CN108649099A - 基于光伏组件的退化现象处理方法以及相关设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了基于光伏组件的退化现象处理方法以及相关设备，其中所述方法包括：在所述光伏组件出现退化现象的情况下，向所述光伏组件施加高频信号，以保护所述光伏组件，抑制或清除所述退化现象；其中，所述退化现象为在电势的影响下所述光伏组件的发电效率出现退化的现象。采用本发明实施例，能够解决现有技术中当光伏组件出现表面极化现象和/或PID现象时，会导致光伏组件的电能转换能力降低、发电效率降低等问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电子技术领域，尤其涉及基于光伏组件的退化现象处理方法以及相关设备。
背景技术
PID(potential induced degradation)是电势诱发衰减。光伏组件长期在负偏压作用下使得玻璃、封装材料之间出现金属离子(正电荷)迁移，而造成光伏组件的性能衰减，这种现象也称为PID现象。例如，玻璃中的大量金属离子(钠离子)迁移到光伏组件的PN结中，会导致PN结导通，此时光伏组件丧失了电能转换能力，严重影响光伏组件的发电效率。
相应地，光伏组件长期在正偏压作用下使得玻璃、封装材料之间存在漏电流，大量负电荷聚集在光伏组件的表面中(具体聚集在表面的氮化硅层)，吸引空穴在表面上与负电荷(电子)复合，产生光伏组件的表面极化现象。
为方便本申请描述，采用退化现象作为PID现象和表面极化现象的统称。在实践中发现，当光伏组件出现上述退化现象(具体可为PID现象和/或表面极化现象)时，会严重影响光伏组件的发电效率，退化光伏组件的电能转换能力。
发明内容
本发明实施例公开了退化现象处理方法以及相关设备，能够解决现有技术中当光伏组件出现退化现象(具体为表面极化现象和/或PID现象)时，会出现光伏组件的电能转换能力降低、发电效率降低等问题。
第一方面，本发明实施例公开提供了一种基于光伏组件的退化现象处理方法，所述方法包括：
在所述光伏组件出现退化现象的情况下，向所述光伏组件施加高频信号，使得所述光伏组件中累积的电荷能被释放，以保护所述光伏组件，抑制或清除所述退化现象；其中，所述退化现象为在电势的影响下导致所述光伏组件中存在有电荷的累积，所述光伏组件的发电效率出现退化的现象。
在一些可能的实施例中，所述退化现象包括表面极化现象和电势诱导衰减PID现象。其中，所述表面极化现象为所述光伏组件在正偏压的作用下导致大量负电荷累积在所述光伏组件的表面上的现象，所述PID现象为所述光伏组件在负偏压的作用下出现玻璃中的金属离子发生迁移的现象。
在一些可能的实施例中，在所述退化现象为所述表面极化现象的情况下，向所述光伏组件施加高频信号，使得所述光伏组件的表面上累积的负电荷被激发到所述光伏组件中，以抑制所述光伏组件出现表面极化现象；在所述退化现象为所述PID现象的情况下，向所述光伏组件施加高频信号，使得所述光伏组件的玻璃中的金属离子维持在所述玻璃中，以抑制所述光伏组件出现PID现象。
在一些可能的实施例中，所述向所述光伏组件施加高频信号包括以下中的至少一项：
在所述光伏组件的正电极和负电极之间施加高频信号；
在所述光伏组件包括有边框的情况下，在所述光伏组件的正电极和所述光伏组件的边框之间施加高频信号；
在所述光伏组件包括有边框的情况下，在所述光伏组件的负电极和所述光伏组件的边框之间施加高频信号；
在所述光伏组件包括有边框，且所述光伏组件的正电极和负电极短接的情况下，在所述光伏组件的负电极和所述光伏组件的边框之间施加高频信号。
在一些可能的实施例中，所述高频信号为频率超过第一阈值的信号，所述高频信号包括以下中的至少一项：交流信号、直流信号、电波信号、电磁波信号、光波信号以及声波信号。可选的，所述高频信号具体可为交流信号，或者交流信号和直流信号的组合。
在一些可能的实施例中，所述向所述光伏组件施加高频信号包括：根据用户需求将所述高频信号对应的信号发生器随机和所述光伏组件的正电极、负电极以及边框电性连接。示例性地，在所述光伏组件出现表面极化现象的情况下，所述高频信号对应的信号发生器的正电极与所述光伏组件的边框电性连接，所述高频信号对应的信号发生器的负电极与所述光伏组件的第一电极电性连接；或者，所述高频信号对应的信号发生器的正电极与所述光伏组件的负电极电性连接，所述高频信号对应的信号发生器的负电极与所述光伏组件的正电极电性连接；在所述光伏组件发生PID现象的情况下，所述高频信号对应的信号发生器的正电极和所述光伏组件的第一电极电性连接，所述高频信号对应的信号发生器的幅电极和所述光伏组件的边框电性连接；或者，所述高频信号对应的信号发生器的正电极与所述光伏组件的正电极电性连接，所述高频信号对应的信号发生器的负电极与所述光伏组件的负电极电性连接；其中，所述第一电极包括以下中的任一项：所述光伏组件的正电极、所述光伏组件的负电极以及所述光伏组件的正电极和负电极短接后的负电极。
在一些可能的实施例中，所述高频信号在所述光伏组件中产生m个能级，使得所述光伏组件被照射的情况下电子和空穴能在所述m个能级中跃迁，延长所述电子和空穴(也称为载流子)的寿命，减少所述电子和空穴再复合的机率，提高所述光伏组件的发电效率，m为正整数。
在一些可能的实施例中，所述高频信号对应的频率在0.1MHz-100THz之间。
在一些可能的实施例中，所述高频信号对应的幅值在0.1V-1kV之间。
第二方面，本发明实施例提供一种光伏组件，所述光伏组件包括用于执行上述第一方面所描述的方法对应的功能器件。
在一些可能的实施例中，所述光伏组件包括玻璃、负电极、填充材料EVA、抗反射膜ARC、N型衬底、PN结、P型衬底以及正电极。
第三方面，本发明实施例提供了一种基于光伏组件的退化现象处理装置，所述装置包括光伏组件以及信号发生器，其中，
所述信号发生器，用于产生高频信号；
所述信号发生器，还用于在所述光伏组件出现退化现象的情况下，向所述光伏组件施加所述高频信号，使得所述光伏组件中累积的电荷能被释放，以保护所述光伏组件，抑制或清除所述退化现象；其中，所述退化现象为在电势的影响下导致所述光伏组件中存在有电荷的累积，所述光伏组件的发电效率出现退化的现象。
在一些可能的实施例中，所述装置还包括控制器，所述控制器用于根据获取的第一信号，调整所述信号发生器产生的所述高频信号，使得向所述光伏组件施加所述高频信号后，能抑制或清除所述退化现象；其中，所述第一信号为所述光伏组件的正电极和负电极之间的开路信号、短路信号或者输出功率信号。
在一些可能的实施例中，所述高频信号为在所述第一信号为目标信号的情况下所获得的，所述目标信号为以下中的任一项：最大开路信号、最大短路信号以及最大输出功率信号；
其中，所述最大开路信号为在所述光伏组件的正电极和负电极处于开路的情况下，所述光伏组件的正电极和负电极之间的最大电压信号或最大电流信号；所述最大短路信号为在所述光伏组件的正电极和负电极处于短路的情况下，所述光伏组件的正电极和负电极之间的最大电流信号；所述最大输出功率信号为在所述光伏组件的正电极和负电极之间的输出功率最大的情况下，所述光伏组件的正电极和负电极之间的电压信号或电流信号。
在一些可能的实施例中，所述装置还包括耦合和阻抗匹配电路，
所述耦合和阻抗匹配电路，用于传输所述信号发生器产生的高频信号，以将所述高频信号施加到所述光伏组件上。
在一些可能的实施例中，所述装置还包括退耦合电路，
所述退耦合电路，用于对所述光伏组件产生的电能信号进行滤波，得到所述光伏组件产生的直流信号。
在一些可能的实施例中，所述装置还包括逆变器，
所述逆变器，用于对所述光伏组件产生的直流信号进行转换，得到所述光伏组件产生的交流信号，以传输至电网中供电。
在一些可能的实施例中，所述退化现象包括表面极化现象和电势诱导衰减PID现象，所述表面极化现象为所述光伏组件在正偏压的作用下导致大量负电荷累积在所述光伏组件的表面上的现象，所述PID现象为所述光伏组件在负偏压的作用下出现玻璃中的金属离子发生迁移的现象；
在所述退化现象为所述表面极化现象的情况下，向所述光伏组件施加高频信号，使得所述光伏组件的表面上累积的负电荷被激发到所述光伏组件中，以抑制所述光伏组件出现表面极化现象；
在所述退化现象为所述PID现象的情况下，向所述光伏组件施加高频信号，使得所述光伏组件的玻璃中的金属离子维持在所述玻璃中，以抑制所述光伏组件出现PID现象。
在一些可能的实施例中，所述向所述光伏组件施加高频信号包括以下中的至少一项：
在所述光伏组件的正电极和负电极之间施加高频信号；
在所述光伏组件包括有边框的情况下，在所述光伏组件的正电极和所述光伏组件的边框之间施加高频信号；
在所述光伏组件包括有边框的情况下，在所述光伏组件的负电极和所述光伏组件的边框之间施加高频信号；
在所述光伏组件包括有边框，且所述光伏组件的正电极和负电极短接的情况下，在所述光伏组件的负电极和所述光伏组件的边框之间施加高频信号。
在一些可能的实施例中，所述高频信号为频率超过第一阈值的信号，所述高频信号包括交流信号，或者，交流信号和直流信号。
在一些可能的实施例中，所述高频信号在所述光伏组件中产生m个能级，使得所述光伏组件被照射的情况下电子和空穴能在所述m个能级中跃迁，减少所述电子和空穴再复合的机率，提高所述光伏组件的发电效率，m为正整数。
在一些可能的实施例中，所述高频信号对应的频率在0.1MHz-100THz之间。
在一些可能的实施例中，所述高频信号对应的幅值在0.1V-1kV之间。
通过实施本发明实施例，能够解决现有技术中光伏组件出现退化现象(具体为表面极化现象和/或PID现象)时，出现光伏组件的电能转换能力降低以及发电效率降低等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明实施例提供的一种光伏组件发电的示意图。
图2是本发明实施例提供的一种带边框的光伏组件的结构示意图。
图3是本发明实施例提供的一种负电荷运动的能带示意图。
图4A-4D是本发明实施例提供的几种在光伏组件上施加高频电压的示意图。
图5A-5B是本发明实施例提供的两种电荷的运动示意图。
图6是本发明实施例提供的一种高频信号的波形示意图。
图7A-7B是本发明实施例提供的两种负电荷在能级上跃迁的示意图。
图8是本发明实施例提供的一种基于光伏组件的退化现象处理装置的结构示意图。
图9A-9D是本发明实施例提供的另几种基于光伏组件的退化现象处理装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。
申请人在提出本申请的过程中发现：光伏组件在负偏压下均会出现PID现象，在正偏压下均会出现表面极化现象。如图1示出一种光伏组件发电系统的示意图。如图1，通常光伏组件的边框是接地的，这将造成单个光伏组件和边框之间形成偏压。且如图1所示，越靠近负电极输出端的光伏组件，在负偏压的作用下出现PID现象更为明显；越靠近正电极输出端的光伏组件，在正偏压的作用下出现表面极化现象更为明显。
下面以光伏组件出现表面极化现象为例，具体阐述表面极化现象产生的原理。具体的，每个光伏组件通常由多个太阳能电池单元(photovoltaic cell，也称为光伏单元)构成，例如由60或72个太阳能电池单元构成。如图2示出带有边框的光伏组件的结构示意图，具体示出位于边框处的太阳能电池单元的结构示意图。所述光伏组件(具体为组件中的光伏单元)包括玻璃、正电极(也可称为上电极)、填充材料EVA(ethylene vinyl acetate)、抗反射膜ARC(anti reflective coating)、N型衬底、P型衬底、PN结以及负电极(也可称为下电极)。其中，N型衬底和P型衬底均为硅衬底，构成所述硅衬底的材料包括但不限于单晶硅和多晶硅等，图示为N型硅和P型硅。抗反射膜ARC主要包括氮化硅层和氧化硅层构成，关于所述ARC的材料这里不做详述。所述负电极位于P型衬底的下层，所述正电极位于N型衬底和填充材料EVA之间，且穿过所述抗反射膜ARC与N型衬底连接。可选的，本申请中所述光伏组件的厚度可为小于或等于300μm(微米)，也可对该光伏组件的厚度不做限定等。关于所述光伏组件涉及的制造材料以及制造工艺，本申请不做详述。
图2所示的光伏组件通常长期处于室外发电，容易受到温度、湿度以及偏差等因素的影响，使得光伏组件的性能衰减。例如，光伏组件在正偏压的作用下出现漏电流，漏电流从负电极—>EVA—>玻璃表面—>边框流向大地。即在漏电流的作用下，带正电的载流子穿过玻璃、经过边框流向大地，使得负电荷堆积在电池片的表面，吸引空穴到光伏组件的表面与电子(负电荷)复合，而不像正常发电情况下空穴将流向P型硅。具体可参见3示出的负电荷运动的能带图。如图3中，抗反射膜ARC包括有氮化硅层(图示为Si3N4)和氧化硅层(图示为SiO2)。由于氮化硅容易击穿，电势较低；而填充材料和氧化硅不易击穿、电势较高，可见大量的负电荷将累积到氮化硅层，即聚集在光伏组件的表面。由于负电荷的积累，空穴被吸引到光伏组件的表面，实现空穴和电子(负电荷)的复合，导致光伏组件的电能转换能力降低，发电效率降低。这种现象也被称为表面极化现象。
同理，光伏组件在负偏压的作用下，玻璃中的金属离子(正电荷)将向光伏组件内部(具体可为向PN结中)迁移，导致金属离子累积在P型衬底以及PN结等区域中，造成光伏组件的性能衰减、发电效率降低。这种现象也被称为PID现象。关于在负偏压下金属离子如何迁移本申请这里不做详述。
可理解的，不论光伏组件的表面极化现象还是PID现象，均是光伏组件在偏压(电势)的影响下光伏组件的发电效率出现退化/衰减的现象。为方便专利描述，本申请下文采用退化现象作为PID现象和表面极化现象的统称。即本申请中所述退化现象包括表面极化现象以及PID现象。关于所述PID现象和表面极化现象可参见前述实施例中的相关介绍，这里不再赘述。
为解决上述问题，本申请提出基于光伏组件的退化现象处理方法以及所述方法对应适用的装置。首先介绍基于光伏组件的退化现象处理方法所涉及的相关实施例。具体的，本申请在不改变光伏组件结构的情况下，提出在所述光伏组件上施加高频信号，以保护所述光伏组件，抑制或清除所述光伏组件出现退化现象。具体实现时，存在以下两种方案。
第一种方案，在所述光伏组件出现表面极化现象的情况下(即所述退化现象为表面极化现象)，可向所述光伏组件施加高频信号，使得所述光伏组件的表面上累积的负电荷被激发到所述光伏组件的内部(具体可为N型衬底)中，以抑制/清除所述光伏组件出现表面极化现象。
第二种方案，在所述光伏组件出现PID现象的情况下(即所述退化现象为PID现象)，可向所述光伏组件施加高频信号，使得所述光伏组件的玻璃中的金属离子不再发生迁移，维持在所述玻璃中，以抑制/清除所述光伏组件出现PID现象。
其中，所述高频信号是指频率超过第一阈值所对应的信号。这里的第一阈值可为用户侧或系统侧自定义设置的，例如50兆赫兹(MHz)。所述高频信号的具体表现形式本申请不做限定。例如，所述高频信号可包括但不限于以下中的任一项或多项的组合：交流信号、直流信号、电波信号、电磁波信号、光波信号、声波信号以及其他表现形式的信号等等。
应理解的，交流信号、直流信号、电波信号以及电磁波信号均为电信号，在实际应用中其具体表现形式可为电压或电流。即在所述高频信号为电信号时，可通过在所述光伏组件上施加高频电压或高频电流来实现。在实际应用中，光波信号的具体表现形式可为射线，例如X射线、γ射线等等。声波信号的具体表现形式可为声波，例如超声波等等。由于在实际应用中高频信号的具体表现形式存在不同，本申请下文主要以所述高频信号为电信号为例，进行相关内容的阐述。
由于所述高频信号的表现形式不同，所述高频信号对应在所述光伏组件上的施加方式可能不同。或者，同一表现形式的高频信号在所述光伏组件上的施加方式也可能存在不同。下面介绍几种可能的所述高频信号的施加方式。
在一些实施例中，所述高频信号可施加在所述光伏组件的正电极和负电极之间，具体如图4A所示。
具体的，在第一种方案中，即所述光伏组件出现表面极化现象的情况下，为抑制所述表面极化现象需将累积在所述光伏组件的表面(氮化硅层)中的负电荷激发到所述光伏组件中。可选的，为提升光伏组件的发电效率(或实现所述光伏组件的正常发电)需将负电荷激发到所述光伏组件的N型衬底中。因此在向所述光伏组件具体施加高频信号时，可将所述信号发生器的正负电极分别和所述光伏组件的正负电极电性连接。其中，所述信号发生器的正电极或者负电极可与所述光伏组件的正电极电性连接，剩余电极相互电性连接。示例性地，如图5A所示，可将信号发生器的正电极与所述光伏组件的负电极电性连接，将信号发生器的负电极与所述光伏组件的正电极电性连接。这样在所述高频信号对应的电场的作用下，负电荷会激发穿越到光伏组件内部，例如激发到N型衬底中等。其中，如图5A中负电荷表示为
其中，所述信号发生器是指用于产生所述高频信号对应的设备，该设备包括但不限于射频拉远单元(radio remote unit，RRU)、微波发生器或者其他用于产生高频信号的器件等等，本申请不做限定。
相应地在第二种方案中，即所述光伏组件出现PID现象的情况下，为抑制所述PID现象需将玻璃中发生迁移的金属离子(正电荷)维持到所述玻璃中。因此在向所述光伏组件具体施加高频信号时，可将所述信号发生器的正负电极分别和所述光伏组件的正负电极电性连接。其中，所述信号发生器的正电极或者负电极可与所述光伏组件的正电极电性连接，剩余电极相互电性连接。示例性地，如图5B所示可将信号发生器的正电极与所述光伏组件的正电极电性连接，将信号发生器的负电极与所述光伏组件的负电极电性连接。这样在所述高频信号对应的电场的作用下，玻璃(glass)中发生迁移的正电荷会重新迁移并维持在玻璃中。其中，如图5B中正电荷表示为⊕。
在又一些实施例中，当所述光伏组件设计/包括有边框时，所述高频信号可施加在所述光伏组件的正电极和边框之间，具体如图4B所示。
具体的，在第一种方案中，即所述光伏组件出现表面极化现象的情况下，在向所述光伏组件具体施加高频信号时，可将所述信号发生器的正负电极分别和所述光伏组件的正电极和边框电性连接。其中，所述信号发生器的正电极或者负电极可与所述光伏组件的正电极电性连接，剩余电极和边框相互电性连接。示例性地，可将信号发生器的正电极与所述光伏组件的边框电性连接，将信号发生器的负电极与所述光伏组件的正电极电性连接。关于所述负电荷迁移至光伏组件内部的原理以及所述信号发生器可参见前述实施例中的相关阐述，这里不再赘述。
在第二种方案中，即所述光伏组件出现PID现象的情况下，在向所述光伏组件具体施加高频信号时，可将所述信号发生器的正负电极分别和所述光伏组件的正电极和边框电性连接。其中，所述信号发生器的正电极或者负电极可与所述光伏组件的正电极电性连接，剩余电极和边框相互电性连接。示例性地，可将信号发生器的正电极与所述光伏组件的正电极电性连接，将信号发生器的负电极与所述光伏组件的边框电性连接。关于金属离子(正电荷)迁移并维持在玻璃中的原理以及所述信号发生器可参见前述实施例中的相关阐述，这里不再赘述。
在又一些实施例中，当所述光伏组件设计/包括有边框时，所述高频信号还可施加到所述光伏组件的负电极和边框之间，具体如图4C所示。
具体的，在第一种方案中，即所述光伏组件出现表面极化现象的情况下，在向所述光伏组件具体施加高频信号时，可将所述信号发生器的正负电极分别和所述光伏组件的负电极和边框电性连接。其中，所述信号发生器的正电极或者负电极可与所述光伏组件的负电极电性连接，剩余电极相互电性连接。示例性地，可将信号发生器的正电极与所述光伏组件的边框电性连接，将信号发生器的负电极与所述光伏组件的负电极电性连接。关于所述负电荷迁移至光伏组件内部的原理以及所述信号发生器可参见前述实施例中的相关阐述，这里不再赘述。
在第二种方案中，即所述光伏组件出现PID现象的情况下，在向所述光伏组件具体施加高频信号时，可将所述信号发生器的正负电极分别和所述光伏组件的负电极和边框电性连接。其中，所述信号发生器的正电极或者负电极可与所述光伏组件的负电极电性连接，剩余电极相互电性连接。示例性地，可将信号发生器的正电极与所述光伏组件的负电极电性连接，将信号发生器的负电极与所述光伏组件的边框电性连接。关于金属离子(正电荷)迁移并维持在玻璃中的原理以及所述信号发生器可参见前述实施例中的相关阐述，这里不再赘述。
在又一些实施例中，在所述光伏组件的正电极和负电极短路(短接)的情况下，所述高频信号还可施加到所述光伏组件的边框以及所述光伏组件的正电极和负电极短路(短接)后的正/负电极之间，具体如图4D所示。
具体的，在第一种方案中，即所述光伏组件出现表面极化现象的情况下，在向所述光伏组件具体施加高频信号时，可将所述信号发生器的正负电极分别和所述光伏组件的正负电极短路后的负电极和边框电性连接。其中，所述信号发生器的正电极或者负电极可与所述光伏组件的正负电极短路后的任一电极电性连接，剩余电极和边框相互电性连接。示例性地，可将信号发生器的正电极与所述光伏组件的边框电性连接，将信号发生器的负电极与所述光伏组件的正负电极发生短接后的任一电极(如短接后的正电极或负电极)电性连接。关于所述负电荷迁移至光伏组件内部的原理以及所述信号发生器可参见前述实施例中的相关阐述，这里不再赘述。
在第二种方案中，即所述光伏组件出现PID现象的情况下，在向所述光伏组件具体施加高频信号时，可将所述信号发生器的正负电极分别和所述光伏组件的正负电极短路后的负电极和边框电性连接。其中，所述信号发生器的正电极或者负电极可与所述光伏组件的正负电极短路后的任一电极电性连接，剩余电极和边框相互电性连接即可。示例性地，可将信号发生器的正电极与所述光伏组件的正负电极发生短接后的任一电极(如短接后的正电极或负电极)电性连接，将信号发生器的负电极与所述光伏组件的边框电性连接。关于金属离子(正电荷)迁移并维持在玻璃中的原理以及所述信号发生器可参见前述实施例中的相关阐述，这里不再赘述。
在又一些实施例中，所述高频信号可施加在所述光伏组件上。例如，所述高频信号为光波信号或声波信号时，所述光波信号对应的射线(例如X射线、γ射线等)或者所述声波信号对应的声波(例如超声波)可直接施加到所述光伏组件的表面即可。关于上述两种方案中负电荷以及正电荷如何迁移的原理以抑制光伏组件发生退化现象，可参见前述实施例中的相关阐述，本申请这里不做详述。
下面阐述本申请涉及的一些可选实施例。
在可选实施例中，所述高频信号主要以交流信号以及交流信号加直流信号的形式存在。具体在实际应用中，可对应在所述光伏组件上施加交流电压或者交流电压加偏置电压(即直流电压)，关于这些电压如何施加可参见前述实施例中的相关阐述，这里不在赘述。
其中，所述高频信号的波形、频率以及幅度值(也可称为幅值)本申请不做限定。例如，所述高频信号的具体波形可包括但不限于正弦波、方波、三角波、锯齿波、或者其他有规则或无规则的波形等等。以正弦波为例，具体如图6示出一种高频信号的波形示意图。
所述高频信号的频率可介于第一预设范围内。其中，所述第一预设范围的上限值以及下限值可为用户侧或系统侧自定义设置的。例如，所述高频信号的频率可介于0.1MHz至100THz之间等等。可选的，所述高频信号的频率也可为从几十MHz到GHz，甚至THz等等。
所述高频信号的幅值可介于第二预设范围内。其中，所述第一预设范围的上限值以及下限值可为用户侧或系统侧自定义设置的。例如，所述高频信号的幅值可介于0.1V至1kV之间等等。可选的，所述高频信号的幅值也可为从100毫伏到几伏等等。在可选实施例中，在所述光伏组件上施加所述高频信号的具体施加时间，本申请不做限定。例如可根据光伏组件或用户需求在任意时刻向光伏组件施加高频信号，以抑制所述光伏组件出现退化现象等。可选的，也可在晚上(光伏组件不工作的时段)施加所述高频信号，不缩短光伏组件的发电时长。
在可选实施例中，在所述光伏组件上施加高频信号后，可在所述光伏组件中产生m个能级(也可称为亚稳态能级)，使得所述光伏组件被照射时电子和空穴(也可称为载流子)能在所述m个亚稳态能级中跃迁，延长电子和空穴的寿命，减少它们再复合的机率，进而提升/提高了所述光伏组件的发电效率，其中m为正整数。
具体的，在光伏组件被照射时，可吸收入射光子的能量，光伏组件内部产生电子和空穴对。以电子为例，如图7A和图7B示出电子(负电荷)在不同能级上跃迁的示意图。当光伏组件吸收光子的能量大于禁带宽度对应的能量时，电子可跃迁到导带区域(即高于导带底以上的区域)，形成热电子。如图7A所示，如果没有在所述光伏组件上施加高频信号，则导带区域中不存在/产生亚稳态能级。当电子跃迁到导带区域时，由于电声耦合作用，电子迅速冷却至导带底，然后可能和空穴再复合，这样导致光伏组件的发电效率降低。如图7B所示，如果在所述光伏组件上施加高频信号，则导带区域可产生了一个或多个亚稳态能级，电子跃迁到导带区域时，可以暂时停留在这些亚稳态能级上，因此可延长电子的寿命，减少电子和空穴再复合的机会(即减少再复合的机率)，增加热电子的冷却时间。相比于现有技术仅包括费米能级，施加高频信号在所述光伏组件上，提高了电子在各能级上的驻留时长，提高了太阳光的利用率，进而提高了光伏组件的发电效率。
通过实施本发明实施例，能够解决现有技术中光伏组件出现退化现象(PID现象或表面极化现象)时，会出现光伏组件的电能转换能力降低、发电效率降低等问题。
基于前述实施例，下面介绍本申请适用的装置。请参见图8，是本发明实施例提供的一种基于光伏组件的退化现象处理装置。如图8所示的装置80可包括光伏组件802以及信号发生器804。可选的，所述装置还可包括控制器806、耦合和阻抗匹配电路808、退耦合电路810以及逆变器812。其中：
所述信号发生器804，用于产生高频信号；
所述信号发生器804，还用于在所述光伏组件802出现退化现象的情况下，向所述光伏组件802施加所述高频信号，以保护所述光伏组件802，抑制或清除所述退化现象；其中，所述退化现象为在电势的影响下所述光伏组件的发电效率出现退化的现象。
在可选实施例中，所述装置还可包括控制器806。所述控制器806用于控制或调整所述信号发生器产生的高频信号。具体的，控制器806可根据获取的第一信号来调整所述高频信号的参数，以使得向所述光伏组件施加所述高频信号后，能更好、更有效地抑制所述光伏组件的退化现象。其中，所述高频信号的参数包括但不限于以下中的任一项或多项的组合：所述高频信号的频率、幅值、直流/偏压信号的大小(具体可为偏置电压或偏置电流的大小)、或者其他影响所述高频信号的参数(例如相位)等等。所述第一信号是指所述光伏组件的正电极和负电极之间的输出信号，该信号可以包括但不限于开路信号、短路信号以及输出功率信号等等。具体存在以下几种实施方式。
在一种实施方式中，在所述光伏组件的正电极和负电极处于开路的情况下，控制器806可检测并获取所述光伏组件正负电极两端输出的开路信号(具体可为开路电压信号或开路电流信号)，并作为第一信号。进一步地，控制器依据所述第一信号来对应调整所述信号发生器产生的高频信号。例如，以所述高频信号为交流信号为例，可先保持所述高频信号的频率不变，每次根据采集的第一信号来调节所述高频信号的幅值。进一步地，还可根据历次采集的所述第一信号的变化情况对应调整所述高频信号的其他参数(这里可以是频率)，以获得最优高频信号。
在可选实施例中，当所述控制器806获取到所述光伏组件正负电极两端输出的开路信号最大(具体可为开路电压或开路电流最大)时，此时对应获得的所述高频信号为最优高频信号。即，所述第一信号为最大开路信号时，与所述最大开路信号对应的高频信号为最优高频信号。可理解的，后续利用所述最优高频信号施加到所述光伏组件，能更好、更有效地抑制/清除所述光伏组件出现退化现象。
在又一种实施方式中，在所述光伏组件的正电极和负电极处于短路(短接)的情况下，所述控制器806可检测并获取所述光伏组件正电极和负电极两端短路后输出的短路信号(具体可为短路电流信号)，并作为第一信号。进一步地，控制器依据所述第一信号来对应调整所述信号发生器产生的高频信号。
在可选实施例中，当所述控制器806获取到所述光伏组件正负电极两端短路后输出的短路信号最大(具体可为短路电流最大)时，此时对应获得的所述高频信号为最优高频信号。即，所述第一信号为最大短路信号时，与所述最大短路信号对应的高频信号为最优高频信号。关于所述最优高频信号以及所述高频信号的调整可参见前述实施例中的相关阐述，这里不再赘述。
在又一种实施方式中，所述控制器806可检测并获取所述光伏组件正电极和负电极两端的输出功率信号，并作为第一信号。进一步地，控制器依据所述第一信号来对应调整所述信号发生器产生的高频信号。即，控制器获取所述光伏组件正电极和负电极之间的输出功率信号，作为所述第一信号。
在可选实施例中，当所述控制器806获取到所述光伏组件正负电极两端的输出功率信号最大(具体可为输出功率最大)时，此时对应获得的所述高频信号为最优高频信号。即，所述第一信号为最大输出功率信号时，与所述最大输出功率信号对应的高频信号为最优高频信号。关于所述最优高频信号以及所述高频信号的调整可参见前述实施例中的相关阐述，这里不再赘述。
在可选实施例中，所述装置还可包括耦合和阻抗匹配电路808、退耦合电路810以及逆变器812。其中：
所述耦合和阻抗匹配电路808用于传输所述信号发生器产生的高频信号，以将所述高频信号施加到所述光伏组件上。
为减少信号的传输损耗，本申请特采用耦合和阻抗匹配电路来传输所述高频信号以将其施加到所述光伏组件上。所述耦合和阻抗匹配电路可以是由耦合电路以及阻抗匹配电路组成的。可选的，当所述耦合电路中包括有阻抗匹配的功能，此时所述耦合和阻抗匹配电路也可为耦合电路。其中，所述耦合电路可包括但不限于以下几种电路中的任一种或多种的组合：直接耦合、电容耦合、电感耦合、变压器耦合以及其他耦合方式等等。所述阻抗匹配电路可包括但不限于以下中几种电路中的任一种或多种的组合：L型网络、T型网络、π型网络以及其他阻抗匹配电路等等。在实际应用中，由于5.8GHz和2.4GHz属于免费的民用频段，本申请优先在这两个频段下实现阻抗匹配。关于所述耦合和阻抗匹配电路的具体电路实现本申请这里不做详述。
所述退耦合电路810可用于对所述光伏组件输出的电能信号进行滤波、除杂等处理，以对应获得所述光伏组件产生/输出的直流信号。
应理解的，在太阳光照射的情况下所述光伏组件可产生/输出对应的电能信号。该电能信号中可包括有高频信号以及低频信号等等。在实际应用中，家用交流电频率通常在50Hz左右，属于低频信号。因此，本申请可采用退耦合电路810来过滤掉高频信号，以对应获得所述光伏组件产生的低频信号以及直流信号。在实际应用中，所述退耦合电路可包括但不限于电容退耦、电感退耦等等，本申请不做详述。
所述逆变器812可用于将所述光伏组件产生的直流信号转换为对应的交流信号，进而将转换的交流信号传输至电网814中供电。
在所述装置包括有控制器806、耦合和阻抗匹配电路808、退耦合电路810以及逆变器812时，所述控制器具体可通过所述逆变器来采集所述光伏组件正负电极两端的输出信号(即第一信号)，进而依据所述第一信号来调整所述信号发生器804产生的高频信号，便于后续利用该高频信号更好、更有效地抑制光伏组件的退化现象。
具体的，可根据用户实际需求通过所述逆变器来采集所述光伏组件正负电极两端输出的第一信号(即前文所述的开路信号、短路信号或者输出功率信号等)。关于如何通过逆变器采集所述第一信号以及如何根据所述第一信号调整所述高频信号，本申请这里不做详述。具体可参见前述实施例中的相关阐述。
在可选实施例中，所述高频信号施加到所述光伏组件的实现方式有多种，下面示例性几种实现方式，并对应给出所述装置的具体结构示意图。
在一些实施方式中，所述高频信号可施加在所述光伏组件的正电极和负电极之间。具体如图9A示出一种所述装置的结构示意图。如图9A所示，所述高频信号对应的信号发生器804可经过耦合和阻抗匹配电路808与所述光伏组件的正负电极电性连接。
在又一些实施方式中，所述高频信号可施加在所述光伏组件的正电极和边框之间。相应地，具体如图9B示出另一种所述装置的结构示意图。如图9B所示，所述高频信号对应的信号发生器804可经过耦合和阻抗匹配电路808与所述光伏组件的正电极和边框电性连接。
在又一些实施方式中，所述高频信号可施加在所述光伏组件的负电极和边框之间。相应地，具体如图9C示出另一种所述装置的结构示意图。如图9C所示，所述高频信号对应的信号发生器804可经过耦合和阻抗匹配电路808与所述光伏组件的负电极和边框电性连接。
在又一些实施例中，在所述光伏组件的正电极和负电极短接后，所述高频信号可施加在所述光伏组件短接后的任一电极(具体为短接后的正电极或负电极)和边框之间。相应地，具体如图9D示出另一种所述装置的结构示意图。如图9D所示，所述高频信号对应的信号发生器804可经过耦合和阻抗匹配电路808与所述光伏组件短接后的负电极和边框电性连接。
其中，关于所述信号发生器的正负电极如何与所述光伏组件的正负电极或边框电性连接可对应参见前述图4A-4D所述实施例中的相关阐述，这里不再赘述。
需要说明的是，本实施例中未示出或未描述的部分可参见前述实施例中的相关阐述，且本申请所述的装置可对应参见前述所述方法实施例中的相关阐述，这里不再赘述。
本发明实施例装置中的模块或电路可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。本发明实施例中的模块或电路，可以通过通用集成电路，例如CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)，或通过ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)等来实现。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (19)
1.一种基于光伏组件的退化现象处理方法，其特征在于，所述方法包括：
在所述光伏组件出现退化现象的情况下，向所述光伏组件施加高频信号，使得所述光伏组件中累积的电荷能被释放，以保护所述光伏组件，抑制或清除所述退化现象；其中，所述退化现象为在电势的影响下导致所述光伏组件中存在有电荷的累积，所述光伏组件的发电效率出现退化的现象。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退化现象包括表面极化现象和电势诱导衰减PID现象，所述表面极化现象为所述光伏组件在正偏压的作用下导致大量负电荷累积在所述光伏组件的表面上的现象，所述PID现象为所述光伏组件在负偏压的作用下出现玻璃中的金属离子发生迁移的现象；
在所述退化现象为所述表面极化现象的情况下，向所述光伏组件施加高频信号，使得所述光伏组件的表面上累积的负电荷被激发到所述光伏组件中，以抑制所述光伏组件出现表面极化现象；
在所述退化现象为所述PID现象的情况下，向所述光伏组件施加高频信号，使得所述光伏组件的玻璃中的金属离子维持在所述玻璃中，以抑制所述光伏组件出现PID现象。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述向所述光伏组件施加高频信号包括以下中的至少一项：
在所述光伏组件的正电极和负电极之间施加高频信号；
在所述光伏组件包括有边框的情况下，在所述光伏组件的正电极和所述光伏组件的边框之间施加高频信号；
在所述光伏组件包括有边框的情况下，在所述光伏组件的负电极和所述光伏组件的边框之间施加高频信号；
在所述光伏组件包括有边框，且所述光伏组件的正电极和负电极短接的情况下，在所述光伏组件的负电极和所述光伏组件的边框之间施加高频信号。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述高频信号为交流信号，或者，交流信号和直流信号的组合。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述高频信号在所述光伏组件中产生m个能级，使得所述光伏组件被照射的情况下电子和空穴能在所述m个能级中跃迁，减少电子和空穴再复合的机率，提高所述光伏组件的发电效率，m为正整数。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述高频信号对应的频率在0.1MHz-100THz之间。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述高频信号对应的幅值在0.1V-1kV之间。
8.一种基于光伏组件的退化现象处理装置，其特征在于，包括光伏组件以及信号发生器，其中，
所述信号发生器，用于产生高频信号；
所述信号发生器，还用于在所述光伏组件出现退化现象的情况下，向所述光伏组件施加所述高频信号，使得所述光伏组件中累积的电荷能被释放，以保护所述光伏组件，抑制或清除所述退化现象；其中，所述退化现象为在电势的影响下导致所述光伏组件中存在有电荷的累积，所述光伏组件的发电效率出现退化的现象。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括控制器；
所述控制器，用于根据获取的第一信号，调整所述信号发生器产生的高频信号，使得向所述光伏组件施加所述高频信号后，能抑制或清除所述退化现象；其中，所述第一信号为所述光伏组件的正电极和负电极之间的开路信号、短路信号或者输出功率信号。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述高频信号为在所述第一信号为目标信号的情况下所获得的，所述目标信号为以下中的任一项：最大开路信号、最大短路信号以及最大输出功率信号；
其中，所述最大开路信号为在所述光伏组件的正电极和负电极处于开路的情况下，所述光伏组件的正电极和负电极之间的最大电压信号或最大电流信号；所述最大短路信号为在所述光伏组件的正电极和负电极处于短路的情况下，所述光伏组件的正电极和负电极之间的最大电流信号；所述最大输出功率信号为在所述光伏组件的正电极和负电极之间的输出功率最大的情况下，所述光伏组件的正电极和负电极之间的电压信号或电流信号。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的装置，其特征在于，还包括耦合和阻抗匹配电路，
所述耦合和阻抗匹配电路，用于传输所述信号发生器产生的高频信号，以将所述高频信号施加到所述光伏组件上。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的装置，其特征在于，还包括退耦合电路，
所述退耦合电路，用于对所述光伏组件产生的电能信号进行滤波，得到所述光伏组件产生的直流信号。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括逆变器，
所述逆变器，用于将所述光伏组件产生的直流信号转换为对应的交流信号，以传输至电网中供电。
14.根据权利要求8-13中任一项所述的装置，其特征在于，所述退化现象包括表面极化现象和电势诱导衰减PID现象，所述表面极化现象为所述光伏组件在正偏压的作用下导致大量负电荷累积在所述光伏组件的表面上的现象，所述PID现象为所述光伏组件在负偏压的作用下出现玻璃中的金属离子发生迁移的现象；
在所述退化现象为所述表面极化现象的情况下，向所述光伏组件施加高频信号，使得所述光伏组件的表面上累积的负电荷被激发到所述光伏组件中，以抑制所述光伏组件出现表面极化现象；
在所述退化现象为所述PID现象的情况下，向所述光伏组件施加高频信号，使得所述光伏组件的玻璃中的金属离子维持在所述玻璃中，以抑制所述光伏组件出现PID现象。
15.根据权利要求8-14中任一项所述的装置，其特征在于，所述向所述光伏组件施加高频信号包括以下中的至少一项：
在所述光伏组件的正电极和负电极之间施加高频信号；
在所述光伏组件包括有边框的情况下，在所述光伏组件的正电极和所述光伏组件的边框之间施加高频信号；
在所述光伏组件包括有边框的情况下，在所述光伏组件的负电极和所述光伏组件的边框之间施加高频信号；
在所述光伏组件包括有边框，且所述光伏组件的正电极和负电极短接的情况下，在所述光伏组件的负电极和所述光伏组件的边框之间施加高频信号。
16.根据权利要求8-15中任一项所述的装置，其特征在于，所述高频信号为交流信号，或者，交流信号和直流信号的组合。
17.根据权利要求8-16中任一项所述的装置，其特征在于，所述高频信号在所述光伏组件中产生m个能级，使得所述光伏组件被照射的情况下电子和空穴能在所述m个能级中跃迁，减少所述电子和空穴再复合的机率，提高所述光伏组件的发电效率，m为正整数。
18.根据权利要求8-17中任一项所述的装置，其特征在于，所述高频信号对应的频率在0.1MHz-100THz之间。
19.根据权利要求8-18中任一项所述的装置，其特征在于，所述高频信号对应的幅值在0.1V-1kV之间。
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