CN105790710A - 一种光伏组件电位诱发衰减测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏组件电位诱发衰减测试方法，该方法包括：分别测试并记录第一、第二及第三光伏组件的初始数据；将各光伏组件分别置于三个环境控制箱内，短接各光伏组件的正负极并于电压加载设备负极相连，各光伏组件的边框连接电压加载设备的正极，调整第一光伏组件环境控制箱的湿度，温度不变，调整第二光伏组件环境控制箱的温度，湿度不变，调整第三光伏组件环境控制箱的温度及湿度，记录各光伏组件的输出数据，对比记录的初始数据及输出数据，评价功率的衰减程度。本发明提供的技术方案能够清楚的反映光伏组件的功率衰减特性。

Description

一种光伏组件电位诱发衰减测试方法

技术领域

本发明涉及太阳能光伏组件测试领域，特别是对太阳能光伏组件电位诱发衰减(PID，PotentialInducedDegradation)的测试方法。

背景技术

随着光伏行业的发展，光伏组件的大规模投入使用，特别是投入运营的大型光伏电站运营三四年后，某些地区某些电站出现大面积的发电量减少的现象，尤其在高温潮湿的地方最为明显；从光伏组件的外观上观察，有些组件有被腐蚀的迹象，但是大部分组件的外观无任何异常；从功率衰减方面考察，功率的减少超出了自然的光学衰减，且衰减趋势无规律可循；从电性能测试的电子致光(EL)图片上可以看出，有部分电池片呈现黑片现象，黑片现象在组件边缘区域尤为严重。对于上述现象，业内人员称之为电位诱发衰减效应(PID，PotentialInducedDegradation)。

PID现象的产生，主要是由光伏组件自身因素及其所处的外部因素引起的。光伏组件产生PID现象的自身原因主要由光伏系统、光伏组件及光伏电池片引起的。1)光伏系统方面的影响：光伏逆变器阵列接地方式和光伏组件在阵列中的位置决定了光伏电池片和光伏组件是受到正偏压还是负偏压，如果阵列中间一块光伏组件和逆变器负极输出端之间的所有组件处于负偏压下，则越靠近输出端的光伏组件的PID现象越明显；而在中间一块光伏组件和逆变器正极输出端之间的所有光伏组件处于正偏压下，PID现象不明显；2)光伏组件的影响：环境条件如温度、湿度的持续作用于光伏组件上，会使电池片和接地边框之间形成漏电流。使得光伏组件的封装材料EVA、光伏组件背板、玻璃和边框之间形成了漏电流通道；3)电池方面影响：PID现象和电池片的制造工艺，基底材料的性能，发射极的方块电阻以及电池片表面的反射层有密切关系。

通常情况下，光伏组件在野外高温、潮湿的环境下，导致其内部发生变化，产生漏电流通道，再加上光伏逆变器阵列接地方式，从而引起光伏组件严重的腐蚀和衰退。

随着PID现象越来越多的发生，电池、组件生产商，电站系统的安装商及客户对PID也越来越关注。到目前为止，虽然知道光伏组件产生PID现象的可能原因，但对于光伏组件PID的测试，还没有一个准确测试PID的方案，因此，急需一种光伏组件PID测试方案，以便准确、高效地找出光伏组件的PID现象在什么外界条件下的功率衰减严重，测试光伏组件PID现象的发生特性，以便为后续PID现象的预防及解决提供依据。

发明内容

本发明提供一种光伏组件电位诱发衰减测试方法，其主要目的在于能够高效、准确地测试PID在外界环境变化下的功率衰减情况，测试其发生特性。

本发明实施例提供一种光伏组件PID测试方法，其中，该测试方法包括：分别测试并记录第一光伏组件、第二光伏组件及第三光伏组件的初始数据；将第一、第二及第三光伏组件分别置于三个环境控制箱内，将第一、第二及第三光伏组件的正负极短接后与电压加载设备负极相连接，第一、第二及第三光伏组件的边框与电压加载设备的正极连接；开启电压加载设备及环境控制箱，调整电压加载设备的电压，调整第一光伏组件环境控制箱的湿度，温度保持不变，记录第一光伏组件的输出数据，调整第二光伏组件环境控制箱的温度，湿度保持不变，记录第二光伏组件的输出数据，调整第三光伏组件环境控制箱的温度及湿度，记录第三光伏组件的输出数据；对比第一、第二及第三光伏组件的初始数据及输出数据，评价功率衰减特性。

如上所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其中，测试前，对第一、第二及第三光伏组件表面相同位置均匀的贴上大小相同的导电铝箔。

如上所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其中，电压加载设备的调节过程为：循环设定电压加载设备的输出电压为一第一电压及一第二电压，且第一电压及第二电压的持续时间分别为一第一持续时间及一第二持续时间。

如上所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其中，第一持续时间与第二持续时间为12小时，第一电压为600V，第二电压为800V。

如上所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其中，环境控制箱的温度范围为0～100℃、湿度范围为0～100％。

如上所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其中，开启所述环境控制箱后，设定第一光伏组件的环境控制箱温度为25℃，湿度从0％开始每24小时增加20％直到增加至100％，记录输出数据；设定第二光伏组件的湿度为25％，温度从0℃开始每24小时增加20℃直到增加至100℃，记录输出数据；设定第三光伏组件的湿度为0％，温度为0℃，每隔24小时湿度增加20％，温度增加20℃，直到湿度增加至100％，温度增加至100℃，记录输出数据。

如上所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其中，调整各光伏组件所处的环境控制箱的过程至少循环一次之后，关闭电压加载设备及环境控制箱，取出第一、第二及第三光伏组件。

如上所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其中，评价功率衰减还包括设定一规律衰减率，评价功率衰减的方法为：

测试得到的功率衰减率介于所述规律衰减率一到两倍，光伏组件功率衰减较轻；

测试得到的功率衰减率介于所述规律衰减率两到五倍，光伏组件功率衰减比较严重；

测试得到的功率衰减率介于所述规律衰减率五到十倍，光伏组件功率衰减严重；

测试得到的功率衰减率介于所述规律衰减率十倍以上，光伏组件功率衰减非常严重。

如上所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其中，初始数据及输出数据包括电性能参数及EL缺陷参数。

如上所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其中，电性能参数包括：开路电压、短路电流、最大功率、最大功率点电压、最大功率点电流、串联电阻及并联电阻。

综上所述光伏组件PID测试方法，将第一光伏组件及第二光伏组件单独放置于湿度变化及温度变化的环境控制箱内，记录光伏组件的电性能参数，结合光伏组件EL的缺陷图像，分析第一光伏组件及第二光伏组件在外界环境单独变化情况下的功率衰减情况，从而得出湿度及温度对光伏组件PID现象产生的影响，第三光伏组件置于温度湿度共同变化的环境控制箱内，参照第一光伏组件及第二光伏组件在单独变化湿度及温度环境下记录的数据，得出光伏组件外界环境的变化特性。

为了使本发明的技术方案更加清楚明白，下面特结合附图对本发明技术方案做进一步说明。

附图说明

图1为本发明一实施例的光伏组件PID测试方法流程图；

图2为本发明一实施例的光伏组件PID测试系统的方块图。

具体实施方式

为了使本发明的技术特点及效果更加明显，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，本发明也可有其他不同的具体实例来加以说明或实施，任何本领域技术人员在权利要求范围内做的等同变换均属于本发明的保护范畴。

请参阅附图1所示，图1为本发明一实施例的光伏组件PID测试方法的流程图，步骤S1中，分别测试并记录第一光伏组件、第二光伏组件及第三光伏组件的初始数据；步骤S2将第一光伏组件、第二光伏组件及第三光伏组件分别置于三个环境控制箱内，将各光伏组件的正负极分别短接后并与一外部电压加载设备的负极相连接，将各光伏组件的边框与电压加载设备的正极相连；步骤S3中，开启电压加载设备及环境控制箱，在设定时间内，对于第一光伏组件，环境控制箱的温度保持不变，调整环境控制箱的湿度，记录湿度变化下的第一光伏组件的输出数据；对于第二光伏组件，环境控制箱的湿度保持不变，调整环境控制箱的温度，记录温度变化下的第二光伏组件的输出数据；对于第三光伏组件，调整环境控制箱的温度及湿度，记录温度及湿度共同变化下的第三光伏组件的输出数据；步骤S4，根据步骤S1测得的初始数据和步骤S3记录的各光伏组件的输出数据，分析评价湿度变化作用下的所述第一光伏组件的功率衰减特性，分析评价温度变化作用下的所述第二光伏组件的功率衰减特性，分析评价温度及湿度共同变化作用下的第三光伏组件的功率衰减特性。

需要说明的是，上述步骤S1～S4仅用于说明PID测试的方法，并不用于限定测试的先后顺序，为了保证测量的精度，上述第一光伏组件、第二光伏组件及第三光伏组件为同一厂家同一批次生产的光伏组件，本发明对于第一光伏组件、第二光伏组件及第三光伏组件的测试顺序不做限制，在一实施例中，实验条件允许的情况下，第一光伏组件、第二光伏组件及第三光伏组件可以同时进行测量，即三组光伏组件放置于三个环境控制箱内。另一实施例中，只有一个环境控制箱，需要测试完一组光伏组件之后再测试其他光伏组件，即分别测试第一光伏组件在温度保持不变，湿度变化情况下对第一光伏组件的功率衰减情况，第二光伏组件在湿度保持不变，温度变化情况下对第二光伏组件的功率衰减情况，第三光伏组件在温度湿度共同变化下对第三光伏组件的功率衰减情况。

在本实施例中，于测试前，先分别对第一光伏组件、第二光伏组件及第三光伏组件的表面相同位置均匀的贴上大小相同的导电铝箔，以便在环境控制箱的温度湿度变化情况下更好的模拟光伏组件表面晨露或雨水的导电情况，更加接近真实的运行环境，更加快速的反映出光伏组件PID产生的条件，加快PID检测的速度。测试时，光伏组件置于不断变化的环境中，在光伏组件的内部会形成漏电通道，从而产生PID现象，外加的偏置电压能够保证光伏组件在外部环境不断变化的作用下产生持续的功率衰减。

本发明实施例中所述的初始数据及输出数据为光伏组件的电性能参数及EL缺陷参数，请参阅图2，图2为本发明一实施例的测试系统的方块图。将待测光伏组件22放置于环境控制箱21内，光伏组件的正负极短接与外部高压加载设备24的负极相连接，将光伏组件的边框与电压加载设备的正极相连，数据采集设备23连接于光伏组件，用于测量光伏组件的电性能参数，数据采集设备能够对采集的数据信号进行完整性判断，能够保证数据的完整性及准确度，EL测试装置25用于测试光伏组件的EL缺陷图像，从EL图像，可以分析光伏组件的功率衰减情况。

本发明所述的电性能参数包括开路电压、短路电流、最大功率、最大功率点电压、最大功率点电流、串联电阻及并联电阻。

本发明的一实施例中，电压加载设备调节过程为循环设定一第一持续时间，并于该第一持续时间内设置电压加载设备的电压为第一电压，设定一第二持续时间，并于第二持续时间内设置电压加载设备的电压为第二电压，即，在测试过程中，电压加载设备以第一电压保持第一持续时间、第二电压保持第一持续时间为一周期不断循环设定电压加载设备的输出电压为第一电压及第二电压。在一优选实施例中，第一持续时间及第二持续时间均为12小时，第一电压为600V，第二电压为800V。然而，本发明对第一持续时间、第二持续时间、第一电压及第二电压的具体取值并不做限制，在本发明的另一实施例中，第一持续时间可以为10小时，第二持续时间可以为14小时，第一电压可以为650V，第二电压可以为1000V。

一般而言，可以由同一电压加载设备供给三个环境控制箱，也可以由不同的电压加载设备供给环境控制箱，但是，无论是何种方式为光伏组件提供电压，都要保证各光伏组件的外加偏置电压的数值及变化规律相同。

本发明的一实施例中，环境控制箱的温度为可调范围为0～100℃、湿度可调范围为0～100％。步骤S3对各光伏组件所处的环境控制箱的温度及湿度的调节为：对于第一光伏组件，设定环境控制箱温度为25℃，湿度从0％开始每24小时增加20％直到增加到100％，记录第一光伏组件的电性能参数及EL缺陷参数，在湿度调整的期间，电压加载设备加载于第一光伏组件上的电压也发生变化，先设定电压加载设备的电压为600V，并持续12个小时，然后调整电压加载设备的电压为800V，也持续12小时，以便接近光伏组件的工作情况，并且重复调整电压加载设备的输出电压为600V，800V，且各输出电压持续时间为12小时。对于第二光伏组件，设定环境控制箱的湿度为25％，温度从0℃开始每24小时增加20℃直到增加至100℃，记录第二光伏组件的电性能参数及EL缺陷参数，其中，其外置加载电压也为600V持续12小时，然后800V持续12小时，并且重复调整电压加载设备的输出电压为600V，800V，且各输出电压持续时间为12小时；对于第三光伏组件，设定环境控制箱的湿度为0％，温度为0℃，每隔24小时湿度增加20％，温度增加20℃，直到湿度增加到100％，温度增加100℃，记录第三光伏组件的电性能参数及EL缺陷参数，第三光伏组件的加载电压的变化情况与第一光伏组件及第二光伏组件的加载电压相同。

同时，在本实施例中，调整各光伏组件所处的环境控制箱的过程至少循环一次，关闭电压加载设备及环境控制箱。优选的，步骤S3循环3次，在第二次循环及第三次循环过程中同样记录各光伏组件的电性能参数及EL缺陷参数。第一次循环通过各光伏组件在分别测试过程中记录的数据观察光伏组件在不同温度，不同湿度，不同外部加载电压情况下，通过观察根据记录的电性能参数及EL缺陷得到的功率数据，得出光伏组件于哪种外部环境下，即在哪个温度段或在哪个湿度段，其功率衰减严重。根据第一及第三光伏组件的功率特性，得到温度相对于单纯湿度变化作用下的光伏组件的功率特性，根据第二及第三光伏组件的功率特性，得到湿度相对于单纯温度变化作用下的光伏组件的功率特性，从而得出光伏组件PID现象的发生情况。第二次循环、第三次循环或更多次循环情况下记录的数据可以反映光伏组件于发生PID现象的情况下，持续改变外部温度、湿度及光伏组件偏置电压情况下的光伏组件的功率衰减情况。

本发明一实施例中，评价功率衰减前先设定一规律衰减率，一般情况下，规律衰减率的取值为5％，测得的电性能参数中的串联电阻，并联电阻能够反映产生PID时其串联电阻及并联电阻的变化情况，根据测试过程中记录的开路电压及短路电流可得到最大功率值，根据初始开路电压及初始短路电流得到初始最大功率值，对比测试过程中得到的最大功率值及初始最大功率值可清楚的反映测试过程中最大功率的变化情况。

根据测试过程中记录的最大功率点电压及最大功率点电流得到最大功率点功率，初始最大功率点功率根据初始最大功率点电压及初始最大功率点电流得到，初始最大功率点功率与最大功率点功率做差后除以最大功率点功率即可得到功率衰减率，通过光伏组件功率衰减评判标准为：

(1)测试得到的功率衰减率介于规定的规律衰减率一到两倍，说明PID衰减较轻；

(2)测试得到的功率衰减率介于规定的规律衰减率两到五倍，说明PID衰减比较严重；

(3)测试得到的功率衰减率介于规定的规律衰减率五到十倍，说明PID衰减严重；

(4)测试得到的功率衰减率介于规定的规律衰减率十倍以上，说明PID衰减非常严重。

上面所述规定的衰减频率，根据不同的测试标准，其设定也有所不同。

通过本发明上述实施例及评判标准，按照上述方法测试，即，第一光伏组件的测试环境，只改变湿度，可以根据记录的数据得出湿度变化对光伏组件PID现象产生的影响；第二光伏组件的测试环境，只改变温度，可以根据记录的数据得出温度变化对光伏组件PID现象产生的影响；第三光伏组件的测试环境，改变温度及湿度，可以得出温度及湿度共同变化对光伏组件PID现象产生的影响；测试第三光伏组件得到的功率衰减数据参照测试第一光伏组件得到的功率衰减数据可以分析光伏组件在温度相对于湿度作用下的PID现象情况，测试第三光伏组件得到的功率衰减数据参照测试第二光伏组件得到的功率衰减数据可以分析出光伏组件在湿度相对于温度作用下的PID现象情况。根据本发明实施例的PID测试方法得到的具体效果为：

1)湿度对第一光伏组件的PID衰减速率的影响。在其他条件(温度及光伏组件外部加载电压)相同的情况下，湿度加大光伏组件的PID现象严重，光伏组件的功率

衰减加快。

2)温度对第二光伏组件的PID衰减速率的影响。所测光伏组件的PID，即光伏组件的功率衰减，随时间的衰减是不规则、非线性的，通过上述测试方法记载的数据不能确定光伏组件的PID衰减速率和温度之间的准确关系，在其他条件(湿度及光伏组件外部加载电压)相同的情况下，升高温度会显著加速PID现象的产生，加速组件功率衰减。

3)温度湿度综合因素对第三光伏组件的PID衰减速率的影响。通过对比第一光伏组件及第二光伏组件测试得到的数据可得，光伏组件试验环境的温度因素很大程度上主导了组件PID衰减老化的速率变化，温度对组件的衰减起到明显加速作用。而湿度(蒸汽压)对组件的PID衰减起到类似“催化”、“诱导”的作用。

通过本发明提供的光伏组件PID测试方法可知，在光伏组件的PID衰减测试中，可以进一步强化湿度对光伏组件PID衰减的影响，适当弱化温度对组件PID衰减的干扰作用，在测试过程中，可以调慢温度的变化时间及每次温度变化的步长，避免光伏组件的PID现象产生迅速，不便于观察记录其具体的产生情况，增加测试过程的稳定性和可靠性。本发明提供的光伏组件PID测试方法对于已产生PID现象的光伏组件，能够清楚分析出外部环境继续作用下其内部的功率衰减情况，并且根据不同光伏组件记录的数据能够得出在何温度段及在何湿度段的光伏组件的功率衰减严重。

本发明通过分别测试光伏组件置于湿度变化、温度变化及温度湿度共同变化的情况下的光伏组件的PID现象的产生，对光伏组件的测试提供了新思路，通过本发明的光伏组件PID的测试方法，能够反映出PID现象于何种情况下严重及PID现象在外界环境变化下的功率衰减情况。本发明并不限于上述实施例，任何本领域普通技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行的修饰或等同替换。因此，本发明的权利保护范围应视权利要求范围为准。

Claims (10)

1.一种光伏组件电位诱发衰减测试方法，其特征在于，所述测试方法包括：

分别测试并记录第一光伏组件、第二光伏组件及第三光伏组件的初始数据；

将第一、第二及第三光伏组件分别置于三个环境控制箱内，将所述第一、第二及第三光伏组件的正负极短接后与电压加载设备负极相连接，所述第一、第二及第三光伏组件的边框与所述电压加载设备的正极连接；

开启所述电压加载设备及所述环境控制箱，调整电压加载设备的电压，调整所述第一光伏组件环境控制箱的湿度，温度保持不变，记录所述第一光伏组件的输出数据，调整所述第二光伏组件环境控制箱的温度，湿度保持不变，记录所述第二光伏组件的输出数据，调整所述第三光伏组件环境控制箱的温度及湿度，记录所述第三光伏组件的输出数据；

对比所述第一、第二及第三光伏组件的初始数据及输出数据，评价功率衰减特性。

2.如权利要求1所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其特征在于，测试前，对所述第一、第二及第三光伏组件表面相同位置均匀的贴上大小相同的导电铝箔。

3.如权利要求2所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其特征在于，所述电压加载设备的调节过程为：

循环设定所述电压加载设备的输出电压为一第一电压及一第二电压，且所述第一电压及所述第二电压的持续时间分别为一第一持续时间及一第二持续时间。

4.如权利要求3所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其特征在于，所述第一持续时间与所述第二持续时间为12小时，所述第一电压为600V，所述第二电压为800V。

5.如权利要求4所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其特征在于，所述环境控制箱的温度范围为0～100℃、湿度范围为0～100％。

6.如权利要求5所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其特征在于，开启所述环境控制箱后，设定所述第一光伏组件的环境控制箱温度为25℃，湿度从0％开始每24小时增加20％直到增加至100％，记录输出数据；

设定所述第二光伏组件的湿度为25％，温度从0℃开始每24小时增加20℃直到增加至100℃，记录输出数据；

设定所述第三光伏组件的湿度为0％，温度为0℃，每隔24小时湿度增加20％，温度增加20℃，直到湿度增加至100％，温度增加至100℃，记录输出数据。

7.如权利要求6所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其特征在于，调整各光伏组件所处的环境控制箱的过程至少循环一次之后，关闭所述电压加载设备及所述环境控制箱，取出所述第一、第二及第三光伏组件。

8.如权利要求1至7任一项所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其特征在于，评价功率衰减还包括设定一规律衰减率，评价功率衰减的方法为：

测试得到的功率衰减率介于所述规律衰减率一到两倍，光伏组件功率衰减较轻；

测试得到的功率衰减率介于所述规律衰减率两到五倍，光伏组件功率衰减比较严重；

测试得到的功率衰减率介于所述规律衰减率五到十倍，光伏组件功率衰减严重；

测试得到的功率衰减率介于所述规律衰减率十倍以上，光伏组件功率衰减非常严重。

9.如权利要求1至7任一项所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其特征在于，所述初始数据及所述输出数据包括电性能参数及EL缺陷参数。

10.如权利要求9所述的光伏组件电位诱发衰减测试方法，其特征在于，所述电性能参数包括：开路电压、短路电流、最大功率、最大功率点电压、最大功率点电流、串联电阻及并联电阻。