、海拔高度、季节变化、

以及其它极端气候现象等气候因素的影响。会有表面褪色、粗糙、甚至导致其使用

功能和性能都逐渐衰退，导致最终丧失使用价值。

将组件曝晒于全球不同气候特征的环境中是不现实的，主要考虑材料老化的三大主

要因素。

1.2组件失效现象

由于电池的缓慢衰减以及封装材料的性能退化，此类衰减可通过实验室模拟环境和

相应的加速老化实验验证。一些组件在使用一段时间后出现功率明显下降的现象。

2组件加速老化检测初探

2.1老化测试类型及实验条件

为了更好了解材料的老化现象机理和预防老化，提高耐老化性能、寿命预估等，通

常采用老化试验方法有:自然气候老化试验和人工加速老化试验。

最早采用的、最真实和最重要方法是在自然气候环境条件下的暴露试验，试验结果

与实际使用中产生的结果之间一致性好、相关性好。但同时该类方法存在两个缺点:

一是试验周期长，二是试验的重复性差，在不同的时间、不同地点开始的试验很难

获得一致的结果。

宁夏新能源研究院户外检测场系统设备主要包括电学测试系统、天气数据采集系统

及户外标准测试架等。其中，电压电流曲线测量仪主要用于测量光伏组件电压-电

流特性，能够长时间测量以及累积光伏组件电压-电流特性曲线，提供相关参数分

析。可以搭配气候监测系统，将辐照度、温度、湿度、风速等气候条件与组件测试

结果导入数据库中，进行长期特性监控。可长时间监控至少24片光伏组件特性。

组件信息记录仪主要用于采集组件温度监控数据并进行分析，包含数据整合数据库

以及相关分析程序，可针对数据作和标准相关的判断及分析，也可随用户的需求对

数据进行各种比对提供相关参数分析。同时搭配气候监测系统，将照度、温度、湿

度、风速等气候条件与组件测试结果导入数据库中，进行长期特性监控。

户外太阳光谱监测系统需搭配追日系统，可长期监控户外太阳光谱，并提供软件做

长时间数据累积及分析。

户外光伏组件测试架包含了各种IEC规范中对光伏组件户外测试的需求以及一些

相关测试架需求，户外长期曝晒用测试架等。

2.2组件加速老化检测实验

为尽快发现组件的质量隐患，一般通过紫外实验、热循环实验、湿冻实验、湿热实

验来评估。

阿伦尼乌斯方程被通认为是加速老化实验方程式：

式中，Af为加速老化因子，E为活化能，K=8.623*10-5eV/K,Tn待测物品正常工

作温度，Ta加速老化条件温度，以上式可见，材料的加速老化因子与加速老化实

验温度正相关，对于组件老化试验温度越高，组件功率衰减越大；辐照度越大，组

件衰减越大。

湿气大温度年差异大地区可引入湿冻试验考核湿气对光伏组件性能的影响，湿冻试

验前先确保组件的外观以及EL(电致发光)测试正常，通过调节试验箱温度和湿度，

标准要求10个循环见图2，加速老化试验做约50个循环对光伏组件进行加速老

化，部分光伏组件的EVA背板颜色发黄，甚至出现催化和断裂痕迹；光伏组件出

现电池片栅线消失、焊带及汇流条腐蚀痕迹，造成光伏组件的串联电阻增大。

图1组件热循环检测

图2组件湿冻检测

为了缩短老化试验时间，试验的结果能达到与实际情况的匹配性，试验的重复和重

现的目的，通常采用实验室加速老化试验，通过人工模拟强化某一因素或几种因素

的作用而获得加快试验进程的效果，由于试验条件可控，试验的重复性也得到了保

证。人工加速试验在具备加速性的同时必须要求具备模拟性，才有实用意义与效果。

光伏电站运营商发现电站运行3-5年后，发电量明显下降2%以上，经长期监测分

析最终能推断出是由于光伏组件功率衰减引起，并且对于产品寿命期25年内到底

功率会衰减多少？当前国家大力推广的光伏电站，运行若干年后会不是不仅发电量

锐减，并且会存在严重的安全隐患呢？

光伏组件是太阳能光伏发电系统中的重要发电单元，其发电能力直接影响业主单位

的经济收益。由于产品长期放置于户外，一般运行至少达到25年，因此其产品的

安全性、可靠性和耐久性就显的尤为突出。目前常用的晶体硅光伏组件的主要原材

料和部件的选取以及光伏组件采用的生产设备、封装工艺和质量控制手段对产品最

终质量影响非常大。

提升产品生产和系统集成企业设计、研发、生产的能力，促进产品和系统的技术进

步和技术创新。

3结束语

光伏产业发展过快，材料性能，设备安全耐久性问题也日益凸显，光伏产品的安全

和可靠性必须高度重视，而耐久性是安全与可靠性重要表现指标，在光伏行业系统

中是重中之重。

开展光伏组件加速老化检测，符合当前光伏产业发展的需要，有利于推动国内光伏

硅材料、组件和系统集成的技术进步，规范市场健康、有序发展。

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