光伏系统关键设备的老化与快速评估方法
光伏系统关键设备的老化
光伏系统关键设备(组件、支架、汇流箱、逆变器等)在户外运行时面临多种老化与失效模式,其中光伏组件的老化机理最为复杂且多样化,是影响系统发电量的核心因素。主要老化模式包括:
- 汇流箱、线缆和保险丝老化:电池片能型接线不合理、封装材料黄变等。
- 逆变器老化:分层内阻过热、限功率甚至火灾、背板粉化、开路等。
- 光伏支架老化:设计载荷低、表面脏污等。
- 光伏组件老化:玻璃破损、腐蚀、表面脏污、安装压接或操作失误与组件连接等。
- 其他失效模式:PID、LD、LETD、UVD、连接器失效、接盘失效等。
光伏组件的首年衰减与快速评估
光伏组件面临多种导致功率衰减的失效风险,初期即可产生大幅功率衰减,影响系统发电量。组件制造商通常提供30年功率质保,其中首年衰减为1%,之后每年线性衰减0.4%。N型组件的首年衰减评估可提供理论依据及户外实测数据支撑,但经年衰减尚无科学依据。
首年衰减质保现状:
- 部分技术首年衰减承诺≤1%,实际往往超过1%,最高达4%。
- Topcon、HJT、BC等技术在首年质保方面存在差异。
首年衰减评估方法现状:
- 现行标准(IEC61215、IEC61730、GB/T9535等)主要用于评估长期可靠性与安全,与户外首年功率衰减无直接联系。
- 户外实证年衰减率评价周期长,边界条件多样化且无统一标准,不适用于快速评估。
首年衰减快速评估方法:
- 测试序列:基于光照、温度、湿度等户外典型环境应力,设置实验室加速老化测试序列(DH+TC+UV),模拟户外首年衰减模式(高温高湿腐蚀+热机械应力+UVID),30天左右完成测试。
- DH试验:模拟高温高湿引起的腐蚀,50小时可锁定户外首年性能衰减。
- TC试验:模拟温度循环引起的热机械应力,25次循环基本对应一年循环数。
- UV试验:评估UVID衰减,需制定新方法,因现行标准不适用于首年UVID评估。
- UVID试验机理:组件UV衰减主要由电池性能衰减造成,包括界面复合(Si-H键断裂、AI-O键断裂)、LETID效应等。
- 测试验证方案:
- 室内加速老化测试:不同样品类型、测试条件、测试序列的加速老化试验,联合多家三方实验室(CGC、CESI、成都质检等)测试比对。
- 户外实证验证:联合多家发电集团(国电投、三峡、华润、大唐等)自有现场实证资源进行验证,包括湿热(海南)、高原(川西)、沙漠(甘肃)等条件。
总结与展望
光伏系统关键设备的老化模式多样,组件老化是核心影响因素。N型组件首年功率质保可提供科学依据和户外数据支撑。行业标准《晶体硅光伏组件首年衰减率测试和评价方法》提供的实验室加速老化测试序列(DH+TC+UV)可快速模拟户外首年功率衰减,为业主选型和制造商产品优化提供技术依据。