基于光伏组件的电位诱发功率衰减的研究

【摘要】：随着太阳能光伏行业的进一步发展，光伏组件的大规模投入使用，特别是越来越多的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，在高温潮湿的地方尤为明显；从光伏组件的外观上看，有些组件出现被腐蚀的迹象，但是有相当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，且衰减趋势也无规律可循；从电性能测试的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。通过业界专家及工程技术人员的对该失效模式的长期试验及现场追踪研究，该不良现象的神秘面纱被慢慢揭开，业内人员称之为电位诱发衰减效应（PID，Potential Induced Degradation）。随着PID现象越来越多的发生，业界的电池、组件生产商，电站系统的安装商及客户对PID的越来越关注。PID原因引发光伏电站在工作三、四年后发生大幅衰减的不断报道，大家开始对电站工作几年后就发生明显衰减现象的原因进行了种种推测，光伏行业开始对PID的原因和预防方法进行讨论探究。一些国家和地区已逐步开始把抗PID作为光伏组件的关键要求之一，甚至有很多日本用户明确要求把抗PID写入合同，并随机进行抽检；欧洲的买家也跃跃欲试提出同样的苛刻要求。此趋势也使得国内外越来越多的光伏电站业主单位、光伏电池和组件厂、测试单位和材料供应商对PID的研究越来越深入。此文结合光伏专业的理论知识，制造工厂的工艺技术以及光伏系统电站的实际运行情况，从太阳能光伏领域的理论基础，生产工艺技术，材料特性，PID的特征，原因分析，解决方案以及预防方法等方面对PID问题进行了系统的全面的阐述。 【关键词】：光伏发电 太阳能电池 太阳能组件 功率衰减 电位诱发衰减(PID)
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 前言4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 问题的提出背景及研究意义14-15
• 1.2 国内外行业及研究现状15-16
• 1.3 本文主要工作内容16-17
• 1.4 本文内容安排17-19
• 第二章 太阳能光伏理论基础及工艺技术19-35
• 2.1 半导体物理的基础理论介绍19-21
• 2.2 固体能带的概念21-22
• 2.3 PN 结的形成机理和特性22-24
• 2.4 光生伏打效应及其机理24-28
• 2.4.1 光生伏打效应及光伏电池原理24-25
• 2.4.2 太阳能光伏电池的等效电路介绍25-26
• 2.4.3 光伏电池的等效电路重要参数分析26-28
• 2.5 太阳能光伏产品与行业知识28-33
• 2.5.1 太阳能光伏电池结构及工艺技术28-29
• 2.5.2 太阳能组件结构原理及工艺技术29-33
• 2.6 太阳能光伏产品的功率衰减33-35
• 第三章 PID 的失效模式的特征及其危害35-41
• 3.1 PID 的定义及机理介绍35-37
• 3.2 PID 的失效的主要特征37-39
• 3.3 PID 三种衰减模式39-41
• 3.3.1 衰减模式 1-半导体活性区受到影响，导致分层现象39
• 3.3.2 衰减模式 2-半导体结的性能衰减和分流现象39-40
• 3.3.3 衰减模式 2-电离腐蚀和大量金属离子的迁移现象40-41
• 第四章 PID 的失效机理分析41-46
• 4.1 PID 失效原因分析--系统方面41-42
• 4.2 PID 失效原因分析—组件方面42-43
• 4.3 PID 失效原因分析—电池方面43-46
• 4.3.1 电池制造工艺43
• 4.3.2 基底材料性能-硅片电阻率43-44
• 4.3.3 发射极方块电阻44-45
• 4.3.4 减反射层的性能45-46
• 第五章 光伏产品 PID 失效的实验模拟与验证测试46-56
• 5.1 PID 失效的实验模拟基准与验证测试步骤46-48
• 5.2 双 85(85℃，85%RH) 20H 的条件下 PID 模拟实验48-50
• 5.3 双 65(65℃，65%RH) 20H、40H 条件下的 PID 模拟实验50-52
• 5.4 室温，潮湿条件下的 PID 模拟实验52-53
• 5.5 单片太阳能电池片 PID 失效的实验模拟与验证53
• 5.6 PID 可恢复性模拟实验53-56
• 第六章 PID 预防探究及工厂可行性解决方案的应用56-61
• 6.1 Anti-PID 光伏电池工艺技术的革-PECVD 工序56-57
• 6.2 光伏组件的封装材料的优化-Anti-PID EVA/低钠玻璃57-59
• 6.3 光伏系统电站的安装工程优化-电气连接方式革新59-61
• 6.3.1 光伏系统接地方式的革新59-60
• 6.3.2 光伏系统在非运行期间增加反向电压的恢复操作60-61
• 第七章 总结与展望61-63
• 参考文献63-64
• 作者简介及科研成果64-65
• 致谢65

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