不同气候条件下光伏组件PID现象研究.docx

第 14 届中国光伏大会（cpvc14）论文集不同气候条件下光伏组件 pid 现象研究欧森，何涛，孟祥武，沈禛 珏(连云港神舟新能源有限公司，大连， 222100)摘要：随着光伏发电的广泛应用，光伏组件会被安装到不同地区，不同地区因经纬度、地理形貌等不同造就了气候条件的差异；本文根据大型光伏电站的地区分布，选取三种典型的气候条件，通过模拟不同气候条件下的温、湿度变化情况，在 1000v 的负偏压下，得出不同气候条件下的光伏组件 pid 现象发生机率和程度，为光伏电 站的安装区域选择和光伏组件的产品优化设计提供依据，避免因 pid 现象带来大幅 度的功率衰减，从而影响光伏电站的收益。关键词：光伏组件；气候条件； pid；衰减1 引言太阳能是未来具有广泛应用前景的 新能源，太阳能发电的使用也越来越普 及，同时也安装到全球的不同地区。随着 太阳能电池组件在不同环境中使用，不同 环境因素影响组件的功率输出。大量研究 表明在高温高湿地区功率衰减较为严重， 目前对此种特殊效应的组件测试方法并 没有明确的标准。根据不同地区的气候条件对太阳能 组件性能测试，模拟不同气候条件下温湿 度在施加相同的负偏压下太阳能的电势 诱导衰减状况，用来评价太阳能电池组件 承受不同气候条件下的温湿度能力。本文根据 pid 形成机理，在实验室再现 pid 现象，探讨环境温度、湿度因素对 组件 pid 效应的影响，从而降低或避免组件 pid 效应。2 实验过程2.1 实验样品及设备本实验中所有组件使用的电池片为 p 型晶体硅太阳能电池，封装材料一致。主 要实验设备有：重庆安吉拉 ch340c 型环 境试验箱、质卫 pid 专用测试电源、太阳 能稳态模拟器等。2.2 实验内容2.2.1 pid 测试原理 实验采用目前较为广泛采用的 pid 测试方法（如图 1 所示），根据 p 型电池片 的特点，在不同气候条件下，将组件输出 端短路后连接负电压 1000v，组件边框接地。132第 14 届中国光伏大会（cpvc14）论文集图 1 电路连接示意图2.2.2热带季风气候，如：海南地区表 1 海口年平均温湿度（中国气象网）2月10月11月12月年平均城市1 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月温度（） 湿度（%）14.31817.723.426.928.328.528.527.425.223.21823.381878583777981828282817481由数据可以看出，热带季风气候的年平均温度在 23.3，最高温度在 38.7， 根据组件 noct 温度（辐照度 800w/，温 度 20）得出组件实际最高工作温度在 58.7左右，年平均相对湿度在 81%,通过实验室模拟温度 25（stc 标准温度）/60（组件实际工作温度）及严苛条件下 85，相对湿度 85%，研究组件 pid 性 能衰减程度。2.2.3 温带大陆性气候，如：呼和浩特。见表 2。（中国#气嚣象网“）”n表 2 呼和浩特年平均温湿度。年平 均34月101112城市1 月2 月5 月6 月7 月8 月9 月月月月月mem，温度（）-13.5-3.70.19.315.322.923.123.615.39.11.3-8.17.9湿度（%）56514829304349485057495647133第 14 届中国光伏大会（cpvc14）论文集由数据可以看出，温带大陆性气候的年平均温度在 7.9，最高温度在 36.9， 根据组件 noct 温度（辐照度 800w/，温 度 20）得出组件实际最高工作温度在 56.9左右，年平均相对湿度在 47%,通过实验室模拟温度 25（stc 标准温度）/60（组件实际工作温度）及严苛条件 下 85，相对湿度 50%，研究组件 pid 性 能衰减程度。2.2.4 干热气候，如：沙漠地区。见表 3。表 3 吐鲁番年平均温湿度（中国气象网）1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月年平均城市温度（）湿度（%）-73662813303126342438204022432634242522192353023.425.9由数据可以看出，干热地区气候的年平均温度在 23.4，最高温度在 47.6， 根据组件 noct 温度（辐照度 800w/，温 度 20）得出组件实际最高工作温度在 67.6左右，年平均相对湿度在 25.9%, 通过实验室模拟温度 25（stc 标准温度）/60（组件实际工作温度）及严苛条件下 85，相对湿度 20%，研究组件 pid 性能衰减程度。3 实验结果及分析3.1 热带季风气候（如：海南）对组件 pid 性能的影响在相同湿度 85%条件下，组件边框接 1000v 正电压(短接后接-1000v,边框接 地)，不同温度条件下 pid 实验过程中组件功率衰减情况如表 1 和图 2 所示。表 4 相同湿度（85%），不同温度条件下组件 pid 的衰减程度24h 功率衰减（w)72h 功率衰减（w)96h 功率衰减（w)初始功率(w)48h功率衰减(w)温湿度25/85%60/85%85/85%295.546299.91291.311.0519.3116.332.16215.74261.052.31251.4594.34.40669.966157.4从图 2 可以看出，在 25条件下，随pid 实验时间的增加，功率衰减很小，组 件几乎无 pid 现象。在 60条件下，组件 在实验 24 小时后开始显示衰减状态，达 到 48 小时 pid 现象较为明显，随着 pid 实验时间的延长，在 96 小时实验后组件 功率衰减达到 23.33%。当采用 85条件 时，实验 24 小时后就开始出现较为明显图 2 热带季风气候不同温度条件下组件功率衰减状况134第 14 届中国光伏大会（cpvc14）论文集的 pid 现象，48h 实验后功率衰减就可以达到采用 60环境温度实验时进行 96 小 时实验后的功率衰减。且 pid 基本呈线性 增加的方式进行衰减，当实验时间达到 96 小时，组件的功率衰减达 54.03%。以上数 据说明 pid 现象在热带季风气候（高湿度）状态下最容易产生。3.2 温带大陆性气候（如：呼和浩特）对组件 pid 性能影响。在相同湿度 50%条件下，组件边框接 1000v 正电压(短接后接-1000v,边框接 地)，不同温度条件下 pid 实验过程中组件功率衰减情况如表 2 和图 3 所示。表 5 相同湿度（50%），不同温度条件下组件 pid 的衰减程度24h 功率衰减（w)48h 功率衰减（w)72h 功率衰减（w)96h 功率衰减（w)初始功率(w)温湿度25/50%60/50%85/50%296.9300.12302.512.71.927.113.52.729.714.94.7244.915.79.7250.01随 pid 实验时间的增加，两不同温度条件下功率衰减持平衡状态，功率衰减率 5%。当采用 85条件时，实验 72 小时后 pid 现象较为明显，随着 pid 实验时间延 长，在 96 小时实验后组件功率衰减达到 16.5%，以上数据说明在温带大陆性气候（高温度）状态下才容易产生 pid 效应。 3.3 干热气候（如：沙漠地区）对组件 pid 性能影响在相同湿度 20%条件下，组件边框接 1000v 正电压( 短接后接-1000v, 边框接 地)，不同温度条件下 pid 实验过程中组 件功率衰减情况如表 3 和 4 所示。图 3 温带大陆性气候不同温度组件功率衰减状况从图 3 可以看出，在 25/60条件下，表 6 相同湿度（20%），不同温度条件下组件 pid 的衰减程度24h 功率衰减（w)48h 功率衰减（w)72h 功率衰减（w)96h 功率衰减（w)初始功率(w)温湿度25/20%60/20%85/20%296.4299.2303.30.110.511.180.820.91.320.911.21.11.9135第 14 届中国光伏大会（cpvc14）论文集件下，随 pid 实验时间的增加，功率衰减很小，组件几乎无 pid 现象，以上数据说 明 pid 现象在干热气候状态下产生 pid 现 象的机率很小。3.4 相同温度（85），不同湿度对 pid性能影响研究在相同温度 85条件下，组件边框接 1000v 正电压( 短接后接-1000v, 边框接 地)，不同温度条件下 pid 实验过程中组 件功率衰减情况如表 4 和 5 所示。图 4 干热气候不同温度组件功率衰减状况从图 4 可以看出，在 25/60/85条表 7 相同温度（85），不同湿度条件下组件 pid 的衰减程度24h 功率衰减（w)48h 功率衰减（w)72h 功率衰减（w)96h 功率衰减（w)初始功率(w)温湿度85/20%85/50%85/85%303.30.50.820.911.9302.517.119.7144.9150.01291.3116.3361.0594.3157.4pid 现象较为明显。当环境湿度达到 85%时，在实验进行 48 小时后，组件的功率 衰减程度就达到采用 50%条件下 96h 实 验后的功率衰减率。以上实验结果表明， 湿度增加对组件 pid 性能衰减影响很大。 4 结论本文通过选取三种典型的气候条件， 在 1000v 负偏压下进行组件的 pid 实验研 究。实验结果表明，在热带季风气候条件 下，pid 现象最容易产生且组件功率的衰 减速率较快。在温带大陆气候条件下，现 象的产生速率较低，只有在严苛的高温下（85）才出现较为明显的 pid 现象：而 在干热气候条件下（如：沙漠地区）几乎无 pid 现象。因此在光伏组件的产品设计图 5同一湿度，不同温度组件功率衰减状况通过图 5 可以看出，在同一严苛的高温(85)条件下，湿度在 20%时，随 pid 试验时间的增加，功率衰减较小，很难观 察到 pid 现象。湿度在 50%时，实验 48 小时