毫無(wú)疑問(wèn)，光伏組件是光伏電站最重要的設(shè)備之一!本文將對(duì)光伏組件進(jìn)行全方位的介紹。

光伏組件的分類

光伏組件的轉(zhuǎn)化效率

1功率

我們常說(shuō)，采用255Wp光伏組件。下表的“p”為peak的縮寫，代表其峰值功率為255W。所有的技術(shù)規(guī)格書中都會(huì)標(biāo)注“標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件”的。下圖為常州天合的光伏組件技術(shù)規(guī)格書一部分(250W，下同)。

只有在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件(STC條件，輻照度為1000W/m2，電池溫度25℃，AM=1.5)時(shí)，光伏組件的輸出功率才是“標(biāo)稱功率”(250W)。當(dāng)輻照度和溫度變化時(shí)，功率肯定會(huì)變化。另外，功率誤差為正負(fù)3%，說(shuō)明組件的實(shí)際功率是242.5~257.5W都是增長(zhǎng)的。不過(guò)，這個(gè)組件的功率偏差為正偏差3%。

在非標(biāo)準(zhǔn)條件下，光伏組件的輸出功率一般不是標(biāo)稱功率，下圖為NOCT條件下標(biāo)稱功率為250W、255W的參數(shù)。

輻照度為800W/m2，電池溫度20℃時(shí)，250W的組件輸出功率只有183W，為標(biāo)況下的73.2%。

2光電轉(zhuǎn)化效率

1）效率的計(jì)算方法

理論上，尺寸、標(biāo)稱功率相同的組件，效率肯定是相同的。光伏組件是由電池片組成，一塊光伏組件通常由60片(6×10)或72片(6×10)電池片組成，面積分別為1.638 m2(0.992m×1.652m)和3.895 m2(0.992m×1.956m)。

輻照度為1000W/m2時(shí)，1.638 m2組件上接收的功率為1638W，當(dāng)輸出為250W時(shí)，效率為15.3%，255W時(shí)為15.6%。

2）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)效率的要求

根據(jù)2月5日國(guó)家能源局綜合司頒布的《關(guān)于征求發(fā)揮市場(chǎng)作用促進(jìn)光伏技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)意見的函》(國(guó)能綜新能[2015]51號(hào))規(guī)定：

自2015年起，享受國(guó)家補(bǔ)貼的光伏發(fā)電項(xiàng)目采用的光伏組件和并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品應(yīng)滿足《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件》相關(guān)指標(biāo)要求。其中，多晶硅電池組件轉(zhuǎn)換效率不低于15.5%，單晶硅電池組件轉(zhuǎn)換效率不低于16%。多晶硅、單晶硅、薄膜電池組件自投產(chǎn)運(yùn)行之日起，一年內(nèi)衰減率分別不高于2.5%、3%、5%。

2015年，“領(lǐng)跑者”先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)達(dá)到以下指標(biāo)：?jiǎn)尉Ч韫夥姵亟M件轉(zhuǎn)換效率達(dá)到17%以上，多晶硅光伏電池組件轉(zhuǎn)換效率達(dá)到16.5%以上，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10%以上薄膜光伏電池組件以及其他有代表性的先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品。國(guó)家通過(guò)組織光伏發(fā)電基地、新技術(shù)示范基地等方式組織實(shí)施。

以常用的60片的多晶硅光伏組件為例，不同規(guī)格的轉(zhuǎn)換效率如下表。

因此，2015年以后，要獲得國(guó)家補(bǔ)貼就必須使用255W以上的光伏組件;270W以上的光伏組件才能算“領(lǐng)跑者”。

3電壓與溫度系數(shù)

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電壓分開路電壓和MPPT電壓，溫度系數(shù)分電壓溫度系數(shù)和功率溫度系數(shù)。在進(jìn)行串并聯(lián)方案設(shè)計(jì)時(shí)，要用開路電壓、工作電壓、溫度系數(shù)、當(dāng)?shù)貥O端溫度(最好是晝間)進(jìn)行最大開路電壓和MPPT電壓范圍的計(jì)算，與逆變器進(jìn)行匹配。

影響光伏組件出力的幾個(gè)因素

1熱斑效應(yīng)

一串聯(lián)支路中被遮蔽的太陽(yáng)電池組件，將被當(dāng)作負(fù)載消耗其他有光照的太陽(yáng)電池組件所產(chǎn)生的能量，被遮蔽的太陽(yáng)電池組件此時(shí)會(huì)發(fā)熱，這就是熱斑效應(yīng)。

這種效應(yīng)能嚴(yán)重的破壞太陽(yáng)電池。有光照的太陽(yáng)電池所產(chǎn)生的部分能量，都可能被遮蔽的電池所消耗。而造成熱斑效應(yīng)的，可能僅僅是一塊鳥糞。

為了防止太陽(yáng)電池由于熱斑效應(yīng)而遭受破壞，最好在太陽(yáng)電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)旁路二極管，以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被受遮蔽的組件所消耗。當(dāng)熱斑效應(yīng)嚴(yán)重時(shí)，旁路二極管可能會(huì)被擊穿，令組件燒毀，如下圖(圖片來(lái)自于TUV-Rheinland)。

2PID效應(yīng)

電位誘發(fā)衰減效應(yīng)(PID，PotentialInduced Degradation)是電池組件長(zhǎng)期在高電壓作用下，使玻璃、封裝材料之間存在漏電流，大量電荷狙擊在電池片表面，使得電池表面的鈍化效果惡化，導(dǎo)致組件性能低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。PID現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，會(huì)引起一塊組件功率衰減50%以上，從而影響整個(gè)組串的功率輸出。高溫、高濕、高鹽堿的沿海地區(qū)最易發(fā)生PID現(xiàn)象。

造成組件PID現(xiàn)象的原因主要有以下三個(gè)方面：

1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原因：光伏電站的防雷接地是通過(guò)將方陣邊緣的組件邊框接地實(shí)現(xiàn)的，這就造成在單個(gè)組件和邊框之間形成偏壓，組件所處偏壓越高則發(fā)生PID現(xiàn)象越嚴(yán)重。對(duì)于P型晶硅組件，通過(guò)有變壓器的逆變器負(fù)極接地，消除組件邊框相對(duì)于電池片的正向偏壓會(huì)有效的預(yù)防PID現(xiàn)象的發(fā)生，但逆變器負(fù)極接地會(huì)增加相應(yīng)的系統(tǒng)建設(shè)成本;

2)光伏組件原因：高溫、高濕的外界環(huán)境使得電池片和接地邊框之間形成漏電流，封裝材料、背板、玻璃和邊框之間形成了漏電流通道。通過(guò)使用改變絕緣膠膜乙烯醋酸乙烯酯(EVA)是實(shí)現(xiàn)組件抗PID的方式之一，在使用不同EVA封裝膠膜條件下，組件的抗PID性能會(huì)存在差異。另外，光伏組件中的玻璃主要為鈣鈉玻璃，玻璃對(duì)光伏組件的PID現(xiàn)象的影響至今尚不明確;

3)電池片原因：電池片方塊電阻的均勻性、減反射層的厚度和折射率等對(duì)PID性能都有著不同的影響。

上述引起PID現(xiàn)象的三方面中，由在光伏系統(tǒng)中的組件邊框與組件內(nèi)部的電勢(shì)差而引起的組件PID現(xiàn)象被行業(yè)所公認(rèn)，但在組件和電池片兩個(gè)方面組件產(chǎn)生PID現(xiàn)象的機(jī)理尚不明確，相應(yīng)的進(jìn)一步提升組件的抗PID性能的措施仍不清楚。

3電池片隱裂

隱裂是電池片的缺陷。由于晶體結(jié)構(gòu)的自身特性，晶硅電池片十分容易發(fā)生破裂。晶體硅組件生產(chǎn)的工藝流程長(zhǎng)，許多環(huán)節(jié)都可能造成電池片隱裂(據(jù)西安交大楊宏老師的資料，僅電池生產(chǎn)階段就有約200種原因)。隱裂產(chǎn)生的本質(zhì)原因，可歸納為在硅片上產(chǎn)生了機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力。

近幾年，晶硅組件廠家為了降低成本，晶硅電池片一直向越來(lái)越薄的方向發(fā)展，從而降低了電池片防止機(jī)械破壞的能力。

2011年，德國(guó)ISFH公布了他們的研究結(jié)果：根據(jù)電池片隱裂的形狀，可分為5類：樹狀裂紋、綜合型裂紋、斜裂紋、平行于主柵線、垂直于柵線和貫穿整個(gè)電池片的裂紋。

圖：晶硅電池隱裂形狀

不同的隱裂，對(duì)電池片功能造成的影響是不一樣的。對(duì)電池片功能影響最大的，是平行于主柵線的隱裂(第4類)。根據(jù)研究結(jié)果，50%的失效片來(lái)自于平行于主柵線的隱裂。45°傾斜裂紋(第3類)的效率損失是平行于主柵線損失的1/4。垂直于主柵線的裂紋(第5類)幾乎不影響細(xì)柵線，因此造成電池片失效的面積幾乎為零。

有研究結(jié)果顯示，組件中某單個(gè)電池片的失效面積在8%以內(nèi)時(shí)，對(duì)組件的功率影響不大，組件中2/3的斜條紋對(duì)組件的功率穩(wěn)定沒有影響。

光伏組件性能的檢測(cè)

光伏電站運(yùn)行一段時(shí)間后，需要進(jìn)行檢測(cè)，來(lái)確定光伏電站的性能。涉及光伏組件的，主要包含以下項(xiàng)目。

1功率衰減測(cè)試

光伏組件運(yùn)行1年和25年后的衰減率到底有多少?25年太久，現(xiàn)在可能還沒有運(yùn)行這么長(zhǎng)時(shí)間的電站。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，晶硅電池2年的衰減率應(yīng)該在3.2%以內(nèi)。但目前這個(gè)數(shù)據(jù)還真的很難說(shuō)，原因有三：

1)光伏組件出場(chǎng)功率是用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)光源和測(cè)試環(huán)境標(biāo)定的，但似乎國(guó)內(nèi)不同廠家的標(biāo)準(zhǔn)光源是存在一定的差異的。那在A廠標(biāo)定的250W的組件，到了B廠，可能就是245W的組件的。

2)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)所用的儀器精確度較差，據(jù)說(shuō)5%以內(nèi)的誤差都是可以接受的。用誤差5%的儀器，測(cè)2%(1年)的衰減，難度有些大，結(jié)果也令人懷疑。

3)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試條件跟實(shí)驗(yàn)室的相差較大，正好在1000W/m2、25℃的時(shí)間太少了!所以，就需要進(jìn)行一個(gè)測(cè)試值向標(biāo)準(zhǔn)值的轉(zhuǎn)化，而輸出功率與輻照度僅在一個(gè)很小的區(qū)間內(nèi)正相關(guān)。如圖2所示，即使在800W/m2時(shí)，也不是正相關(guān)的。因此，在轉(zhuǎn)化的時(shí)候，肯定存在誤差。

另外，很多組件出場(chǎng)可能就是-3%的功率偏差，還沒衰減，3%就直接沒了……