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光伏组件是太阳能发电的关键元件，光伏组件功率衰减是指随着光照时间的增加，组件输出功率不断呈下降趋势的现象[1]。组件功率衰减直接关系到组件的发电效率。国内组件的功率衰减与国外*好的组件相比，仍存在一定差距，因此研究组件功率衰减非常有必要。
组件功率衰减包括由组件初始光致衰减、组件材料老化衰减、外部环境或破坏性因素引起的组件功率衰减[2]。外部环境引起的功率衰减主要是由光伏电站运行不当引起的，可以通过加强光伏电站的维护来改善或避免；破坏性因素引起的组件功率衰减是由组件生产和电站安装过程中的明显质量问题引起的。本文主要研究初始光衰减和材料老化衰减。
1 组件初始光致衰减分析
1.1 分析组件初始光致衰减原理
组件的初始光致衰减(LID)指光伏组件在使用前几天输出功率大幅下降，然后趋于稳定。一般认为，衰减机制是由硼氧复合材料引起的，即由P型（硼）晶体硅片制成的光伏组件在光照下产生硼和氧复合材料，从而降低其少子寿命。在光照或注入电流条件下，硅片中掺入的硼和氧越多，复合体越多，子寿命越短，组件功率衰减幅度越大[3]。
1.2 组件初始光致衰减的实验分析
本研究采用背板、EVA、当玻璃和包装工艺完全一致时，使用两组电池片（一组是初始光，另一组是初始光），分别编号为I和II。同时，所有生产的部件都经过质量检验和电致发光(EL)确保质量完全正常。确保实验过程条件完全一致，用同一台太阳能模拟仪测量光伏组件I-V曲线。
分别取I和II光伏组件每一次光伏组件，记录其在STC状态下的功率输出值。然后，I和II光伏组件放置在60个辐照总量kWh/m2(根据IEC61215户外暴晒试验要求)在同一地点进行暴晒试验，分别记录其功率，结果见表1。
由表1可知，I光伏组件整体功率下降明显II低组。因此，可以推测，光伏组件的初始光衰减主要取决于电池的初始光衰减。如果在光伏组件包装前对电池板进行初始光照，组件功率衰减将显著减弱。
1.3 初始功率衰减和组件I-V研究曲线不良的关系
随机选择一个质量正常的组件，组件中所有电池的衰减基本相同，用电，I-V曲线平滑曲线如图1所示。
从图1可以看出，尽管输出功率下降，I-V曲线平滑、无台阶，其红外图像类似正常组件，即无热斑出现。
取光伏组件中任一电池片无初始光照衰减，即组件内电池的衰减不一致，对其进行功率，I-V曲线如图2所示。
由图2中I-V曲线的台阶表明，当组件内的整体输出功率下降时，未经初始光衰减的电池片会降低光伏组件的整体电流和输出功率。
实验表明，如果光伏组件内的电池片衰减不一致，导致组件内串联的电池片电流失配，I-V曲线出现台阶。在组件生产的质量检验过程中，组件I-V对曲线台阶的问题组件进行统计研究，进一步验证了组件的初始光致功率衰减I-V曲线异常的内在原因。
1.4 验证组件初始光致衰减的验证
为了保证组件的功率质量，在组件制造过程中，随机将提取的组件暴露在阳光下，直到组件的功率基本稳定，并检测其初始光致衰减值。数据见表2。
从表2可以看出，光伏组件*初有光衰减，但不同批次的功率衰减差异较大，包括1%~3.7%。因此，有必要改善初始光衰减。
根据以上分析，组件的初始光衰减主要取决于电池的光衰减，而电池的光衰减则取决于硅片的硼和氧含量。为了消除组件初始功率衰减引起的问题，硅片分选机可以控制硅片的质量，确保硅片中硼和氧的含量在正常范围内，从而保证电池片的转换效率；同时，在组件包装前，对电池片进行功率分级，以确保电池片的功率匹配，从而改善组件的初始光致功率衰减。
2 材料老化导致功率衰减分析
如图3所示，光伏组件的主要材料包括电池片、玻璃、EVA、背板等[1]。由图3可知，光伏组件材料老化衰减主要可从电池片功率衰减及封装材料的性能退化两方面分析，而影响这两方面因素的主要原因是紫外线照射及湿热老化环境，而玻璃对紫外线和湿热环境的性能变化较小[4]，因此组件功率的老化衰减研究主要可围绕EVA以及背板两种材料的老化。图4是电站运行后材料老化的外观图。
2.1 EVA老化对光伏组件功率衰减的影响
把组件分为A、B、C、F80 ** 组，分别使用4个不同的制造商EVA材料、电池板、玻璃、背板、焊带、边框等材料和生产工艺设备相同。在制作每个组件的同时，也为组件制作陪同样品EVA材料黄变指数。生产的组件经过EL检测和I-V确定曲线质量合格，将4个组件和样品放入环境试验箱进行湿热老化，条件为85温度℃、湿度85%。每隔一段时间，每隔一段时间EVA黄变指数共1万个h取出组件后，其组件数据如图5所示EVA如图6所示。
从图5和图6可以看出，不同品牌EVA耐湿热老化性能差异很大，其中F806EVA黄变小，耐老化性能明显比其他EVA强，组件功率衰减。实验结果与组件老化功率衰减结果一致，说明EVA黄变是组件材料老化导致功率衰减的重要原因。
为了深入分析这一质量问题，结合类似问题EVA本文选择了研究所光伏电站的部件进行调查研究，发现光伏电站的部件也存在EVA如图7所示。
在电站上选择一块EVA黄变组件和一块EVA其功率分别为未黄变组件，数据见表3。
由表3可知，EVA在电站运行过程中，未黄变组件只减少了2.23%EVA黄变组件功率下降5.7%，因此进一步验证EVA黄变是组件功率衰减的重要原因。
2.2 背板老化对光伏组件功率衰减的影响
把组件分为A、B两组采用两种不同厂家的背板材料(A组背板为双面含氟背板，B组为无氟背板)，电池板、玻璃、背板、焊带、边框等材料和生产工艺设备一致，制作各部件，制作背板抗紫外线黄变指数的陪同样品。生产的组件经过EL检测和I-V确定曲线质量合格，实验前记录两组光伏组件和样品组件STC状态下的功率输出值。按照IEC根据61215-2005的实验要求，将两组光伏组件放入紫外线试验箱中，温度控制在规定范围内(60±5℃)，组件受波长为280～385nm紫外辐射范围(15kWh/m2)波长为280~320nm紫外线辐照不少于5kWh/m2[1]。使用太阳能仪器组件的功率，结果如图8所示。
从表4和图8可以看出，A组光伏组件背板双面含氟(黄变指数为2).2)，抗紫外线性能强，功率衰减小；B组光伏组件背板不含氟，有黄变(黄变指数为67.4)功率衰减明显。2.3.材料老化功率衰减现场跟踪分析本文对研究所光伏电站进行跟踪分析，选择正常质量的部件定期进行功率功率衰减数据见表5。
组件在各个时间段EL图片如图9所示，EL图片显示组件内部完好，无隐藏裂纹等质量问题，每次清除表面污垢和灰尘，消除外部条件对组件功率的影响。结果表明，组件功率衰减是由自身材料老化引起的，衰减比接近功率保修规定的统一保修标准。
从实验结果和具体电站组件分析可以看出，EVA背板材料的老化和黄变是组件功率老化衰减的主要原因，采用高质量EVA背板能有效减少组件的功率老化衰减。
3 结论
本文重点分析研究了组件初始功率衰减和材料老化功率衰减，并对研究所电站进行了现场跟踪分析，得出以下结论：
1) 光伏组件的初始光衰减主要是由于电池板的初始光衰减不同。不同批次硅片的硼氧含量不同，导致电池片的初始光衰减不同。因此，利用硅片分离器控制硅片的质量，确保电池片的初始光衰减是解决光伏组件初始光衰减的有效途径。
2) 光伏组件的材料老化衰减主要取决于光伏组件封装过程中的材料老化衰减EVA背板质量，背板具有较强的湿热老化功能和抗紫外线性EVA材料能在很大程度上保证光伏组件的质量。
参考文献
[1] 马志恒.太阳能电池组件功率衰减分析[J].2012年(17)中国高新技术企业:32-33.
[2] 林存超.光伏组件质量问题分析及安装质量控制[J].2015年(2)中国科技信息:204-205年.
[3] 张光春、陈如龙、温建军等.P研究了硼混合单晶硅太阳能电池和组件的早期光衰减[A].第十届中国太阳能光伏会议论文集[C]，常州，2008.
[4] 吴翠姑、于波、韩帅等.多晶硅光伏组件功率衰减的原因分析及优化措施[J].2009年电气技术，(8):113-114.
黄盛娟1，2 唐荣2 唐立军1
(1. 长沙理工大学物理与电子科学学院. 湖南红太)
来源：摩尔光伏
