CN103454567B - 设定水膜厚度的pv组件pid水平测试方法及测试系统 - Google Patents

设定水膜厚度的pv组件pid水平测试方法及测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种设定水膜厚度的PV组件PID水平测试方法及测试系统，在受测PV组件的受光面边框上圆周设置挡水坝；在挡水坝的侧壁上开设溢水口，溢水口的底边至受测PV组件受光面的距离即为设定的水膜厚度；将受测PV组件水平放置在水槽中，且受测PV组件的受光面朝上；将装有受测PV组件的水槽水平放置于环境试验箱中；启动环境试验箱，高压加载设备给受测PV组件加置电压；向受测PV组件的受光面不断滴入恒温水形成水膜，待水膜的厚度维持在设定的水膜厚度后，持续设定时间后关闭高压加载设备及环境实验箱。本发明考虑到了水膜的形成和水膜厚度对PID测试的影响，使得试验环境更贴近于实际适用环境，提高了PID测试结果的准确性。

Description

设定水膜厚度的PV组件PID水平测试方法及测试系统
技术领域
本发明涉及光伏太阳能PV组件测试领域，特别涉及一种设定水膜厚度的PV组件PID水平测试方法，还涉及使用该测试方法的测试系统。
背景技术
近年来，PID（电势导致性能降低，Potential-inducedDegradation），已经成为电站质量投诉的重要因素之一，严重时，它可以引起一块组件功率衰减50%以上，从而影响整个电站的功率输出。目前，全球的许多企业及研究机构对PV组件的PID现象进行了全面分析，但是，到目前为止，该失效机理尚不明确。
1978年，Hoffman和Ross在地面太阳电池和组件的环境定型试验中首次引入了偏置电压应力因子。2005年，Sunpower发现组件长期在高电压的作用下引起玻璃、封装材料之间存在漏电流，大量电荷聚集在电池片的表面，造成电池表面钝化效果恶化，导致FF、Isc、Voc降低，使组件性能低于设计要求。但是，电压应力因子并没有被引入组件的定型标准；2008年，Evergreen报道了PID出现在高负偏压下的正面连接p型电池组件中；2010年NREL和Solon证实了无论组件采用任何技术的P型晶硅电池片，组件在负偏压下都有PID的风险。
随着PV行业的高速发展，特别是2010年以来，PV系统电压的升高，PID现象在大批的P型组件PV系统中发生，同时在N型电池组件及薄膜组件中也发现了PID现象，其严重影响了太阳能电池组件在各应用领域的广泛使用和推广。
2011年12月，TC82工作组起草了82/685/NP《Systemvoltagedurabilitytestcrystallinesiliconmodules-qualificationandtypeapproval》测试标准。测试条件如下：腔体环境温度25-85℃±2℃；腔体相对湿度50-95%±5%RH；测试周期：96h；电压：组件额定系统电压偏置。目前，国内在使用环境试验箱对PV组件进行PID测试时，均是将组件竖向放置在环境试验箱内，虽然，测试标准中规定了环境试验箱的环境温度和湿度条件，但是由于组件是竖向放置的，没有考虑到在组件的玻璃板上表面形成的水膜和水膜厚度对PID测试的影响，因此造成PV组件在竖向放置和水平放置时的测试条件不一样，严酷程度不一样，导致测试结果也不一样，使得现有PID测试无法较为准确地反映实际情况。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种操作简便、能够提高PID测试结果准确性的设定水膜厚度的PV组件PID水平测试方法。
本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种设定水膜厚度的PV组件PID水平测试方法，其特征在于包括以下步骤：
⑴测试并记录受测PV组件的初始数据；
⑵根据设定的水膜厚度，在受测PV组件的受光面边框上圆周设置挡水坝；
⑶在挡水坝的侧壁上开设溢水口，溢水口的底边至受测PV组件受光面的距离即为设定的水膜厚度；
⑷将受测PV组件水平放置在水槽中，且受测PV组件的受光面朝上；
⑸将装有受测PV组件的水槽水平放置于环境试验箱中；
⑹受测PV组件电连接高压加载设备；
⑺启动环境试验箱，当环境试验箱中的环境温度和湿度达到设定的环境温度和湿度时，启动高压加载设备为受测PV组件加置电压，并监控漏电流；
⑻向受测PV组件的受光面不断滴入恒温水形成水膜，待水膜的厚度维持在设定的水膜厚度后，持续设定时间后关闭高压加载设备及环境实验箱，受测PV组件的温度冷却至室温后将其取出；
⑼测试并记录受测PV组件的最终数据，对比受测PV组件的初始数据与最终数据，评价功率衰减。
本发明在进行PID测试时，受测PV组件为水平放置，且受测PV组件的玻璃板上表面水膜的厚度一定，因此在测试中考虑到了水膜的形成和水膜厚度对PID测试的影响，使得试验环境更贴近于实际适用环境，严酷程度高，提高了PID测试结果的准确性。
作为本发明的一种实施方式，受测PV组件受光面上的恒温水的温度与环境试验箱设定的环境温度相差±2℃。
作为本发明的一种优选方式，在所述步骤⑻中，设定时间为48小时或96小时或192小时。
本发明所述挡水坝的耐温性高于所述环境试验箱设定的环境温度。
本发明的另一个目的在于提供一种使用上述设定水膜厚度的PV组件PID水平测试方法的测试系统。
本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种使用上述设定水膜厚度的PV组件PID水平测试方法的测试系统，其特征在于：它包括用于水平放置受测PV组件的水槽、外接恒温水源的注水管路、接通水槽的排水管路及用于水平放置水槽的环境试验箱，所述注水管路的出水口位于受测PV组件的上方，所述受测PV组件受光面的边框上圆周设有挡水坝，所述挡水坝的侧壁上开有溢水口，该溢水口的底边至受测PV组件受光面的距离即为设定的水膜厚度，恒温水通过注水管路不断滴入受测PV组件的受光面以形成水膜，随着恒温水不断地从溢水口溢出并流经排水管路排出，使水膜的厚度维持为设定的水膜厚度。
作为本发明的一种改进，在所述环境试验箱内增设有水槽支架，所述水槽支架为立体框架结构，在该水槽支架的相对两侧面上对应设有沿横向延伸的滑轨，所述滑轨为数个且沿竖向呈间隔分布以构成数个水槽安装室，所述滑轨与水槽滑动配合以便将水槽插入水槽安装室或抽出；所述注水管路为数个且由从环境试验箱外进入的注水主管分支而成，每个注水管路的出水口对应位于一个水槽的上方；所述排水管路为数个，每个排水管路的一端对应连接在一个水槽的底面上，另一端汇集连接在排水主管上将溢出的水排至环境试验箱外。
作为本发明的进一步改进，在所述滑轨的后端设有用于限位水槽向后滑动的挡块，所述滑轨由沿横向排列的数个滚轮同轴安装而成，在所述滑轨的前端设有自锁装置，所述自锁装置与滚轮传动连接以便水槽沿着滚轮装入水槽安装室后通过自锁装置将滚轮锁死以防止水槽掉落。
本发明还可以做以下改进，受测PV组件受光面上恒温水的温度与环境试验箱设定的环境温度相差±2℃。
本发明所述注水管路的出水口靠近受测PV组件的受光面。
本发明所述水槽支架的底面上设有万向轮。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：
⑴本发明在进行PID测试时，受测PV组件为水平放置，且受测PV组件的玻璃板上表面水膜的厚度一定，因此在测试中考虑到了水膜的形成和水膜厚度对PID测试的影响，使得试验环境更贴近于实际适用环境，严酷程度高，提高了PID测试结果的准确性。
⑵本发明在受测PV组件上设置挡水坝，挡水坝的高度保证了整个测试过程中水膜的设定厚度，能够实现受测PV组件上不同水膜厚度的测试。
⑶本发明的测试步骤简单，操作简便。
⑷当本发明测试系统的水槽支架能够同时安装数个水槽，使得数个组件能够同时完成测试过程，提高了测试效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明受测PV组件放置在水槽中的示意图之一；
图2是本发明受测PV组件放置在水槽中的示意图之二；
图3是本发明水槽支架的立体结构示意图；
图4是受测PV组件放置在水槽支架上的侧视图。
具体实施方式
本发明一种设定水膜厚度的PV组件PID水平测试方法，包括以下步骤：
⑴测试并记录受测PV组件的初始数据；初始数据一般包括电性能参数、EL缺陷参数及湿漏电参数，参数分别由电性能测试仪、EL缺陷测试仪及湿漏电测试仪测试得到。
⑵根据设定的水膜厚度，在受测PV组件的受光面边框上圆周设置挡水坝，挡水坝可用硅胶粘结实现，或者采用不干胶耐温胶带，具体是使用一定厚度硅胶或不干胶耐温胶带围成挡水坝，核查挡水坝与边框的粘接性，保证其不会因粘接性差而漏水，挡水坝的耐温性高于环境试验箱设定的环境温度；
⑶在挡水坝的侧壁上开设溢水口，溢水口的底边至受测PV组件受光面的距离即为设定的水膜厚度，并核实；
⑷将受测PV组件水平放置在水槽中，且受测PV组件的受光面朝上；
⑸将装有受测PV组件的水槽水平放置于环境试验箱中；
⑹受测PV组件电连接高压加载设备，同时给受测PV组件短路的正负极通反向偏置的最大系统电压电势，受测PV组件的铝质边框的接地位置加零电势。
目前，IEC61730标准及UL1703标准的PV组件的最大的系统电压为1000V(IEC61730后续可能要升级到1500V）。对于PID的电源装置，其可产生的电压为1500V，为了模拟系统安装情况，要求电源的一电极输出为零电势，另一输出为-1500V电势，电压的精度要求为SetValue±2V。同时，为了降低试验成本及节省试验周期，要求电源装置为多路输出，可同步进行多路的PID测试。另外，为了监控漏电流和PID的关系，该电源装置亦需要有多路的uA级漏电流监控装置。
⑺启动环境试验箱，当环境试验箱中的环境温度和湿度达到设定的环境温度和湿度时，启动高压加载设备为受测PV组件加置电压，并监控漏电流；
⑻向受测PV组件的受光面不断滴入恒温水形成水膜，恒温水的温度与环境试验箱设定的环境温度相差±2℃，待水膜的厚度维持在设定的水膜厚度后（溢流和排水达到稳定平衡时，持续设定时间后关闭高压加载设备及环境实验箱，受测PV组件的温度冷却至室温后将其取出；在本实施例中，设定时间为96小时，在其它实施例中，设定时间还可以是48小时或192小时等。
⑼测试并记录受测PV组件的最终数据，对比受测PV组件的初始数据与最终数据，即测试前后的电性能数值、EL缺陷图像、湿漏电数值进行比对，评价功率衰减。
如图1、2所示，一种使用上述设定水膜厚度的PV组件PID水平测试方法的测试系统，它包括用于水平放置受测PV组件的水槽1、外接恒温水源的注水管路2、接通水槽1的排水管路3及用于水平放置水槽1的环境试验箱（图中未画出），恒温水源采用储水箱，在测试期间需要定期向储水箱内补充恒温水，或者储水箱内设置恒温加热器用于加热水至恒温状态。注水管路2的出水口位于受测PV组件4的上方且靠近受测PV组件的受光面。受测PV组件4受光面的边框43上圆周设有挡水坝41，挡水坝41的侧壁上开有溢水口42，可根据实际情况来确定溢水口的数量，该溢水口42的底边至受测PV组件4受光面的距离即为设定的水膜厚度，恒温水通过注水管路2不断滴入受测PV组件4的受光面以形成水膜，随着恒温水不断地从溢水口溢出并流经排水管路3排出，使水膜的厚度维持为设定的水膜厚度。
在环境试验箱内增设有水槽支架5，水槽支架、排水管路、注水管路和水槽的耐温性均高于环境试验箱设定的环境温度。如图3、4所示，水槽支架5为立体框架结构，在该水槽支架5的相对两侧面上对应设有沿横向延伸的滑轨51，滑轨51的外侧设有挡板52，滑轨51为数个且沿竖向呈间隔分布以构成数个水槽安装室6，滑轨51与水槽1滑动配合以便将水槽1插入水槽安装室6或抽出；注水管路为数个且由从环境试验箱外进入的注水主管分支而成，注水主管具有多通路接口，用于连接注水管路，注水主管位于环境试验箱外的管段上安装控制阀，通过控制阀控制恒温水流量的大小，每个注水管路的出水口对应位于一个水槽的上方；排水管路为数个，每个排水管路的一端对应连接在一个水槽的底面上并设有排水阀8，另一端汇集连接在排水主管上将溢出的水排至环境试验箱外。当水膜厚度超过设定的水膜厚度H0+H1后，多余的水从溢水口溢出并被引流至环境试验箱外，从而在组件受光面上形成一定厚度的水膜，该水膜是由挡水坝、组件的受光面及边框部分合围成的空间中盛水形成。通过控制溢水口的最低位置来设定水膜的厚度（其中，H1是可变的，H0是固定不变的），H0+H1即为溢水口的底边至受测PV组件受光面的距离。当水膜的厚度超过溢水口的最低边，水膜将从溢水口溢出，通过排水管路和排水阀排出环境试验箱外。
在滑轨51的后端设有用于限位水槽1向后滑动的挡块54，滑轨51由沿横向排列的数个滚轮同轴安装而成，在滑轨的前端设有自锁装置53，自锁装置53与滚轮传动连接以便水槽沿着滚轮装入水槽安装室后通过自锁装置将滚轮锁死以防止水槽掉落。水槽支架的底面上设有万向轮7。
本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明的水槽支架、滑轨等的结构还具有其它的实施方式，另外，水槽支架也可以集成在环境试验箱内，因此本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种设定水膜厚度的PV组件PID水平测试方法，其特征在于包括以下步骤：
⑴测试并记录受测PV组件的初始数据；
⑵根据设定的水膜厚度，在受测PV组件的受光面边框上圆周设置挡水坝；
⑶在挡水坝的侧壁上开设溢水口，溢水口的底边至受测PV组件受光面的距离即为设定的水膜厚度；
⑷将受测PV组件水平放置在水槽中，且受测PV组件的受光面朝上；
⑸将装有受测PV组件的水槽水平放置于环境试验箱中；
⑹受测PV组件电连接高压加载设备；
⑺启动环境试验箱，当环境试验箱中的环境温度和湿度达到设定的环境温度和湿度时，启动高压加载设备为受测PV组件加置电压，并监控漏电流；
⑻向受测PV组件的受光面不断地滴入恒温水形成水膜，待水膜的厚度维持在设定的水膜厚度后，持续设定时间后关闭高压加载设备及环境实验箱，受测PV组件的温度冷却至室温后将其取出；
⑼测试并记录受测PV组件的最终数据，对比受测PV组件的初始数据与最终数据，评价功率衰减。
2.根据权利要求1所述的设定水膜厚度的PV组件PID水平测试方法，其特征在于：受测PV组件受光面上的恒温水的温度与环境试验箱设定的环境温度相差±2℃。
3.根据权利要求1或2所述的设定水膜厚度的PV组件PID水平测试方法，其特征在于：在所述步骤⑻中，设定时间为48小时或96小时或192小时。
4.一种使用权利要求1所述的设定水膜厚度的PV组件PID水平测试方法的测试系统，其特征在于：它包括用于水平放置受测PV组件的水槽、外接恒温水源的注水管路、接通水槽的排水管路及用于水平放置水槽的环境试验箱，所述注水管路的出水口位于受测PV组件的上方，所述受测PV组件受光面的边框上圆周设有挡水坝，所述挡水坝的侧壁上开有溢水口，该溢水口的底边至受测PV组件受光面的距离即为设定的水膜厚度，恒温水通过注水管路不断滴入受测PV组件的受光面以形成水膜，随着恒温水不断地从溢水口溢出并流经排水管路排出，使水膜的厚度维持为设定的水膜厚度。
5.根据权利要求4所述的测试系统，其特征在于：在所述环境试验箱内增设有水槽支架，所述水槽支架为立体框架结构，在该水槽支架的相对两侧面上对应设有沿横向延伸的滑轨，所述滑轨为数个且沿竖向呈间隔分布以构成数个水槽安装室，所述滑轨与水槽滑动配合以便将水槽插入水槽安装室或抽出；所述注水管路为数个且由从环境试验箱外进入的注水主管分支而成，每个注水管路的出水口对应位于一个水槽的上方；所述排水管路为数个，每个排水管路的一端对应连接在一个水槽的底面上，另一端汇集连接在排水主管上将溢出的水排至环境试验箱外。
6.根据权利要求5所述的测试系统，其特征在于：在所述滑轨的后端设有用于限位水槽向后滑动的挡块，所述滑轨由沿横向排列的数个滚轮同轴安装而成，在所述滑轨的前端设有自锁装置，所述自锁装置与滚轮传动连接以便水槽沿着滚轮装入水槽安装室后通过自锁装置将滚轮锁死以防止水槽掉落。
7.根据权利要求6所述的测试系统，其特征在于：受测PV组件受光面上恒温水的温度与环境试验箱设定的环境温度相差±2℃。
8.根据权利要求7所述的测试系统，其特征在于：所述水槽支架的底面上设有万向轮。
9.根据权利要求4～8任一项所述的测试系统，其特征在于：所述注水管路的出水口靠近受测PV组件的受光面。
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