摘要：针对光伏系统25年全寿命周期内不同阶段的环境耐久性、材料性能和使用寿命等研究进展，通过光伏组件加速老化检测，预估光伏产品25年后的状况，从而促进光伏产业快速健康的发展。
关键词：光伏组件；加速老化；检测
1.前言
光伏组件输出功率的衰减可分为两个阶段，第一个阶段：早期的光致衰减，即光伏组件的输出功率在刚开始使用的最初几天内发生较大幅度的下降，但随后趋于稳定。这一现象发生的主要原因是P型掺硼晶体硅片中在光照的情况下产生了硼氧复合体，降低了其少子寿命，导致制成的太阳电池的功率下降，最终引起组件的功率下降。第二个阶段：组件的老化衰减，即在长期使用中出现的极缓慢的功率下降，产生的主要原因与封装材料的性能退化有关，也与电池缓慢衰减有关。
光伏组件术耐久性和可靠性问题一直存在。IEC总的测试目的是短期内针对一个早期失效情况所做的，而不是预测长期使用过程中的性能表现和使用寿命。
2.光伏组件老化及失效原理
2.1组件老化原因
多数材料由于长期曝露于大自然的环境中，受到阳光、温度、水和其它次级因素的影响和影响，大多会有表面褪色、变的粗糙老化、甚至其使用功能和性能都逐渐恶化，最终失去其使用价值。
光物理学涵盖了对自然老化和实验室加速老化过程来说很重要的所有电磁辐射范围，包括紫外辐射、可见光和红外辐射等。材料在自然环境中，不可避免的受到太阳的辐射、地理位置、海拔高度、季节变化、以及其它极端气候现象等气候因素的影响。
将材料曝晒于世界上所有的气候环境中是不现实的，所以在进行老化研究的时候就一定要抓住主要影响材料老化的因素，日光辐射（光能）、温度和水（湿度）被认为是引起材料老化的三大主要因素。
近年来，我国光伏产业发展迅猛，组件生产厂家更是如雨后春笋般涌现。但在这种繁荣的背后，各个组件生产厂家其产品质量却良芳不齐，一些组件在野外短短使用的几年时间内就出现了内部腐蚀、电性能明显衰减、电池片栅线消失、EVA黄变等失效情况。
2.2组件封装失效及原因分析
太阳电池组件的腐蚀主要产生在太阳电池组件内部、接线盒导电体和铝边框的断面上。
一般来说，太阳电池组件产生的内部腐蚀主要是由助焊剂的腐蚀性和组件生产环境的洁净度决定的。在组件使用的过程中，总有一些组件在使用2一3年以后出现功率明显下降电性能明显衰减的现象，有些甚至超过了当初承诺的组件10年内功率衰减 10%，20年内功率衰减20%的比例。组件产生这种电性能衰减的因素有很多，主要如下：
1.太阳电池片本身就存在一定的衰减。晶体硅太阳电池组件开始使用一段时间以后，在电性能方面都会出出现1 %一2 % 不同程度的衰减，这是由电池片本身材料特性所决定的，由于电池片中的硼、氧在光照能量下激发反应，产生硼氧复合对，形成载流子复合中心，从而导致电池片转换效率下降。2.EAV 胶膜的使用不当导致组件电性能下降。3.晶体硅太阳电池组件在使用过程中如热斑效应、电池片炸裂、玻璃碎裂、汇流条发黄、电池片栅线消失等等。
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3.组件加速老化检测重要性
3.1老化测试类型
为了更好了解材料的老化现象、老化机理和预防老化，同时在材料配方的筛选、竞争比较、提高耐老化性能、寿命预估等方面的要求，需要通过实验的方法来获得各自的想要达到的目的。当前老化方面的常用试验方法主要分为两大类：自然气候老化试验和人工加速老化试验。
自然气候老化试验选取在严酷自然气候环境条件下的暴露试验，这种试验己被公认是考核各类高分子材料环境适应性和可靠性的最重要，也是最早采用的、最真实的方法。该方法通过直接利用自然环境中的光、水、温度等因素对试样的作用而获得试验结果，由于其试验条件真实的反映了样品实际使用环境中的部分条件，所以自然气候老化直接曝晒试验结果与实际使用中产生的结果之间一致性好、相关性好。但同时该类方法存在两个缺点：一是试验需要较长的测试周期才能达到预想的试验结果，要获得有效的结果，需要几个月到数年乃至更长时间：二是试验的重复性差，自然气候非人力可控，环境中的光、水、温度随时都会发生改变，在不同的时间、不同地点开始的试验很难获得一致的结果。
为了缩短老化的测试时间，使测试样品能在一定程度上跟实际老化的状况相匹配，并且使试验的结果能达到重复和重现的目的，老化研究者们大多采用实验室人工加速老化试验来弥补了这些不足，该类方法通过人工模拟自然环境中的光、水、温度对试样产生作用而得到试验结果，可通过强化某一因素或几种因素的作用而获得加快试验进程的效果，由于试验条件可控，试验的重复性也得到了保证。因此，人工气候老化试验和自然气候老化试验一样得到了广泛的运用，甚至使用得更多。自20世纪60年代初至今研制成功的如紫外老化、氮灯老化、金属卤素灯等各类人工加速试验仪，其中人工光源是这类仪器的核心技术，因而要求它不仅具有相对高功率的光强，还必须具备如太阳发射到地面的连续光谱，所以人们要求人工加速试验在具备加速性的同时必须要求具备模拟性，这种人工加速仪才有实用意义与效果。
3.2组件加速老化检测的重要性
光伏电站运营商发现电站运行3-5年后，发电量明显下降5%以上，经长期监测分析最终能推断出是由于光伏组件功率衰减引起，并且对于产品寿命期25年内到底功率会衰减多少，目前行业内没有可以让人信服的检测数据，当前国家大力推广光伏电站的建设，是不是运行若干年后目前建成的光伏电站不仅发电量锐减，并且会存在严重的安全隐患呢？
光伏组件是太阳能光伏发电系统中的重要发电单元，其发电能力直接影响业主单位的经济收益。由于该产品长期放置于户外，一般运行至少达到25年，因此其产品的安全性、可靠性和耐久性就显的尤为突出。目前常用的晶体硅光伏组件的主要原材料和部件包括：太阳电池、密封封装材料、背板衬底、玻璃面板、边框、接线盒等配件。这些原材料和部件的选取以及光伏组件采用的生产设备、封装工艺和质量控制手段对产品最终质量影响非常大。
提升产品生产和系统集成企业设计、研发、生产的能力，促进产品和系统的技术进步和技术创新。
我国光伏产业发展较晚，长期受两头在外困扰，产业主要集中在低端制造环节，缺乏足够的技术创新能力和市场竞争能力；目前，在太阳级多晶硅、光伏组件、并网发电系统集成技术等关键领域，国内尚缺少一定的技术积累，也未形成专业的人才培养机制和公共服务平台，国内机构的自主创新和研发水平与国际先进水平还具有一定差距。
4.结论
光伏产业发展过快，材料性能，设备安全耐久性问题也日益凸显，光伏产品的安全和可靠性必须高度重视，而耐久性是安全与可靠性重要表现指标，在光伏行业设备系统上下游中是重中之重。
建立光伏组件加速老化检测平台，符合当前光伏产业发展的需要，有利于推动国内光伏硅材料、组件和系统集成的技术进步，规范市场健康、有序发展。
参考文献：
[1]王喜炜等.光伏组件加速老化试验可靠性及寿命分布研究[J].可再生能源.2017，35（5）：676-679
[2]刘桂雄等.光伏组件可靠性评估的研究现状与思考[J].现代制造工程.2014.12.123-126
论文作者:安晓君
论文发表刊物:《基层建设》2017年第29期
论文发表时间:2018/1/7
标签：组件论文; 光伏论文; 材料论文; 气候论文; 性能论文; 功率论文; 环境论文; 《基层建设》2017年第29期论文;