CN101976698A - I-v曲线异常太阳能电池组件中问题电池片的定位方法和修复方法 - Google Patents

I-v曲线异常太阳能电池组件中问题电池片的定位方法和修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种I-V曲线异常太阳能电池组件中问题电池片的定位方法，包括，测试电池组件的I-V曲线；如果电池组件的I-V曲线异常，将该电池组件划分为若干电池片段，每个片段中串联电池片的数量＞＝1，直到每个划分的电池片段的I-V曲线正常；比较各电池片段的短路电流，如果一个或少数几个电池片段的短路电流与其他电池片段不匹配，即差异超过一个预定值则将该一个或少数几个电池片段作为问题电池片段。根据本发明能够更精确有效地对问题电池片进行定位和修复。

Description

I-V曲线异常太阳能电池组件中问题电池片的定位方法和修复方法 
技术领域
本发明涉及太阳能电池组件，具体涉及I-V曲线异常太阳能电池组件中问题电池片的定位方法和修复方法。 
背景技术
在太阳能电池领域，单独的太阳能电池片发电量小，且不方便作为电源使用，实际运用中要将多个电池片封装成电池组件。在电池组件封装完成后进行功率和I-V曲线测试时，有时会遇到I-V曲线异常，这种异常会导致功率损失，而且电池组件在以后的使用中出现诸如热斑效应等等的问题，严重影响使用寿命。在发现I-V曲线异常后，需要对问题电池组件进行必要的返工。返工的第一步就是确定有问题的电池片，更换有问题的电池片。是否能有效地找到有问题的电池片，直接影响返修的成败。常见的定位有问题的电池片的方法有例如红外拍照，但是返修成功率不高。很多I-V曲线异常的电池组件因为返修成本较高，成功率较低，往往不返修而放行，直接流入电站等系统工程中使用，对电站等系统的运行都有潜在的风险。因此，寻找一套行之有效的I-V曲线异常电池组件电池片的定位方法和修复方法是迫在眉睫的。现在光伏企业逐渐意识到这种问题的严重性，纷纷开始寻找和改善定位方法。 
现有的定位方法之一是采用红外拍照的方法筛选问题电池片。通过这种方法可以发现很多类型的异常，但是红外异常的电池片不一定是导致曲线异常的根本原因.。单纯靠红外诊断的准确率不高，定性定位能力都较低。 
发明内容
针对现有技术中的以上问题，本发明试图提供一种改进的I-V曲线异常太阳能电池组件中问题电池片的定位方法和修复方法， 
为解决以上问题，本发明提供了一种I-V曲线异常太阳能电池组件中问题电池片的定位方法，包括，测试电池组件的I-V曲线；如果电池组件的I-V曲线异常，将该电池组件划分为若干电池片段，每个片段中串联电池片的数量＞＝1，直到每个划分的电池片段的I-V曲线正常；比较各电池片段的短路电流，如果一个或少数几个电池片段的短路电流与其他电池片段不匹配，即差异超过一个预定值则将该一个或少数几个电池片段作为问题电池片段。 
本发明提供了一种I-V曲线异常太阳能电池组件中问题电池片的修复方法，包括利用上述的方法对问题电池片定位，对问题电池片段进行修复。 
本发明提供了一种I-V曲线异常太阳能电池组件中问题电池片的定位方法，包括，a.首先测试电池组件的I-V曲线；b.如果电池组件的I-V曲线异常，则将电池组件划分为若干电池片段，每个片段中串联电池片的数量＞＝1，分别测量每个电池片段的I-V曲线；c.如果每个电池片段的I-V曲线正常，则比较各电池片段的短路电流，如果一个或少数几个电池片段的短路电流与其他电池片段不匹配，即差异超过一个预定值，则将该一个或少数几个电池片段作为问题电池片段；d.如果存在I-V曲线异常的电池片段，则对该I-V曲线异常电池片段重复以上步骤b和c，进一步划分为若干电池片段，如果进一步划分的电池片段的I-V曲线正常，则如上确定出短路电流不匹配的电池片段作为问题电池片段；如果还存在I-V曲线异常的电池片段，则重复以上过程，直到最后一次划分的电池片段的I-V曲线都正常，并从其中确定短路电流不匹配的电池片段作为问题电池片段。 
本发明提供了一种I-V曲线异常太阳能电池组件中问题电池片的修复方法，包括利用前述的方法对问题电池片定位，对问题 电池片段进行修复。 
本发明提供了一种I-V曲线异常太阳能电池串中问题电池片的定位方法，包括，将该I-V曲线异常太阳能电池串分为若干电池片段，将某一电池片段短路后如果该电池串的I-V曲线正常，将该电池片段内的电池片逐片加入到其他部分中，若加入的电池片引起电池串的I-V曲线异常，则将该加入的电池片确定为问题电池片，将该问题电池片短路，如果该电池串I-V曲线正常，则结束问题电池片定位，如果仍然异常，则在将该问题电池片短路后，继续逐片加入电池片定位其他问题电池片，直到该电池串的I-V曲线正常。 
本发明提供了一种I-V曲线异常太阳能电池组件中问题电池片的修复方法，包括利用前述的方法对问题电池片定位，对问题电池片段进行修复。 
本发明提供了一种I-V曲线异常太阳能电池串中问题电池片的定位方法，包括，将该I-V曲线异常太阳能电池串分为若干电池片段，将某一电池片段短路后如果该电池串的I-V曲线正常，将该电池片段内的电池片逐片加入到其他部分中，若加入的电池片引起电池串的I-V曲线异常，则将该加入的电池片确定为问题电池片，将该问题电池片短路，如果该电池串I-V曲线正常，则结束问题电池片定位，如果仍然异常，则在将该问题电池片短路后，继续逐片加入电池片定位其他问题电池片，直到该电池串的I-V曲线正常。 
本发明提供了一种I-V曲线异常太阳能电池串中问题电池片的修复方法，包括利用前述的方法对问题电池片定位，对问题电池片段进行修复。 
本发明提供了一种I-V曲线异常太阳能电池串中问题电池片的定位方法，包括，将该I-V曲线异常太阳能电池串分为若干电池片段，如果将某一电池片段短路后，该电池串的I-V曲线正常，则将该电池片段进一步分为若干子段，重复以上过程直到最终定位到某一个或几个问题电池片。 
本发明提供了一种I-V曲线异常太阳能电池串中问题电池片 的修复方法，包括利用前述的方法对问题电池片定位，对问题电池片段进行修复。 
根据本发明，能够准确定位问题电池片，降低修复成本，提高修复成功率，减少问题电池片对实际应用中带来的风险。 
附图说明
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。 
图1是I-V曲线异常组件的I-V曲线。 
图2是I-V曲线异常组件并联上二极管后的异常I-V曲线。 
图3(a)-(b)是拼接图，进一步表明了I-V曲线变化与旁路二极管之间的联系。 
图4是三电池串构造的电池组件结构示意图。 
图5(a)-(c)是三电池串构造的电池组件的几种I-V曲线异常的类型。 
图6是电池片短路方法示意图。 
图7是电池组件层压前的电池片短路。 
图8是G-solar Z2236太阳模拟器。 
图9是图4三串构造的电池组件的异常I-V曲线。 
图10(a)-(c)是图4三串构造的电池组件中的分串测试结果。 
具体实施方式
太阳能电池组件通常是由多个电池片串联形成。生产电池组件时，会按照电池片的转换效率，将同效率档(一般每0.25％一档)的电池片做成一块电池组件，理论上同效率档电池片短路电流值应该基本相同(差异不大于0.1A)，而实际情况每档电池片之间的短路电流差异仍然存在，片间短路电流不匹配或者电池片段(若干串联电池片)与其他电池片段路电流不匹配是造成I-V曲线异常的根本原因。大量案例分析可得，例如156M(156mm*156mm，单晶)电池片短路电流差异 大于0.11A，125M(125mm*125mm，单晶)电池片短路电流差异大于0.08A，就可能产生I-V曲线异常。生产过程中造成同效率档电池片或电池片段短路电流差异过大的原因可能有以下几种： 
1.电池片分选测试仪误差：电池筛选过程中将不同档的电池片混在一起。 
2.电池片效率衰减：同效率档的电池片效率衰减不一样，被制作在同一块电池组件内。 
3.人为错误：电池片或组件的操作人员将不同档的电池片混在一起。 
4.电池组件生产过程中的因素：电池片裂片(脱落)、电池片异物(遮挡)等。 
以下表示I-V曲线异常的情况。I-V曲线异常组件的I-V曲线如图1。 
该图是标准测试条件下的测试结果，其中， 
测试光强是1000W/m2，温度是25℃，AM1.5G， 
Isc：太阳能电池放置于标准光强(1000W/m2)的照射下，在输出端短路时流过太阳能电池两端的电流； 
Voc：太阳能电池放置与标准光强(1000W/m2)的照射下，在输出端开路时太阳能电池两端的电压； 
Imp(或Imax)：最大功率点工作电流； 
Vmp(或Vmax)：最大功率点工作电压； 
FF：填充因子，即Pm/(Isc*Voc)； 
Cell eff.：电池片效率； 
Module eff.：组件效率。 
从图1可见异常的I-V曲线上部出现了近似台阶状。 
在电池组件的生产中，有些因素会使得异常I-V曲线的台阶更明显。在电池组件的生产中，一般给电池片段加旁路二极管。在图1的同样测试条件下，在外加旁路二极管的情况下，曲线异常电池组件的I-V曲线的台阶更明显。如图2所示，是并联二极管后的异常I-V曲 线。从图1和图2的比较可以很明显地看出并联二极管的作用。图3(a)和3(b)进一步表明了I-V曲线变化与旁路二极管之间的联系。图3(a)和3(b)是拼接图，是将图1和图2的两幅图在台阶处(二极管导通点)分割重新组合得到了，从中可以很明显的看出台阶之后的部分是完全一样的，表明二极管的引入只是使台阶变得更明显。 
以上描述了太阳能电池组件I-V曲线异常形成的原理。 
问题电池片的定位
如上所述片间短路电流不匹配或者电池片段(若干串联电池片)与其他电池片短路电流不匹配是造成I-V曲线异常的根本原因。 
基于以上内容，本发明定位问题电池片的一种过程如下。 
首先测试电池组件的I-V曲线； 
如果I-V曲线异常，将该电池组件划分为若干电池片段(每个片段中串联电池片的数量＞＝1)，直到每个划分的电池片段的I-V曲线正常； 
测量各电池片段的短路电流，并比较各电池片段的短路电流，如果一个或少数几个电池片段的短路电流与其他电池片段不匹配，即差异超过一个预定值(例如ΔIsc＞0.1A，或者其他根据具体应用确定的值)，则将该一个或少数几个电池片段作为问题电池片段，进行进一步处理，如修复，比如使用短路电流与其他电池片段相差不超过该预定值的电池片段替换问题电池片段。 
本发明定位问题电池片的过程还可以描述如下。 
a.首先测试电池组件的I-V曲线； 
b.如果I-V曲线异常，则将电池组件划分为若干电池片段(每个片段中串联电池片的数量＞＝1)，分别测量每个电池片段的I-V曲线； 
c.如果每个电池片段的I-V曲线正常，说明每个电池片段内是短路电流匹配的，则比较各电池片段的短路电流，如果一个或少数几个电池片段的短路电流与其他电池片段不匹配，即差异超过一个预定值(例如ΔIsc＞0.1A，或者其他根据具体应用确定的值)，则将该一个 或少数几个电池片段作为问题电池片段，进行进一步处理，如修复，比如使用短路电流与其他电池片段相差不超过该预定值的电池片段替换问题电池片段； 
d.如果存在I-V曲线异常的电池片段，则对该I-V曲线异常电池片段重复以上步骤b和c，进一步划分为若干电池片段(每个片段中串联电池片的数量＞＝1)，如果进一步划分的电池片段的I-V曲线正常，则如上确定出短路电流不匹配的电池片段作为问题电池片段。如果还存在I-V曲线异常的电池片段，则重复以上过程，直到最后一次划分的电池片段的I-V曲线都正常，并从其中确定短路电流不匹配的电池片段作为问题电池片段。 
在实际的电池组件生产过程中，可以具体实施本发明。如图4所示，实际生产的电池组件通常是划分为3个电池串(电池片段)，每个电池串旁路有一个二极管。针对这种通常的构造，在进行问题电池片的定位时，可以直接利用其3串的划分方式，这样便于定位过程，也便于之后的修复。另外，如前所述，这种旁路二极管的构造也使得I-V曲线异常更显见。以下结合生产中的这种具体情况，描述本发明的一个具体示例。 
图5(a)、5(b)、5(c)表示该具体示例中的几种I-V曲线异常的类型，是以台阶的位置来划分，包括1/3Voc处台阶(图5(a))，2/3Voc处台阶(图5(b))，和两段台阶(图5(c))三种情况，以及一些特殊的台阶。通过分析，可以看出问题电池片的大致分布。通常1/3Voc处台阶代表问题电池片分布在某两串中，2/3Voc处台阶代表问题电池片集中在某一串中。两段台阶代表问题电池片分布在某两串中。 
如果三个电池串整体测时I-V曲线异常，然后测每一串。如果三串电池串各自不存在I-V曲线异常，比较各电池串的短路电流。在串间短路电流差超过一定值时(例如ΔIsc＞0.1A，或者其他根据具体应用确定的值)，会有比较明显的整体I-V曲线异常。将短路电流与其他两部分电池串相差超过此定值的电池串替换作为不匹配的问题电 池串。使用短路电流与其他两部分电池串相差不超过此定值的电池串替换不匹配的电池串。 
若某个电池串本身曲线异常，需要采用精确定位的办法，更换引起曲线异常的某一片或几片电池片。精确定位主要采用分段短路的方法，将某一段短路后如果该电池串的曲线正常，表明问题电池片在该段内，在此基础上，将该段内的电池片逐片加入到其他部分中，若新增加的电池片引起曲线异常，则将该电池片确定为问题电池片，此时单独将这片电池片短路(图6)，为起到较好的短路效果，一般采用电阻率较小的汇流条进行短路，如果是层压前，则直接短路，如果是层压后，须将背板揭掉后将用于短路的互联条(铜带)附近的EVA(乙烯-聚醋酸乙烯)去除后进行短路。如图7所示，可将虚线标出的电池片短路。如果该电池串整体I-V曲线正常，则筛选异常电池片结束，如果仍然异常，则将该电池片短路后，继续用同样的方法定位其他不问题电池片，以此类推，直到曲线完全正常。 
上述的精确定位也可以是将问题电池片所在的段进一步分为若干子段，通过短路方法确定问题电池片在哪个子段，重复以上过程直到最终定位到某一个或几个电池片。 
以下结合图8-10，描述本发明的具体测试条件下对图4组件测试的一个示例。 
测试条件和方法 
1.测试设备：G-solar Z2236太阳模拟器，如图8。该设备是卧式，方便半成品的测试，有效测试面积2m×1m。 
2.测试条件：测试温度25±2℃测试光强1000W/m2
3.测试方法及原理：将组件置于有效区域内，将组件的正负极引出线与设备正负极对应连接后，启动模拟器，在10ms的恒光强闪烁(flash)的过程中，设备的信号采集部分采集到约500组随负载变化一一对应的电流电压值，并描绘成I-V曲线。其中 
EVA：乙烯-聚醋酸乙烯； 
Isc：太阳能电池放置于标准光强(1000W/m2)的照射下，在输出端短路时流过太阳能电池两端的电流； 
Voc：太阳能电池放置与标准光强(1000W/m2)的照射下，在输出端开路时太阳能电池两端的电压； 
Imax：最大功率点工作电流； 
Vmax：最大功率点工作电压； 
FF：填充因子，即Pm/(Isc*Voc)； 
Cell eff.：电池片效率； 
Module eff.：组件效率； 
EnvTemp：环境温度； 
SurfTemp：组件表面温度； 
Sun：辐照强度。 
图9是常见的曲线异常的例子，图10是分串单串测试的结果，可以看出，三个串中每个串的I-V曲线正常。其中一串(如图10.b)的短路电流明显比其它两串小，整串的曲线异常是此串的电流偏小引起的。此时将此串短路，看整体曲线，以进一步确定问题是否由它引起。 
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。 

Claims (14)

1.一种I-V曲线异常太阳能电池组件中问题电池片的定位方法，包括，
测试电池组件的I-V曲线；
如果电池组件的I-V曲线异常，将该电池组件划分为若干电池片段，每个片段中串联电池片的数量＞＝1，直到每个划分的电池片段的I-V曲线正常；
比较各电池片段的短路电流，如果一个或少数几个电池片段的短路电流与其他电池片段不匹配，即差异超过一个预定值则将该一个或少数几个电池片段作为问题电池片段。
2.根据权利要求1的方法，该预定值是根据具体应用确定的值。
3.一种I-V曲线异常太阳能电池组件中问题电池片的修复方法，包括
利用根据权利要求1的方法对问题电池片定位，
对问题电池片段进行修复。
4.根据权利要求3的方法，其中所述修复是使用短路电流与其他电池片段相差不超过该预定值的电池片段替换问题电池片段。
5.一种I-V曲线异常太阳能电池组件中问题电池片的定位方法，包括，
a.首先测试电池组件的I-V曲线；
b.如果电池组件的I-V曲线异常，则将电池组件划分为若干电池片段，每个片段中串联电池片的数量＞＝1，分别测量每个电池片段的I-V曲线；
c.如果每个电池片段的I-V曲线正常，则比较各电池片段的短路电流，如果一个或少数几个电池片段的短路电流与其他电池片段不匹配，即差异超过一个预定值，则将该一个或少数几个电池片段作为问题电池片段；
d.如果存在I-V曲线异常的电池片段，则对该I-V曲线异常电池片段重复以上步骤b和c，进一步划分为若干电池片段，如果进一步划分的电池片段的I-V曲线正常，则如上确定出短路电流不匹配的电池片段作为问题电池片段；如果还存在I-V曲线异常的电池片段，则重复以上过程，直到最后一次划分的电池片段的I-V曲线都正常，并从其中确定短路电流不匹配的电池片段作为问题电池片段。
6.根据权利要求5的方法，该预定值是根据具体应用确定的值。
7.一种I-V曲线异常太阳能电池组件中问题电池片的修复方法，包括
利用根据权利要求5的方法对问题电池片定位，
对问题电池片段进行修复。
8.根据权利要求7的方法，其中所述修复是使用短路电流与其他电池片段相差不超过该预定值的电池片段替换问题电池片段。
9.一种I-V曲线异常太阳能电池串中问题电池片的定位方法，包括，
将该I-V曲线异常太阳能电池串分为若干电池片段，
将某一电池片段短路后如果该电池串的I-V曲线正常，将该电池片段内的电池片逐片加入到其他部分中，若加入的电池片引起电池串的I-V曲线异常，则将该加入的电池片确定为问题电池片，
将该问题电池片短路，如果该电池串I-V曲线正常，则结束问题电池片定位，如果仍然异常，则在将该问题电池片短路后，继续逐片加入电池片定位其他问题电池片，直到该电池串的I-V曲线正常。
10.一种I-V曲线异常太阳能电池组件中问题电池片的修复方法，包括
利用根据权利要求9的方法对问题电池片定位，
对问题电池片段进行修复。
11.一种I-V曲线异常太阳能电池串中问题电池片的定位方法，包括，
将该I-V曲线异常太阳能电池串分为若干电池片段，
将某一电池片段短路后如果该电池串的I-V曲线正常，将该电池片段内的电池片逐片加入到其他部分中，若加入的电池片引起电池串的I-V曲线异常，则将该加入的电池片确定为问题电池片，
将该问题电池片短路，如果该电池串I-V曲线正常，则结束问题电池片定位，如果仍然异常，则在将该问题电池片短路后，继续逐片加入电池片定位其他问题电池片，直到该电池串的I-V曲线正常。
12.一种I-V曲线异常太阳能电池串中问题电池片的修复方法，包括
利用根据权利要求11的方法对问题电池片定位，
对问题电池片段进行修复。
13.一种I-V曲线异常太阳能电池串中问题电池片的定位方法，包括，
将该I-V曲线异常太阳能电池串分为若干电池片段，
如果将某一电池片段短路后，该电池串的I-V曲线正常，则将该电池片段进一步分为若干子段，重复以上过程直到最终定位到某一个或几个问题电池片。
14.一种I-V曲线异常太阳能电池串中问题电池片的修复方法，包括
利用根据权利要求13的方法对问题电池片定位，
对问题电池片段进行修复。
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