CN110595742B - 一种机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法，包括以下步骤：1)选一块与试验组件完全相同的组件作为比对组件；2)对试验组件施加机械载荷作用，而后对试验组件和比对组件进行外观、最大功率和电致发光测试；3)对试验组件和比对组件进行相同的加速老化试验，而后进行外观、最大功率和电致发光测试；4)分析试验组件和比对组件经历加速老化试验后电致发光图像变化情况；5)计算并分析试验组件和比对组件经历加速老化试验后功率衰减情况。本发明通过加速老化试验来模拟长期运行过程中环境因素对光伏组件性能的影响，使机械载荷对光伏组件性能长期潜在的影响快速呈现出来，大大缩短了检测时间。
Description
技术领域
本发明属于光伏组件检测技术领域，具体涉及一种机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法。
背景技术
机械载荷试验是光伏组件重要的检测项目之一，目的在于检测光伏组件抗风压、雪压和冰雹等载荷以及抵御安装过程中的机械损坏的能力。目前的试验方法有两种：静态机械载荷试验和动态机械载荷试验，分别参照IEC 61215-2:2016之4.16和IEC TS 62782-2016。
静态机械载荷试验考核组件在静止不变的压力下是否可靠，试验方法如下：用制造厂推荐的方法将组件安装在坚固的支架上，施加的压力值为2400Pa，保持时间为1h，在光伏组件前后表面各施加一次载荷为一个循环，共进行3个循环，监测试验过程中组件有无间歇断路现象。试验完毕后，对组件进行外观检查、最大功率测量和绝缘试验。
动态机械载荷试验考核组件在前后表面交替承受压力情况下的可靠性，试验方法如下：用制造厂推荐的方法将光伏组件放置在动态机械载荷检测系统中，对光伏组件施加动态机械载荷，最大压力为1000Pa，前后表面各施加一次载荷为一个循环，共循环1000次，每分钟完成3～7个循环，监测试验过程中组件有无间歇断路现象。试验完毕后，对组件进行外观检查、最大功率测量、绝缘试验、湿漏电试验、电致发光测试和红外热成像检测。
不难发现，无论是静态机械载荷试验还是动态机械载荷试验，机械载荷对光伏组件性能影响的评价都是通过对机械载荷作用完毕的组件随即进行外观检查、功率检测和安规检测的方法进行，得到地仅仅是在试验结束后短期内即可呈现出来的影响。而事实上，申请人经过长期试验观察发现，与没有经历过机械载荷作用的相同型号的光伏组件相比，即使是机械载荷作用后随即呈现出来的影响很小的组件，在后续长期运行过程中，抗老化能力也会差很多。理论上，一方面，机械载荷作用后长期运行过程中，环境温度变化以及长期的电流通过将导致电池片不断收缩和扩张，由此产生的内应力以及可能受到的外力会导致机械载荷作用后没有呈现缺陷的电池片薄弱点新增裂纹，裂纹逐步扩展，交叉的裂纹变成裂片，直线裂纹变成连续裂纹进一步变成裂片，导致太阳电池失效面积逐渐变大，进而对光伏组件的电性能影响也越来越大。另一方面，机械载荷作用产生的裂纹更容易成为水汽侵入组件内部的通道，在组件长期运行过程中，环境湿气逐步侵入光伏组件内部，腐蚀组件焊带和汇流条，致使组件串联电阻逐渐增大，电性能越来越差。综上所述，机械载荷对光伏组件性能的影响会随着光伏组件的长期运行逐步呈现，这种长期潜在影响远大于机械载荷作用完毕后随即测试得到的结果。光伏组件质量关乎到整个发电系统的收益，涉及到供应商、施工方、业主方、运维方多方利益。现行机械载荷试验仅仅评价机械载荷作用完毕后短期内随即呈现的影响，仅以此评价机械载荷对光伏组件性能的影响是不客观的。一旦运行中的光伏组件出现异常，很难追溯出现问题的环节，难以厘清问题的直接责任方。因此，提出一种机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法，该方法通过加速老化试验来模拟长期运行过程中环境因素对光伏组件性能的影响，以快速呈现机械载荷对光伏组件性能长期潜在的影响。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法，包括以下步骤：
1)选一块与试验组件完全相同的组件作为比对组件；
2)对试验组件施加机械载荷作用，而后对试验组件和比对组件进行外观、最大功率和电致发光测试；
3)对试验组件和比对组件进行相同的加速老化试验，而后进行外观，最大功率和电致发光测试；
4)分析试验组件和比对组件经历加速老化试验后电致发光图像变化情况；
5)计算并分析试验组件和比对组件经历加速老化试验后功率衰减情况。
在上述种机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法中：
优选地，在步骤1)中，所述比对组件应与所述试验组件完全相同，包括材料、工艺参数、组件参数、生产批次和组件经历。
优选地，在步骤2)中，所述机械载荷作用同时为静态机械载荷和动态机械载荷，对试验组件施加机械载荷作用的试验方法分别参照IEC 61215-2:2016之4.16.3和IECTS62782-2016之6。
由背景部分的讨论可知，机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的外界诱导因素有两点：一是环境温度变化，二是环境湿气，分别是热循环试验和湿冻试验所模拟的环境条件。
目前标准规定的热循环试验有两种：50次热循环试验和200次热循环试验。本申请中通过大量的试验数据发现，虽然200次热循环试验成本稍高、耗费时间稍长，但带来的试验效果极佳，更能深入地反映机械载荷对光伏组件性能影响的长期潜在性。
因此，优选地，在步骤3)中，所述加速老化试验程序为先进行200次热循环试验，而后进行湿冻试验，试验方法分别参照IEC 61215-2:2016之4.11.3和IEC 61215-2:2016之4.12.3。
优选的，步骤3)中外观检查、最大功率测量和电致发光测试的参数设置与步骤2)中相应检测项目的参数设置一致。
优选的，在步骤2)～步骤3)中，外观检查和最大功率测量方法分别参照IEC61215-2:2016之4.1、IEC 61215-2:2016之4.2。
优选的，步骤3)中在试验组件和比对组件外观检查合格后，再对试验组件和比对组件进行最大功率和电致发光测试。
在步骤4)中，采用电致发光图像分析软件分析电致发光图像，识别和统计裂纹、碎片及其尺寸和数量，得出加速老化试验后组件缺陷的变化情况，以比对组件相关结果作为参考，根据试验组件缺陷变化情况来说明机械载荷对光伏组件性能长期潜在的影响。
其中电致发光图像分析软件参阅软著登字第2181660号中的软件。
由于机械载荷作用后组件的缺陷情况因组件而异，并且经过加速老化试验后，缺陷恶化的情况也因组件而异，因此：
优选的，步骤4)中如果加速老化试验后，以比对组件相关结果作为参考，试验组件有裂纹新增，或裂纹扩展，或交叉的裂纹变成裂片，或直线裂纹变成连续裂纹进一步变成裂片等，任何引起太阳电池失效面积变大的情况出现，则说明机械载荷对光伏组件性能存在长期潜在的影响。
在步骤5)中以比对组件功率衰减值作为参考值，计算并分析试验组件经历加速老化试验后试验组件功率衰减值，根据试验组件的功率衰减值来说明机械载荷试验对光伏组件功率长期潜在的影响。因此，具体的：
如果加速老化试验前后，试验组件功率衰减值高于比对组件的功率衰减值，则说明机械载荷对光伏组件性能存在长期潜在的影响；差值越大，长期潜在影响越大。
优选地，试验组件加速老化试验前后电致发光图像对比和加速老化试验前后功率衰减值，都以比对组件相关结果作为参考，以排除其他因素对检测结果的干扰。
因此，本发明方法采用电致发光图像分析软件分析电致发光图像，识别和统计裂纹、碎片及其尺寸和数量，得出长期运行缺陷的变化情况，计算加速老化试验前后光伏组件功率衰减值，以反映机械载荷对光伏组件电性能长期潜在的影响。以比对组件作为参考，排除其他因素对检测结果的干扰。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明中的机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法，可以有效地评价机械载荷对光伏组件性能长期潜在的影响；
(2)本发明方法通过设置比对组件来排除其他因素的干扰，使得试验结果更加准确；
(3)本发明方法通过200次热循环试验和湿冻试验相结合的加速老化试验来模拟长期运行过程中环境因素对光伏组件性能的影响，使机械载荷对光伏组件性能长期潜在的影响快速呈现出来，大大缩短了检测时间；
(4)本发明方法采用电致发光图像分析软件分析电致发光图像，识别和统计裂纹、碎片及其尺寸和数量，节省人力的同时，也提高了检测效率和准确性。
附图说明
图1为本发明实施例1中的检测方法流程图；
图2为本发明实施例1中样品A、B、C的外观照片，左图为正面照片、右图为背面照片；
图3为本发明实施例1中样品A、B、C的初始电致发光图像；
图4为本发明实施例1中样品A的初始电致发光图像、样品B和样品C机械载荷后电致发光图像；
图5为本发明实施例1中样品A、B、C加速老化试验后电致发光图像。
具体实施方式
实施例1
下面将结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，为有效评价机械载荷对光伏组件性能的影响，本实施例提供一种机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法，包括以下步骤：
1)选三块完全相同、且经过初始光老炼达到稳定的组件，分别记为样品A、样品B、样品C，外观照片见图2。对样品A、样品B、样品C进行外观、最大功率和电致发光测试，测试方法分别参照IEC 61215-2:2016之4.1、IEC 61215-2:2016之4.2。外观未见异常，电致发光图像见图3，最大功率分别为16.49W、16.53W和16.69W。
2)样品A为比对组件，样品B和样品C为试验组件，按照IEC 61215-2:2016之4.16.3或IEC TS 62782-2016之6对样品B和样品C施加机械载荷作用，而后对样品B、样品C进行外观、最大功率和电致发光测试。外观未见异常，电致发光图像见图4，其中图4A是样品A同图3A，最大功率分别为16.53W和16.69W。与机械载荷试验前相比，样品B和样品C功率分别衰减1.69％和12.9％。
3)对样品A、样品B、样品C进行加速老化试验：200次热循环试验+湿冻试验，试验方法分别参照IEC 61215-2:2016之4.11.3和IEC 61215-2:2016之4.12.3。加速老化试验结束后，对样品A、样品B、样品C进行外观，最大功率和电致发光测试。外观未见异常，电致发光图像见图5，最大功率分别为15.68W、15.33W和9.96W，与加速老化试验前相比，样品A、样品B、样品C分别衰减4.91％、5.66％和31.3％。
4)分析样品经历加速老化试验后电致发光图像变化情况
采用软著登字第2181660号中的软件分析电致发光图像，对比图4和图5知，经过相同的加速老化试验后，样品A电致发光图像没有发生变化。样品B电致发光图像原7处裂纹中，3处交叉裂纹恶化形成3处裂片，裂纹交叉形成区域的发电能力由低效成完全失效。样品C电致发光图像原裂片由灰色变成黑色，发电能力由低效成完全失效。
5)分析样品经历加速老化试验后功率衰减情况
加速老化试验是为了快速呈现机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响，与老化试验前相比，经过相同的加速老化试验后，样品A、样品B、样品C功率衰减率分别为4.91％、5.66％和31.3％，样品B和样品C功率衰减率分别是样品A功率衰减率的1.15和6.37倍，说明机械载荷作用使得组件长期运行过程中衰减加速，且机械载荷作用引起地隐裂碎片越多，功率衰减速度越快。样品C加速老化试验引起地功率衰减率31.3％远高于机械载荷作用引起地功率衰减率12.9％，说明机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响远远大于机械载荷作用后直接呈现出来的影响。
上述实施例证实了机械载荷作用对光伏组件性能有着长期潜在的影响，且这种长期影响远远大于机械载荷作用后直接呈现出来的影响。此外，上述实施例还验证了本发明所提出的一种机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法的可行性。
Claims (7)
1.一种机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法，其特征在于包括以下步骤：
1）选一块与试验组件完全相同的组件作为比对组件；
2）对试验组件施加机械载荷作用，而后对试验组件和比对组件进行外观、最大功率和电致发光测试；
3）对试验组件和比对组件进行相同的加速老化试验，而后进行外观，最大功率和电致发光测试；
4）分析试验组件和比对组件经历加速老化试验后电致发光图像变化情况；
5）计算并分析试验组件和比对组件经历加速老化试验后功率衰减情况；
在步骤4）中，采用电致发光图像分析软件分析电致发光图像，识别和统计裂纹、碎片及其尺寸和数量，得出加速老化试验后组件缺陷的变化情况，以比对组件相关结果作为参考，根据试验组件缺陷变化情况来说明机械载荷对光伏组件性能长期潜在的影响；
在步骤5）中：以比对组件功率衰减值作为参考值，计算并分析试验组件经历加速老化试验后试验组件功率衰减值，根据试验组件的功率衰减值变化来说明机械载荷试验对光伏组件功率长期潜在的影响。
2.根据权利要求1所述的机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法，其特征在于：在步骤1）中，所述比对组件应与所述试验组件完全相同，包括材料、工艺参数、组件参数、生产批次和组件经历。
3.根据权利要求1所述的机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法，其特征在于：在步骤2）中，所述机械载荷作用同时为静态机械载荷和动态机械载荷，对试验组件施加机械载荷作用的试验方法分别参照IEC 61215-2:2016之4.16.3和IEC TS 62782-2016之6。
4.根据权利要求1所述的机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法，其特征在于：在步骤3）中，所述加速老化试验程序为先进行200次热循环试验，而后进行湿冻试验，试验方法分别参照IEC 61215-2: 2016之4.11.3和IEC 61215-2: 2016之4.12.3。
5.根据权利要求1所述的机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法，其特征在于：步骤3）中外观、最大功率和电致发光测试的参数设置与步骤2）中相应检测项目的参数设置一致。
6.根据权利要求1所述的机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法，其特征在于：在步骤2）~步骤3）中，外观和最大功率测试方法分别参照IEC 61215-2:2016之4.1、IEC 61215-2:2016之4.2。
7.根据权利要求1所述的机械载荷对光伏组件性能长期潜在影响的检测方法，其特征在于：步骤3）中在试验组件和比对组件外观检查合格后，再对试验组件和比对组件进行最大功率和电致发光测试。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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