不同EVA材料抗光伏組件PID效應(yīng)的研究

周挺　朱冰潔　懷朝君

【摘 要】本論文通過研究不同EVA材料對光伏組件PID測試性能的影響，對比分析采用了四類EVA封裝的光伏組件的IV特性以及EL測試結(jié)果，給出不同EVA材料的抗PID效應(yīng)能力，給光伏行業(yè)的PID研究并解決困擾光伏行業(yè)的難題提供參考。

【關(guān)鍵詞】光伏組件；電勢誘導(dǎo)衰減；乙烯-乙烯醋酸酯共聚物（EVA）

中圖分類號： TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）29-0104-002

【Abstract】In this paper， by studying the influence of different EVA materials on the performance of PV modules， the IV characteristics and EL results of the four types of EVA-encapsulated PV modules are contrasted and analyzed. The anti-PID effects of different EVA materials are given， Industry PID research and solve the problems plaguing the photovoltaic industry provide a reference.

【Key words】PV module； Potential-induced attenuation； Ethylene-vinyl acetate copolymer （EVA）

0 引言

光伏組件由TPT背板、封裝材料、晶體硅電池片、封裝材料、鋼化玻璃面板組成。其中封裝材料是它的最一個(gè)關(guān)鍵部分，好的封裝材料可以為太陽電池的安裝提供多種光學(xué)、物理、絕緣、防濕氣等保護(hù)[1]。由于具有成本低、質(zhì)量輕、粘結(jié)性能好以及柔軟等優(yōu)點(diǎn)，高分子樹脂材料是目前使用廣泛的一種封裝材料，它包括離子型聚合物、聚乙烯醇縮丁醛（PVB）、乙烯-乙烯醋酸酯共聚物（EVA）、熱塑性聚氨酯（TPU）、熱塑性聚烯烴（TPO）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等[2]，其中含33%醋酸乙烯酯的EVA綜合性能良好，是目前光伏組件中最常用封裝材料。

PID效應(yīng)是指長期運(yùn)行于高強(qiáng)度負(fù)電壓下的組件，在封裝材料與玻璃間產(chǎn)生漏電流[3]，大量電荷在電池片表面集聚，從而導(dǎo)致光伏組件鈍化失效性能變差[3-7]。溫濕度等環(huán)境條件會(huì)使接地邊框和電池片之間形成漏電流，背板、玻璃、封裝材料和邊框間會(huì)形成漏電流通道，從而導(dǎo)致PID現(xiàn)象。

本論文通過研究不同EVA材料對光伏組件PID測試性能的影響，對比分析采用了四類EVA封裝的光伏組件的IV特性以及EL測試結(jié)果，給出不同EVA材料的抗PID效應(yīng)能力，給光伏行業(yè)的PID研究并解決困擾光伏行業(yè)的難題提供參考。

1 試驗(yàn)方案

1.1 EVA材料收集

收集不同抗PID的EVA制備廠家信息，挑選出四種EVA材料作為組件封裝材料，體積電阻值各有不同，具體如表1：

1.2 測試組件的制備

將收集的4種EVA材料按相同工藝分別制備成待測組件，每個(gè)種類各制作1個(gè)樣品，分別為樣品A、B、C、D。本試驗(yàn)采用多晶硅電池片為主要原料。組件制備完成后，將待測組件置于戶外進(jìn)行三輪5KW？h預(yù)處理，待組件穩(wěn)定后再進(jìn)行PID試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)開始前，先對所有樣品進(jìn)行EL測試、IV特性測試的初始測試。對所有樣品進(jìn)行相同條件的PID試驗(yàn)，試驗(yàn)方法參考以下IECEE國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)：IEC 62804系統(tǒng)偏壓耐受測試（俗稱電位誘發(fā)衰減PID測試）；IEC 61215， 地面用晶體硅光伏組件—設(shè)計(jì)鑒定和定型；IEC 61730-2， 光伏組件安全鑒定 第二部分：試驗(yàn)要求；IEC 60068-2-78 環(huán)境測試 第2-78部分：試驗(yàn) 試驗(yàn)室：穩(wěn)態(tài)濕熱。試驗(yàn)條件為：溫度60℃，濕度85%，時(shí)間96小時(shí)，電壓1000V，接線方式為反接。PID試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后EL測試、IV特性測試。

2 試驗(yàn)結(jié)果

按試驗(yàn)方案進(jìn)行PID測試，測試前后不同EVA封裝組件I-V特性如表2：

3 結(jié)果分析

根據(jù)當(dāng)前研究成果，一般認(rèn)為PID失效存在三種控制機(jī)制，極化、鈉離子遷移和電化學(xué)腐蝕，在傳統(tǒng)的晶硅組件中，主要在電池片與焊帶的焊點(diǎn)附近易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，這種腐蝕機(jī)制并不是所有晶硅組件產(chǎn)生PID現(xiàn)象的一個(gè)主要原因。極化主要與電池片的表面處理有關(guān)，極化產(chǎn)生的失效大多是可以恢復(fù)的，鈉離子遷移卻是難以扭轉(zhuǎn)的。鈉離子遷移原理為：由于水汽進(jìn)入或EVA中原有的水分會(huì)導(dǎo)致EVA水解產(chǎn)生醋酸，醋酸與玻璃表面析出的堿反應(yīng)產(chǎn)生可以自由移動(dòng)的鈉離子，鈉離子在電場的作用下移動(dòng)到電池表面，中和P-N結(jié)，引起電池片效率的降低。較好的EVA可以減少體系中的水解基團(tuán)，進(jìn)而阻隔鈉離子在體系中的移動(dòng)帶來電池的PID問題。

對表2數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，A、B、C、D四類EVA封裝組件PID測試后，功率均有所衰減，對應(yīng)衰減率分別為3.17%、7.71%、10.67%、1.06%。四類EVA對應(yīng)組件PID實(shí)驗(yàn)后功率衰減為C>B>A>D，結(jié)合四類EVA封裝材料組件PID測試前后的EL測試結(jié)果，分析其對PID效應(yīng)的影響機(jī)理。

根據(jù)圖2.b的EL圖像可以看到，電池片出現(xiàn)的失效現(xiàn)象較A類EVA封裝的組件明顯，失效電池片數(shù)量也明顯增多，但出現(xiàn)失效的電池片仍大多為組件邊緣電池片，只是電池片失效位置由邊緣擴(kuò)散到了中間。B類EVA 與A類EVA相比，阻擋體系內(nèi)水解基團(tuán)能力較弱，產(chǎn)生的鈉離子遷移較為嚴(yán)重。

根據(jù)圖3.b可以看出，出現(xiàn)失效的電池片仍為組件邊緣區(qū)域，但電池片的失效現(xiàn)象較前兩類EVA封裝的組件明顯嚴(yán)重，其中，有一片電池片已經(jīng)完全失效，組件失效現(xiàn)象明顯。C類EVA不能完全阻擋體系內(nèi)水解基團(tuán)，導(dǎo)致組件內(nèi)產(chǎn)生了較多的鈉離子，遷移到電池片表面后與電子中和，破壞了PN結(jié)，使得組件失效現(xiàn)象明顯。

從圖4可以看出，D類EVA封裝的組件在PID前后的EL圖像幾乎沒有變化。D類EVA能夠非常好的減少體系中的水解基團(tuán)，進(jìn)而阻隔鈉離子在體系中的遷移，因此這類組件幾乎沒有產(chǎn)生PID現(xiàn)象。

4 結(jié)論

根據(jù)EL測試結(jié)果，四類EVA阻隔鈉離子遷移的能力依次為D>A>B>C，造成的PID現(xiàn)象嚴(yán)重程度C>B>A>D，這與四類EVA對應(yīng)組件PID實(shí)驗(yàn)后功率衰減順序完全一致，D類EVA封裝的組件抗PID性能最好，C類EVA封裝的組件產(chǎn)生的PID現(xiàn)象最為明顯。對比四類EVA對應(yīng)體積電阻可以發(fā)現(xiàn)，功率衰減率與EVA體積電阻大小成反比，即體積電阻越大，功率衰減越小。可以推斷EVA材料體積電阻越大，其絕緣性能就越好，減少水解基團(tuán)能力越強(qiáng)，阻隔鈉離子遷移能力也越強(qiáng)，抗PID能力越好。

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