CN102565613B - 光伏组件边缘湿漏电性和长期可靠性的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏组件检测技术领域，尤其是光伏组件边缘湿漏电性和长期可靠性的检测装置，包括样品、溶液槽、绝缘耐压测试仪和计算机，将样品放置在溶液槽中，绝缘耐压测试仪首先通过溶液槽采集样品的湿漏电流，然后传输至计算机实时显示并存储数据。本发明所述的检测装置可在确保安全测试的前提下，测试具有不同边缘距离、不同EVA和硅胶材料、不同封边方式、不同封装结构组件样品的湿漏电性和长期可靠性，检测方法具有操作方便，安全性高，实用性强和成本低廉的优点，该检测装置及方法对组件样品的结构设计、新材料选择及户外使用风险的分析与研究具有重要意义。

Description

光伏组件边缘湿漏电性和长期可靠性的检测装置及方法

技术领域

本发明涉及光伏组件检测技术领域，尤其是光伏组件边缘湿漏电性和长期可靠性的检测装置及方法。

背景技术

光伏组件的结构主要包括前板玻璃、EVA、电池、背板、焊带、硅胶及铝边框，单体太阳能电池质薄易碎，且容易老化，必须使用耐候性好的材料将其封装成组件之后才能在户外正常使用；前板玻璃通常为3.2mm的高透光钢化玻璃；背板通常为耐候性极好的高分子复合材料或钢化玻璃。目前，光伏组件的制作是将铝边框通过硅胶固定在层压件四周，而层压件的制作首先是通过真空高温层压经焊带焊接的太阳能电池，然后将太阳能电池密封于前板和背板中间的EVA中。

由于光伏组件须长时间在户外使用，其并网电压通常为600/1000V两个档位。当光伏组件正常工作时，其对大地的偏压会通过铝边框形成漏电流接向大地，漏电流过大会导致光伏组件出现极化功率衰减和电化学腐蚀现象，漏电流严重时会直接危害到光伏发电系统和人身安全。美国的NREL在文献《Requirements for a Standard Test to Rate the Durability of PV Modulesat System Voltage》中详细介绍了光伏组件对地偏压的湿漏电对组件可靠性及功率的影响。封装材料如玻璃和背板通常具有较好的绝缘性能，而密封较好的晶体硅组件会由于硅胶老化导致边缘密封性能下降；光伏组件边缘往往由于密封不良而导致边缘处的EVA长期直接暴露于高温高湿环境，光伏组件漏电流大幅增大，尤其薄膜组件漏电流明显；有些厂家为追求光伏组件的高效率，把带电体和组件边缘的距离做到最小；有些特殊应用的组件甚至不使用硅胶密封组件边缘。

理论上，组件样品边缘部分的湿漏电流可以用公式I＝V/R，当电压一定时，边缘部分的电阻越大，湿漏电流越小，组件样品性能越好，边缘电阻的大小主要与材料本身的电阻率、电池离边缘的距离、背板和EVA吸水率及边缘处的密封性能有关。为避免光伏组件在使用中出现边缘漏电而导致组件失效的问题，目前主要采用两种方法：1、选择绝缘性能更好、吸水率更低的EVA和背板，在组件边缘密封更多硅胶，优化组件设计以及添加漏电保护装置来避免湿漏电带来的风险；2、光伏组件出厂前对极小比例的组件按IEC61215和UL1703标准进行湿漏电抽检。第一种方法可以在一定程度上降低组件湿漏电失效的风险，如美国Sunpower公司的US 2010/0139740A1专利，该专利是通过对组件端设计的改进来降低组件极化功率衰减的危险；而专利US 7786375B2是通过一个漏电保护装置来降低组件极化功率衰减带来的危险。第二种方法中的IEC61215和UL1703标准中的检测方法及相关设备已不能满足光伏组件长期湿漏电的可靠性检测要求，并且其在新EVA和硅胶材料的导入、组件叠层设计及可靠性研究时，无法给设计者和实验员提供更多的重要信息。目前，普通湿漏电测试仪或IEC61215和UL1703标准中提及的测试方法只能用于检测室温条件下的湿漏电流，无法准确计量产品边缘处的湿漏电流，也不具备长期可靠性的监测功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、操作方便、实用性强且成本低的光伏组件边缘湿漏电性和长期可靠性的检测装置及方法，检测光伏组件在结构设计、新材料选择及户外使用的风险，保证光伏组件的长期可靠性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光伏组件边缘湿漏电性和长期可靠性的检测装置，包括样品、溶液槽、绝缘耐压测试仪和计算机，将样品放置在溶液槽中，绝缘耐压测试仪首先通过溶液槽采集样品的湿漏电流，然后传输至计算机实时显示并存储数据。

样品由边框、背板、底层EVA、带电体、引出端、引出线、顶层EVA、玻璃和硅胶组成，样品为具有边缘距离的密封组件，样品引出线连接至绝缘耐压测试仪的正极。

溶液槽由电加热装置、带孔绝缘板、绝缘隔离管、进水孔、外部管道、溶液、排水孔、外部排水管道、阀门、风冷装置、电路模块、绝缘箱体和绝缘箱体内层组成。

溶液槽底部为电加热装置，电加热装置上面的带孔绝缘板用于存放待测样品和隔离电加热装置，带孔绝缘板上装有至少三根绝缘隔离管，待测样品靠在竖直的绝缘隔离管上；溶液槽底角的排水孔通过阀门与外部排水管道相连，溶液槽顶角的进水孔通过阀门与外部管道相连，阀门控制溶液槽中溶液的进排；溶液槽的背面有风冷装置，风冷装置的下端为升降温控制电路模块；溶液槽背面的风冷装置高于内部溶液平面；绝缘箱体内层包含隔热材料。

溶液槽可同时存放至少两块测试样品，溶液的PH为3～11，电阻率为3000～3500Ω·cm。

绝缘耐压测试仪包括正极、负极、按键、LCD显示屏、粗调旋钮和微调旋钮，绝缘耐压测试仪的正极连接待测样品的样品引出端，负极通过连接线路将负极接头浸入溶液槽的溶液中。

绝缘耐压测试仪可提供0～3000V直流电压，检测最大不超过10mA的漏电流，有过流保护和报警装置，正极可多通道并联输出采集各通道漏电流。按键可设置电压、加压速度、过流保护值、数据存储和采集，粗调旋钮和微调旋钮用于调节电压，LCD显示屏用于实时显示多通道的电流数据。

一种光伏组件边缘湿漏电性和长期可靠性的检测方法为：将待测样品垂直放置在溶液槽中，样品之间通过绝缘隔离管相互隔开，在溶液槽中通过阀门与外部管道注入溶液，样品底部边缘部分浸入溶液即可；将绝缘耐压测试仪的正极通过连接线路将正极接头连接样品引出端，正极接头彼此不能接触，绝缘耐压测试仪的负极通过连接线路将负极接头浸于溶液中，负极接头不能接触样品。

开启绝缘耐压测试仪、计算机主机和溶液槽电路模块电源，然后，打开计算机中绝缘耐压测试仪的操作程序，设定溶液的温度，设定绝缘耐压测试仪的电压、加压速度、电流采集频率、漏电流保护和检测通电时间，启动检测程序，待数据采集完成后，导出数据和图表。

测试完毕后，依次关闭绝缘耐压测试仪、溶液槽电路模块电源和计算机，用平口钳取出样品。

本发明的有益效果：本发明所述的检测装置可在确保安全测试的前提下，测试具有不同边缘距离、不同EVA和硅胶材料、不同封边方式、不同封装结构组件样品的湿漏电性和长期可靠性，测试溶液温度自动可调，湿漏电流可自动实时监控和采集，检测方法具有操作方便，安全性高，实用性强和成本低廉的优点，该检测装置及方法对组件样品的结构设计、新材料选择及户外使用风险的分析与研究具有重要意义。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；

图1是本发明的设计原理图；

图2是本发明装置整体结构示意图的正面图；

图3是本发明装置整体结构示意图的背面图；

图4是溶液槽；

图5是绝缘耐压测试仪；

图6是样品平面图；

图7是样品截面图；

图8是不同类型样品在高温高湿环境下的漏电流数据曲线图。

图中，1.样品，2.溶液槽，3.绝缘耐压测试仪，4.计算机，7.操作控制平台，8.连接线路，10.进水孔，11.外部管道，12.电加热装置，13.带孔绝缘板，14.绝缘隔离管，15.正极，16.样品引出端，17.负极，18.溶液，19.排水孔，20.外部排水管道，21.阀门，22.风冷装置，23.电路模块，24.数据传输线，25.计算机主机，26.正极接头，27.负极接头，31.绝缘箱体，39.绝缘箱体内层，42.按键，43.粗调旋钮，44.微调旋钮，45.LCD显示屏，50.边缘距离，51.边框，52.带电体，53.引出线，61.背板，62.底层EVA，65.顶层EVA，66.玻璃，67.硅胶。

具体实施例

如图2和图3所示，取五块具有不同边缘距的待测样品1垂直放置在溶液槽2中，样品之间通过绝缘隔离管14相互隔开，在溶液槽2中注入PH为7的溶液18，溶液18电阻率为3000Ω·cm，样品1底部边缘部分浸入溶液18即可；绝缘耐压测试仪3的正极15通过连接线路8将正极接头26分别连接各样品引出端16，正极接头26彼此不能接触，绝缘耐压测试仪3的负极17通过连接线路8将负极接头27浸于溶液18中，负极接头27不能接触样品1。

待测样品1编号A、B、C、D、E为：

A.2mm边缘距离、高电阻率EVA、双玻璃封装无边框结构；

B.8.4mm边缘距离、低电阻率EVA、双玻璃封装无边框结构；

C.8.4mm边缘距离、高电阻率EVA、高水汽阻隔高分子背板、用铝边框和硅胶密封组件边缘；

D.8.4mm边缘距离、低电阻率EVA、双玻璃封装、用铝边框和硅胶密封组件边缘；

E.2mm边缘距离、低电阻率EVA、低水汽阻隔高分子背板、无边框。

开启绝缘耐压测试仪3、计算机主机25和溶液槽2电路模块23电源，然后，开启计算机中的绝缘耐压测试仪3的操作程序，设定溶液温度为85℃，电压为500V，加压速度为500V·s^-1，电流采集频率为每轮10S，漏电流保护设定为50μA，检测通电时间设置为240h，启动检测程序，采集数据后导出。

测试完毕后，依次关闭绝缘耐压测试仪3、溶液槽2电路模块23电源和计算机4，用平口钳取出样品1。

上述不同类型样品在高温高湿环境下的漏电流数据曲线如图8所示，图示结果显示了不同封装结构、不同边缘设计、不同材料的湿漏电性和长期可靠性差异，结论与理论相符，由图可知：

1)检测通电时间小于16h时，样品A的漏电流为0μA，通电时间为16h时，样品A的漏电流为0.2μA，随着通电时间的延长，样品A的漏电流逐渐增大，通电时间为120h时，样品A的漏电流达到本测试的漏电流保护设定值50μA。

2)检测通电时间小于24h时，样品B的漏电流为0μA，通电时间为24h时，样品B的漏电流为0.1μA，随着通电时间的延长，样品B的漏电流逐渐增大，通电时间为240h时，样品B的漏电流为26.5μA。

3)检测通电时间小于80h时，样品C的漏电流为0μA，通电时间为80h时，样品C的漏电流为0.1μA，随着通电时间的延长，样品C的漏电流逐渐增大，通电时间为224h时，样品C的漏电流为0.21μA，通电时间为240h时，样品C的漏电流仍为0.21μA，此时样品C的漏电流量已经达到平衡。

4)检测通电时间小于56h时，样品D的漏电流为0μA，通电时间为56h时，样品D的漏电流为0.1μA，随着通电时间的延长，样品D的漏电流逐渐增大，通电时间为240h时，样品D的漏电流为1.32μA，增幅已趋于缓和。

5)检测通电时间小于8h时，样品E的漏电流为0μA，通电时间为8h时，样品E的漏电流为0.5μA，随着通电时间的延长，样品E的漏电流逐渐增大，通电时间为56h时，样品E的漏电流达到本测试的漏电流保护设定值50μA。

6)当漏电流保护设定为50μA，检测通电时间设置为240h时，C样品具有较好的长期可靠性，E样品的长期可靠性较差，各样品长期可靠性由好到差的排序依次为：C、D、B、A、E。

另外，检测通电时间为24h时，E和A样品出现电池栅线发黑现象，运行72h时，D和B样品也出现电池栅线发黑现象，同时，E和A样品电池栅线发黑加深，运行168h时，C样品出现细微黑线。

综上，由湿漏电引起的电池栅线发黑现象也揭示了各样品的长期可靠性，各样品长期可靠性由好到差的排序依次为：C、D、B、A、E。

实施例的检测结果表明，样品采用8.4mm边缘距离、高电阻率EVA、高水汽阻隔高分子背板、用铝边框和硅胶密封组件边缘可以降低产品湿漏电量，提高产品长期使用的可靠性；本发明的检测装置能准确预测和判断组件设计的合理性、封装材料和组件的可靠性，对于避免产品栅线发黑和功率衰减具有重要检测意义。

Claims (2)

1.一种光伏组件边缘湿漏电性和长期可靠性的检测装置，其特征在于：包括样品(1)、溶液槽(2)、绝缘耐压测试仪(3)和计算机(4)，将样品(1)放置在溶液槽(2)中，绝缘耐压测试仪(3)首先通过溶液槽(2)采集样品(1)的湿漏电流，然后传输至计算机(4)实时显示并存储数据；

所述样品(1)由边框(51)、背板(61)、底层EVA(62)、带电体(52)、引出端(16)、引出线(53)、顶层EVA(65)、玻璃(66)和硅胶(67)组成，样品(1)为具有边缘距离(50)的密封组件，样品(1)引出线(53)连接至绝缘耐压测试仪(3)的正极(15)；

所述溶液槽(2)底部为电加热装置(12)，电加热装置(12)上面为带孔绝缘板(13)，带孔绝缘板(13)上面为待测样品(1)，带孔绝缘板(13)上装有至少三根绝缘隔离管(14)，待测样品(1)靠在竖直的绝缘隔离管(14)上；溶液槽(2)底角的排水孔(19)通过阀门(21)与外部排水管道(20)相连，溶液槽(2)顶角的进水孔(10)通过阀门(21)与外部管道(11)相连，阀门(21)控制溶液槽(2)中溶液(18)的进排；溶液槽(2)的背面有风冷装置(22)，风冷装置(22)的下端为升降温控制电路模块(23)；

所述绝缘耐压测试仪(3)包括正极(15)、负极(17)、按键(42)、LCD显示屏(45)、粗调旋钮(43)和微调旋钮(44)，绝缘耐压测试仪(3)的正极(15)连接待测样品(1)的样品引出端(16)，负极(17)通过连接线路(8)将负极接头(27)浸入溶液槽(2)的溶液(18)中；

所述溶液槽(2)可同时存放至少两块测试样品(1)，溶液(18)的PH为3～11，电阻率为3000～3500Ω·cm；

所述绝缘耐压测试仪(3)有过流保护和报警装置，可提供0～3000V直流电压，检测最大不超过10mA的漏电流，正极(15)可多通道采集样品漏电流。

2.一种光伏组件边缘湿漏电性和长期可靠性的检测方法，其特征在于：将待测样品(1)垂直放置在溶液槽(2)中，样品(1)之间通过绝缘隔离管(14)相互隔开，在溶液槽(2)中通过阀门(21)与外部管道(11)注入溶液(18)，样品(1)底部边缘部分浸入溶液(18)即可；将绝缘耐压测试仪(3)的正极(15)通过连接线路(8)将正极接头(26)连接样品(1)引出端(16)，正极接头(26)彼此不能接触，绝缘耐压测试仪(3)的负极(17)通过连接线路(8)将负极接头(27)浸于溶液(18)中，负极接头(27)不能接触样品(1)；

开启绝缘耐压测试仪(3）、计算机主机(25)和溶液槽(2)电路模块(23)电源，然后，打开计算机中绝缘耐压测试仪(3)的操作程序，设定溶液(18)的温度，设定绝缘耐压测试仪(3)的电压、加压速度、电流采集频率、漏电流保护和检测通电时间，启动检测程序，待数据采集完成后，导出数据和图表；

测试完毕后，依次关闭绝缘耐压测试仪(3)、溶液槽(2)电路模块(23)电源和计算机(4)，用平口钳取出样品(1)。

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