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　　光伏組件作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，其可靠性評估顯得極為重要。從光伏組件結(jié)構(gòu)入手，分析組件可靠性影響因素，并從基于歷史數(shù)據(jù)可靠性評估、基于加速試驗(yàn)可靠性評估和基于加速退化試驗(yàn)可靠性評估三個(gè)方面。

 

　　討論光伏組件可靠性評估方法的特點(diǎn)，結(jié)合目前評估方法中存在的問題，指出對EVA-Si-TPT'型光伏組件宜采用基于歷史數(shù)據(jù)的可靠性評估方法，而對其他類型的更新速度較快，使用壽命長的光伏組件，結(jié)合光伏組件失效機(jī)理宜采用基于加速試驗(yàn)的可靠性評估方法；若運(yùn)用加速試驗(yàn)在到達(dá)應(yīng)力極限值時(shí)仍未能獲得足夠的失效數(shù)據(jù)，則應(yīng)考慮采用加速退化試驗(yàn)。

 

　　光伏組件作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，其可靠性直接關(guān)系到光伏系統(tǒng)性能，因此光伏組件投入使用的預(yù)期壽命受到普遍關(guān)注。隨著光伏產(chǎn)品使用壽命不斷增加，如何在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行光伏組件可靠性評估已成為目前的熱門研究課題。

 

　　本文將重點(diǎn)對可用于光伏組件可靠性評估的傳統(tǒng)方法、加速試驗(yàn)方法進(jìn)行評述，分析組件可靠性評估特點(diǎn)，指出光伏組件可靠性評估方法存在的問題以及可能的解決辦法。

 

　　根據(jù)所用光電轉(zhuǎn)換材料的不同，光伏組件可分為晶體硅、非晶硅兩類"?？紤]到目前晶體硅光伏組件發(fā)電量占光伏總發(fā)電量80%以上，本文以晶體硅光伏組件為例展開討論。典型晶體硅光伏組件結(jié)構(gòu)，它包含電池片、乙烯和醋酸乙烯酯共聚物EVA、背板、鋼化玻璃、鋁框、連接線和接線盒等主要部件。

 

　　其中，電池片的功能是將光能轉(zhuǎn)換成電能；EVA材料(充滿于鋼化玻璃、電池片和背板間)用于粘接、密封和保護(hù)電池片；背板、鋁框等起到防腐蝕、固定作用；鋼化玻璃具有透光、隔離與抗壓作用。

 

　　研究表明，影響光伏組件可靠性的因素有電池片破裂、連接線斷裂、EVA 脫粘與黃變、鋼化玻璃破裂、鋁框變形、背板脫粘以及接線盒失效等35]。若將EVA、背板和鋁框歸到封裝材料類，連接線、焊接帶歸到內(nèi)部電路中，則光伏組件主要影響因素來自內(nèi)部電路(占49%)、封裝材料(占41%)和電池片(占10% )三方面。

 

 

　　國內(nèi)外對光伏組件的可靠性試驗(yàn)與評估研究隨著光伏組件的應(yīng)用不斷深入發(fā)展的。

 

　　桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的 McMahon 等人，基于對光伏組件30年壽命預(yù)測可信度研究，認(rèn)為實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中應(yīng)力較為復(fù)雜，采用單應(yīng)力預(yù)測試驗(yàn)結(jié)果不可靠；

 

　　英國BP Solar公司的 Wohlgemuth等人，通過分析長期暴露的光伏組件的失效數(shù)據(jù)，得到整個(gè)組件退化率；美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的Jorgensen等人，在研究加速應(yīng)力環(huán)境下光伏組件各界面的粘合性能后認(rèn)為， Si-EVA界面的粘性受外界應(yīng)力影響較大，對光伏組件可靠性有重要影響；美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的 Smith等人分析光伏組件退化電參數(shù)變化，從電流、電壓角度研究光伏組件可靠性退化規(guī)律。

 

　　國內(nèi)對光伏組件可靠性試驗(yàn)研究處于起步階段，研究主要側(cè)重于從組成部件方面分析外界環(huán)境對光伏組件壽命的影響。研究者對不同組成的EVA膠膜進(jìn)行1000h的紫外光老化試驗(yàn)后指出，紫外光強(qiáng)度對光伏組件有著重要影響；研究者從化學(xué)機(jī)理出發(fā)，認(rèn)為EVA在紫外線、高溫和潮濕環(huán)境中會(huì)發(fā)生Norrish Typel和 Norrish Type lI化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致組件透光率下降，影響組件整體的可靠性；

 

　　阿特斯測試中心的張?jiān)雒鞯热藨?yīng)用FT-IR法分析了溫度和濕度對EVA水解反應(yīng)的影響，并簡要分析了EVA水解機(jī)理；研究者利用傅里葉變換衰減全反射紅外光譜儀，對光伏背板耐濕熱老化性能進(jìn)行測試分析表明，濕熱環(huán)境下背板的可靠性下降較為明顯。根據(jù)評估原理不同，現(xiàn)有光伏組件可靠性評估方法主要有基于歷史數(shù)據(jù)、基于加速試驗(yàn)和基于加速退化試驗(yàn)等三類可靠性評估方法。

 

 

　　基于歷史數(shù)據(jù)的可靠性評估方法是指在分析光伏組件退化失效數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合組件的退化機(jī)理，得到組件可靠性特征的一種可靠性試驗(yàn)方法。基于歷史數(shù)據(jù)的光伏組件可靠性評估方法側(cè)重于從統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律出發(fā)評估光伏組件的可靠性，若是進(jìn)行光伏組件可靠性試驗(yàn)與需要預(yù)測的光伏組件類型相同、應(yīng)用環(huán)境相似，則模型準(zhǔn)確度較高。但由于可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于特定環(huán)境、特定對象，模型應(yīng)用范圍較窄，需經(jīng)過修正才能應(yīng)用。

 

 

　　基于加速試驗(yàn)的可靠性評估方法即在超出正常應(yīng)力水平的加速應(yīng)力環(huán)境下獲得組件退化失效數(shù)據(jù)，再進(jìn)行推算，得到組件正常環(huán)境可靠性特征的一種試驗(yàn)方法。將基于加速試驗(yàn)的可靠性評估方法用于光伏組件上已取得進(jìn)展，但試驗(yàn)以EVA、背板和電池片等部件為主，研究則集中在紫外線﹑溫度等單應(yīng)力方面，難以與組件實(shí)際的綜合應(yīng)力工作環(huán)境相匹配，組件整體的可靠性評估理論研究有待加強(qiáng)。

 

 

　　加速退化試驗(yàn)，即運(yùn)用加大應(yīng)力的方法加速產(chǎn)品的退化，記錄其退化數(shù)據(jù)，并用退化數(shù)據(jù)推得產(chǎn)品壽命的試驗(yàn)方法。與加速試驗(yàn)相同，加速退化試驗(yàn)以不改變產(chǎn)品失效機(jī)理為前提來確定產(chǎn)品的可靠性特征，但它無需失效數(shù)據(jù)，只需在產(chǎn)品不失效情況下獲得足夠的退化數(shù)據(jù)，再利用退化數(shù)據(jù)推算出產(chǎn)品失效數(shù)據(jù)，可用于高可靠、長壽命的產(chǎn)品，如光伏組件可靠性評估。

 

　　研究者運(yùn)用加速退化試驗(yàn)對太陽電池進(jìn)行研究時(shí)，獲得了有意義的數(shù)據(jù)。研究者還試圖利用設(shè)計(jì)裝置對有機(jī)光伏組件的壽命進(jìn)行預(yù)測，并用現(xiàn)場退化數(shù)據(jù)驗(yàn)證加速退化試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。加速退化試驗(yàn)作為加速試驗(yàn)的優(yōu)化、補(bǔ)充，為高可靠、長壽命產(chǎn)品(如光伏組件等)提供了一種可靠性評估方法，但其在系統(tǒng)級產(chǎn)品、小樣本分析等方面仍存在問題。

 

 

　　基于歷史數(shù)據(jù)的可靠性評估方法和基于加速試驗(yàn)的可靠性評估方法各有特點(diǎn)，目前都還有不完善之處，在實(shí)際使用中應(yīng)加以靈活應(yīng)用、綜合應(yīng)用，或引入諸如加速退化試驗(yàn)方法。

 

　　1)如果可靠性的評估對象結(jié)構(gòu)為壽命長且更新速度相對較慢的EVA-Si-TPT型光伏組件，且試驗(yàn)對象類型與預(yù)測對象相同，在這種情況下，如果某特定環(huán)境的歷史數(shù)據(jù)充足，則宜采用基于歷史數(shù)據(jù)的可靠性評估方法；但如果封裝材料或電池片等某部分材料發(fā)生變化，導(dǎo)致評估組件歷史數(shù)據(jù)量較少時(shí)，難以使用此方法評估組件壽命。

 

　　這時(shí)可結(jié)合產(chǎn)品的失效機(jī)理建立產(chǎn)品的失效模型，或者利用產(chǎn)品性能退化數(shù)據(jù)推得其壽命特征，即結(jié)合加速試驗(yàn)進(jìn)行可靠性評估。

 

　　2)如果可靠性評估對象為其他類型的更新速度較快、失效時(shí)間長或新出現(xiàn)的光伏組件，由于缺少必要的可靠性數(shù)據(jù)，基于歷史數(shù)據(jù)的可靠性評估方法不適用，此時(shí)建議結(jié)合光伏組件的失效機(jī)理，采用基于加速試驗(yàn)的可靠性評估方法，必要時(shí)還可以與舊型光伏組件加速試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，以評估試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度。

 

　　3)基于加速試驗(yàn)的可靠性評估方法存在著最大極限應(yīng)力的限制，超過極限應(yīng)力時(shí)組件失效機(jī)理會(huì)發(fā)生改變。如果運(yùn)用加速試驗(yàn)在到達(dá)應(yīng)力極限值時(shí)，仍未能獲得足夠的失效數(shù)據(jù)，則應(yīng)考慮采用基于加速退化試驗(yàn)的可靠性評估方法，運(yùn)用試驗(yàn)獲得退化數(shù)據(jù)，推出組件的失效數(shù)據(jù)，評估其壽命特征。

 

　　但是，如何對加速退化試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)化以適用于光伏組件可靠性評估，仍需要進(jìn)一步深入研究。

 

　　以上就是關(guān)于光伏組件可靠性評估的研究分享與講解，希望對大家有所幫助。中科檢測不僅有開展光伏組件可靠性試驗(yàn)的服務(wù)，還有提供潔凈度檢測、毒理檢測、鹽霧試驗(yàn)等服務(wù)。擁有60年技術(shù)積累與管理經(jīng)驗(yàn)的中科檢測的分析技術(shù)已幫助眾多世界五百強(qiáng)企業(yè)解析了諸多未知的疑問，從而幫助他們快速找到改進(jìn)和提高的方向。