晶体硅光伏组件户外场测试研究

III论文题目：晶体硅光伏组件户外场测试研究摘要晶体硅光伏组件的（标准）输出特性测试是在标准测试条件STC（AM=1.5，25℃，1000W/m2）下进行的。但由于环境因素的影响，晶体硅光伏组件在户外运行时的输出特性与标准输出特性有较大差异。本文的主要工作是考虑温度、辐照度两个主要的环境参数，建立晶体硅光伏组件开路电压、短路电流、最大功率的标准-非标准条件转换模型。首先，本文基于晶体硅光伏组件的二极管等效电路模型，讨论了温度、辐照度对组件开路电压的影响，综合温度、辐照度两种因素提出了新的开路电压转换模型；对最大功率传统转换模型进行了改进，提出了新的Pmax转换模型。然后，本文通过对多晶硅光伏组件的户外场测试研究，获得大量户外照度G、温度T数据和组件输出Isc、Voc、Pmax数据作为转换模型的实测参考。最后，在给定辐照度G、温度T的情况下，利用原有的Isc转换模型和新提出的Voc、Pmax转换模型预测Isc、Voc、Pmax输出值并与实测值对比，发现这些模型均有较高的精度。此外，本文利用改进的Pmax转换模型对正常的多晶硅光伏组件发电量进行了预测，对非正常组件的功率衰减量进行了评估。这些研究成果为在户外场运行的晶体硅光伏组件的发电量预测以及功率衰减评估奠定了基础。关键词：晶体硅光伏组件；户外场测试；转换模型ABSTRACTThe(standard)outputcharacteristicsofcrystallinesiliconphotovoltaicmodulesaretestedunderStandardTestConditions(AM=1.5,25℃,1000W/m2).However,duetotheinfluenceofenvironmentalfactors,theoutputcharacteristicsofthecrystallinesiliconphotovoltaicmodulesinoutdooroperationhavegreatdifferencewiththestandardoutputcharacteristics.ThemainworkofthispaperistoestablishthreeconversionmodelsthatcantranslatecrystallinesiliconPVmoduleopencircuitvoltage,shortcircuitcurrent,themaximumpowertestedunderSTC,intonon-standardconditions,respectively,consideringtemperature,irradiancetwomainenvironmentalparameters.Firstly,basingonsingle-diodemodel,wediscussedtheeffectoftemperatureandirradianceonopencircuitvoltageandopposedanewVocconversionmodel.ThenaccordingtotheconventionalPmaxmodel,animprovedPmaxconversionmodelwasgiven.Secondly,weperformedfield-testontwopoly-crystallinesiliconPVmodulesrepeatedly.Environmentalparameters(includingtemperatureTandirradianceG)andoutputparameters(includingVoc,Isc,Pmax,E)weremeasuredasreferenceoftheconversionmodels.Finally,Thepredictedoutputvaluewascomparedwiththemeasuredvalue.TheresultshowsthatthenewVocconversionmodelandtheimprovedPmaxconversionmodelhavehighaccuracy.Inaddition,theimprovedPmaxmodelisusedtopredictthepowergenerationofthenormalpoly-siliconPVmodule,andevaluatethepowerattenuationofthenonnormalPVmodule.TheresultsofthesestudiesprovidesomehelpforthepredictionofthepowergenerationcapacityandtheevaluationofthepowerattenuationofthecrystallinesiliconPVmodulesintheoutdoorfield.KEYWORDS:CrystallinePVmodules;Field-test;Conversionmodel目录TOC\o"1-3"\h\u250031绪论 1296501.1太阳电池发展 1226011.2本文所做的工作 219341.2.1选题背景 270241.2.2研究内容及意义 350312晶体硅太阳电池 511822.1晶体硅太阳电池物理基础 513632.2晶体硅太阳电池特性参数 6100122.2.1太阳电池的光学特性 6148402.2.2晶体硅太阳电池等效电路模型 6115022.2.3伏安特性曲线 7217242.2.4最大功率点 741752.2.5开路电压 8253962.2.6短路电流 8158642.2.7填充因子FF 8188852.2.8太阳电池的转换效率 9201672.3晶体硅太阳电池结构 942112.4晶体硅光伏组件结构 10152373太阳电池及组件生产工艺 128893.1太阳电池生产工艺 12173643.1.1表面处理 1279573.1.2制作绒面 12188253.1.3扩散制结 1386933.1.4刻蚀-去磷硅玻璃 13112753.1.5制作减反射膜 14173183.1.6电极制作 14193063.1.7高温烧结 14142873.2光伏组件生产工艺 14228473.2.1激光切片 15112693.2.2电池分选 1534883.2.3组合焊接 1575433.2.4层压封装 16186053.2.5EL测试 1632703.2.6装框 16116463.2.7电性能测试 1624944晶体硅光伏组件户外场测试 17269994.1测试目的及仪器介绍 1776364.2测试内容 18131354.2.1红外热成像测试 1850124.2.2连接逆变器并网测试 19100684.2.3连接电子负载测试 20190354.2.4关于发生PID效应组件的实验 2147735晶体硅光伏组件标准-非标准条件转换模型 242785.1短路电流Isc 2434615.2开路电压Voc 2561175.2.1模型建立 2512625.2.2参数求解及模型验证 2719925.3最大功率Pmax 2856435.3.1模型建立 2822435.3.2发电量预测 31292565.3.3衰减评估 32251186结论及展望 3530999参考文献 3632174附录 3723703致谢 70绪论太阳电池发展长期以来，化石能源是人类工业时代进步的推动力。但是随着化石能源的消耗，产生的CO2加剧了温室效应，排放的有害气体造成严重的空气污染，人类赖以生存的环境受到越来越严重的破坏。另一方面，化石能源储量有限，据预测，以人类目前的消费水平来看，天然气将在80年内消耗殆尽，可采储量稳定的煤炭资源最多也只能维持200年左右，世界性的能源问题日趋严峻。太阳能作为取之不尽的清洁能源引起了人们的关注并越来越受到重视。实用的太阳电池始于1954年，美国贝尔实验室研制出第一块单晶硅太阳电池，转换效率达到6%，开启p-n结型太阳电池新时代。20世纪60年代，美国的人造卫星开始使用太阳电池作为能量供给。但是由于此时生产工艺尚未成熟，生产成本过于昂贵，太阳电池仅仅应用在特殊的场合。经过10多年对太阳电池材料、结构、制造工艺的改进，降低了生产成本。在1973年，太阳电池开始应用到一般民生上。1978年，美国建成100KW光伏电站。随着科研人员将表面钝化技术、降低接触复合效应等引入太阳电池生产工艺，生产成本减低到可接受范围内，转换效率得到大幅度提高，1980年单晶硅太阳电池效率达到20%，多晶硅达到14.5%。此后太阳电池进入飞速发展阶段。我国对太阳能光伏发电的研究始于1958年。1971年成功将太阳电池应用到“东方红二号”人造卫星上。1977年，全国太阳电池产量仅有1.1KW，发展缓慢。进入21世纪之后，受到国际的影响以及政府项目的扶持，我国光伏产业开始逐渐成型并进入快速发展时期。2002年国家投入47亿元资金，启动“送电下乡”工程，这一年的太阳电池产量达到了6MW，2003年产量翻倍，达到了12MW，强力推动着光伏产业的发展。2003年之后，我国太阳电池年增长量成倍增加。2007年我国太阳电池总产量约占世界总产量三分之一，超过日本占据世界第一位。在1997年-2007年的10年中我国太阳电池总产量平均年增长率约为41.3%，随后的5年中平均年增长率高达49.5%左右，光伏产业的增速远远超过了微电子信息产业的增长速度。2010年至2011年前期，国内、外的主要光伏生产厂商大力扩充产量，同时大量资金从其它行业转入光伏产业，使新的光伏产线不断增加，规划的产能平均超过60%-70%，有的企业规划扩张规模超过100%，随着如此迅速的产业扩张再加上世界光伏市场需求的缓慢增长，在近五年光伏行业产能大规模过剩。面对光伏市场竞争加剧，光伏技术的发展将会在一定时段内得到迅速推进，虽然晶体硅电池目前占据光伏市场的主要部分，但是其自身存在的技术缺陷仍然制约着其进一步发展。本文所做的工作选题背景近年来，在大规模光伏电站中发现光伏组件有快速衰减的现象，光伏组件的功率有显著降低。对于在户外运行的光伏组件，要对出现问题的组件功率衰减情况进行评估，就需要知道同型号正常组件在户外非标准条件下的输出参数，与存在问题的组件的输出参数进行对比，从而计算出衰减功率。为方便工程应用，在GB/T6495.4-1996《晶体硅组件的I-V实测特性的温度和辐照度修正方法》中给出：（1-1）式中：I1、V1—实测特性点坐标；I2、V2—修正特性对应点坐标；G1、G2—实测辐照度、目标辐照度（W/m2）；T1、T2—实测温度、目标温度（℃）；α—电流温度系数（A/℃）；β—电压温度系数（V/℃）；Rs—等效串联电阻（Ω）；K—曲线修正系数（Ω/℃）。将标准条件下的Isc_STC、Voc_STC代入（1-1）中可得到短路电流、开路电压的标准条件-非标准条件转换公式：（1-2）从（1-2）中可以看出，开路电压Voc的标准-非标准转换公式中仅仅考虑了温度变化带来的影响，并未包含辐照度G这一因素，在实际的工程应用中转换误差较大。对晶体硅光伏组件最大功率Pmax的转换通常用如下经验公式计算：（1-3）式中：γ—最大功率温度系数（%/℃）。上述经验公式实际应用误差较大。为提高Pmax的预测精度，苏建徽等人基于晶体硅光伏组件的二极管等效模型，通过一些有必要的简化，提出了硅光电池工程用数学模型[1]，在工程应用中有较高的精度，但是模型中的参数提取过程较为繁琐。上述转换模型都存在或多或少的缺点，本文对现有的短路电流模型进行了验证，对传统最大功率转换模型进行了改进，并将辐照度考虑到开路电压转换模型中提出新的开路电压转换模型。研究内容及意义本文的主要任务是建立晶体硅光伏组件短路电流Isc、开路电压Voc、最大功率Pmax的标准-非标准条件转换模型。本文研究的主要内容包括以下几点：首先，对实验用的两块相同规格多晶硅光伏组件进行户外红外热成像测试，根据热成像结果判断两块组件的工作性能；其次，需要获得组件在户外不同条件工作时的组件温度、组件平面辐照度以及组件输出的短路电流Isc、开路电压Voc、最大功率Pmax等实测数据。为此本文对两块多晶硅光伏组件进行了多次户外场测试，获得了大量实测数据。最后，建立短路电流Isc、开路电压Voc、最大功率Pmax的标准-非标准条件转换模型，并用实测数据进行验证，检验各个模型的准确性。本文的意义在于工程人员在进行光伏电站设计时，利用标准-非标准转换模型可以为客户提供准确的发电量预测，另外可以对已经在户外工作了一段时间的光伏组件的衰减状况进行评估。本文的创新点主要为以下两点：第一、根据太阳电池的二极管等效电路模型推导出了在温度一定时辐照度对开路电压的影响规律，将辐照度这一因素加入到了Voc标准-非标准条件转换模型中；第二、根据晶体硅光伏组件在户外运行时，组件温度与组件平面辐照度存在一定的函数关系这一实际情况，对传统的Pmax标准-非标准条件转换模型进行改进，提出了具有更高转换精度的新模型。晶体硅太阳电池晶体硅太阳电池物理基础硅是一种半导体，在硅中掺入少量杂质磷元素之后，磷原子会取代一些硅原子的位置，外层的四个电子与周围的四个硅原子形成共价键，多出的一个电子受到的束缚很小，更容易成为自由电子。利用这种掺杂形式形成的半导体称为N型半导体，以电子作为多数载流子。在硅中掺入少量杂质硼元素之后，硼原子会取代一些硅原子的位置，外层的三个电子与周围的四个硅原子形成共价键，多出一个空穴。利用这种掺杂形式形成的半导体称为P型半导体，以空穴作为多数载流子。当N型半导体与P型半导体紧密接触时，N型半导体中电子浓度大，P型半导体中空穴浓度大，这种浓度差会导致多数载流子的扩散运动，N区中的电子向P区扩散，P区中的空穴向N区扩散。扩散运动使得N区失去电子，留下带正电的杂质离子，P区失去空穴，留下带负电的杂质离子，这些不能移动的杂质离子在Ｎ区与Ｐ区交界处形成空间电荷区。由于正负电荷的相互作用，在空间电荷区形成内建电场，方向由Ｎ区指向Ｐ区，阻碍多子的扩散运动。与此同时，N区和P区的少数载流子在内建电场的作用下向对面做漂移运动，使内建电场减弱。当多子的扩散运动和少子的漂移运动达到动态平衡时形成的空间电荷区称为P-N结，内建电场由N区指向P区。晶体硅太阳电池基本结构就是一个大面积的P-N结，当有太阳光照射时，吸收能量大于硅材料禁带宽度的光子，在价带中产生空穴，在导带中产生光生电子，电子－空穴对在P-N结内建电场的作用下分开，分别在N区、P区聚集产生光生电压。图2-1光生伏特效应原理图晶体硅太阳电池特性参数太阳电池的光学特性太阳能以光辐射的形式传送到地球上。在太阳光穿过大气层的过程中，会因大气层的反射、散射、吸收等影响受到衰减，衰减量与太阳光穿过的大气厚度有关。太阳光穿过大气层的厚度用大气质量来表示，定义如下：（2-1）式中：AM—大气质量；—太阳光的入射方向与地面法线间的夹角。不同的大气质量对应入射到地球表面的太阳光谱是不同的，所以对于太阳电池的测试是在统一的测试条件进行，称为标准条件（STC）。标准测试条件规定为：大气质量AM=1.5，光照强度为1000W/m2，测试温度为25℃。晶体硅太阳电池等效电路模型根据电子学理论，太阳电池可以看成由以下四个元件和电流组成的等效电路：①能产生光电流IL的恒流源；②与电流源并联、处于正向偏置下的二极管；③并联电阻Rsh；④串联电阻Rs。模型如图2-2所示。图2-2太阳电池的二极管模型由于器件的瞬时响应时间和大多数光伏系统的时间常数相比微不足道，在分析中常常不考虑结电容。伏安特性曲线当太阳电池的负载R阻值从0开始变化到无穷大时，流过负载R的电流I和负载R两端电压V之间的关系曲线即为太阳电池的伏安特性曲线。如图2-3所示。图2-3伏安特性曲线通常伏安特性曲线不是通过计算得到的，而是通过实际测量来得到，对应一定的温度和辐照度。在太阳电池正负极接上负载R，在一定温度和辐照度下，调节阻值从0到无穷大，同时记录负载两端的电压和流过负载的电流，以电压V为横坐标，电流I为纵坐标，在直角坐标系中描出测量到的点，以光滑的曲线连接起来。要绘制出一条伏安特性曲线通常需要测较多的点，人为调节负载阻值进行测试工作量大，所以这项工作一般由电子负载自动完成。最大功率点（2-1）在特定温度和辐照度对应的伏安特性曲线上的每一个点都可以是负载的工作点，点横纵坐标的乘积即是此工作点的输出功率。工作点电压V与共作点电流I的比值即使此工作点对应的负载值。在伏安特性曲线上横纵坐标乘积最大的点即是最大功率点，对应的输出功率称为最大功率Pmax，对应的负载称为最佳负载电阻Rm，对应的横纵坐标称为最佳工作电压Vm、最佳工作电流Im。有式（2-2）：（2-1）（2-2）在晶体硅光伏组件实际工作环境中，辐照度和温度时刻在变化，最大功率点也随之不停移动，不能一直满足最佳负载条件。所以在光伏系统中通常使用最大功率跟踪器来跟踪不同环境条件下的最大功率点，在一定程度上增加电能输出。开路电压一定辐照度和温度条件下对应的太阳电池开路条件下的端电压，在伏安特性曲线上对应曲线与横坐标交点处的电压，通常用Voc来表示。太阳电池的开路电压与电池的面积无关，与电池本身材料的禁带宽度有关，禁带宽度越大，Voc越大。一般单晶硅太阳电池的开路电压为0.45-0.6V，最高可达0.7V左右。晶体硅光伏组件整体的开路电压是内部串联电池片的开路电压之和。短路电流一定辐照度和温度条件下对应的太阳电池短路条件下的输出电流，在伏安特性曲线上对应曲线与纵坐标交点处的电流，通常用Isc来表示。由于晶体硅太阳电池的等效串联电阻Rs较小，并且等效并联电阻Rsh远大于Rs，通常可以认为Isc=Iph。太阳电池的短路电流和太阳电池的面积有关，面积越大Isc也就越大。1cm2单晶硅太阳电池的短路电流为16-30mA。填充因子FF填充因子是描述太阳电池性能优劣的一个重要参数，定义为太阳电池最大功率Pmax与短路电流和开路电压乘积之比，通常用FF表示：（2-3）式中：Vm•Im—最大输出功率（W）；Voc•Isc—极限输出功率（W）。在伏安特性曲线上，分别通过开路电压点和短路电流点作垂直于各自坐标轴的垂线，两条垂线和横纵坐标轴包围的矩形面积为A，对应该太阳电池有可能达到的极限输出功率值；通过最大功率点分别作横纵坐标的垂线，和坐标轴包围的矩形面积记作B，对应该太阳电池的最大输出功率，填充因子又可以表示为：（2-4）可见，填充因子描述的是最大功率占据极限输出功率的程度，填充因子越大，最大功率越接近极限输出功率，太阳电池的性能也就越好。太阳电池的转换效率太阳电池的转换效率是描述太阳电池将光能转换为电能的能力的一个参数，定义为在一定光照下最大功率与入射到电池上的全部光辐射功率的比值：（2-5）式中：Vm•Im—最大输出功率（W）；A—包括栅线在内的太阳电池的总面积（m2）；Pin—单位面积的入射光功率（W/m2）。晶体硅太阳电池结构晶体硅太阳电池结构如图2-4所示：图2-4晶体硅太阳电池结构图栅线:在太阳电池的表面通过银浆丝网印刷工艺得到。银栅线的作用是将光生载流子收集起来汇聚成电流。银栅线的粗细及疏密性要综合对光线的遮挡作用、银浆消耗及电流收集效果多个因素进行最优选择。减反射膜：减小到达电池表面的光的反射是提高太阳电池转换效率的关键。减反射膜一般是一层几十纳米厚的氮化硅薄膜。氮化硅折射系数合适，可以有效降低入射光的反射量，有较好的减反射效果。氮化硅减反膜通常采用等离子体增强化学气相沉积技术制备，可以同时对硅表面及其表面附近的晶体缺陷进行钝化。绒面：是一种通过改变太阳电池表面的结构来达到减反射的效果的工艺。对表面进行腐蚀粗糙化处理之后，表面出现许多凹凸不平的斜面，光线经这些斜面反射后可以继续入射到附近的斜面上，经过在斜面之间多次反射入射之后增加对光的吸收，在宏观上即表现为反射率的降低。N型硅层/P型硅层：是太阳电池发电的核心结构，将光能转换为电能。铝背场：该层是受主杂质两侧铝的重掺杂层，由铝硅合金熔体在硅表面液相外延生长而成。铝背场有双重作用：1、形成背场，降低载流子的表面复合损失，加强对光生载流子的收集，从而提高太阳电池的输出功率；2、使太阳电池背面与金属有充分的欧姆接触。晶体硅光伏组件结构单个太阳电池片输出的功率有限，机械性能较差，容易破碎，通常不能直接供电。为了获得足够的功率，通常根据需要对一定数量的太阳电池片进行串联或者并联。同时，为了提高在户外运行的稳定性，要用机械强度高、隔湿、耐腐蚀的材料对电池片进行封装，并在四周用铝型材固定成组件以应对户外的严酷条件。根据光伏组件所使用的太阳电池材料可以将组件分为晶体硅光伏组件、异质结光伏组件、碲化镉管光伏组件、铜铟镓硒光伏组件等。本文的研究对象为晶体硅光伏组件，采用层压工艺进行封装，结构如图2-4所示：图2-4晶体硅光伏组件结构示意图从上到下依次是上盖板、EVA、电池片、EVA、背板。其中，晶体硅电池片是光伏组件的发电的主体部分，也是整个组件中最脆弱的部分，轻微的震动即有可能使电池片破裂，需要组件其余部分提供机械、化学等方面的保护。上盖板：作为组件的最外层，就要求所使用的材料有较优秀的机械性能，同时也要对太阳光有较高的通过率。晶体硅光伏组件目前采用的主要是低铁超白钢化玻璃，厚度在2.9mm-3.5mm之间。这种玻璃铁含量较低，不高于0.05%，非常有效地增加了玻璃的透光率，减少玻璃层造成的入射光能量损失。同时为应对户外条件下冰雹等极端天气的冲击，还会采用化学或物理钢化工艺对玻璃进行处理，增大玻璃的抗冲击能力。EVA：醋酸乙烯酯和乙烯的共聚物，具有透明、柔软、熔融温度低、加热时熔融，冷却后凝固等特点，所以被用作黏结剂，将玻璃与电池片以及电池片与背板材料粘结为一体。但是这种材料耐热性较差，容易产生热形变使电池片破裂或者粘结分层。另外有长时间户外运行时易老化的缺点，因此在制备的过程中需要加入热稳定剂、紫外光吸收剂等，提高户外运行的稳定性。背板：要求所用材料具有密封、防潮、阻燃等性能，选择较多，可以采用玻璃钢、耐温塑料作为背板。对于晶体硅光伏组件而言，一般采用TPT复合材料，由Tedlar与聚酯铝膜等合成夹层结构。这种复合材料呈白色，可以反射太阳光，而且对红外波段有较高的反射率，从而可以降低组件温度，提高组件的效率。边框：对上述结构进行层压之后，还需要在四周加上边框来进一步提高组件整体的机械强度。边框通常采用的材料是铝合金。为了使边框能够在户外严酷的条件下工作25年，还要对铝合金表面进行阳极氧化以提高边框的抗腐蚀能力。接线盒：在户外条件下，裸露在空气中的电极会很快被氧化腐蚀，从而造成组件失效。接线盒的作用就是将组件电极密封起来，引出电源线与负载相连。太阳电池及组件生产工艺太阳电池生产工艺对于目前产业化的晶体硅太阳电池的生产，普遍采用的工艺流程包括硅片预处理、制作绒面、掺杂扩散、刻蚀、制作减反射膜、丝网印刷电极、高温烧结等工序。对于不同的厂家，有可能采用新工艺或者增加一些辅助工序作为晶体硅太阳电池效率和性能提高的途径。常规的晶体硅太阳电池生产流程如图3-1所示。图3-1太阳电池片生产流程图表面处理完成切割后的硅片表面会附着油脂、松香、金属以及灰尘等污染物。通常要用有机溶剂、强碱、浓酸以及高纯度中性洗涤剂等化学清洗剂进行多次清洗，每次清洗后要用高纯度去离子水将硅片冲洗干净。除污染物之外，由于线锯的作用，在切割过程中硅片表面会留有切痕和损伤层，这些切痕和损伤层必须予以去除以利于后续工艺的进行。通常采用的去除方法是对硅片表面进行腐蚀。腐蚀方法有两种：1、酸性腐蚀，如硝酸和氢氟酸的混合液，经过腐蚀之后硅片表面会变得光亮平整；2、碱性腐蚀，如用NaOH溶液，腐蚀之后虽不如酸性腐蚀平整，但是电性能一样，而且对环境污染较小，是目前常用的腐蚀方法。制作绒面绒面结构可以增加光的吸收率。单晶硅电池片表面制绒通常采用含一定醇类（常用异丙醇和乙醇）作为络合剂的1%~2%低浓度的碱溶液（NaOH）在70-85℃进行。而由于碱性溶液对硅片的腐蚀存在各向异性，对不同晶向的腐蚀速率存在差异，这种差异使得腐蚀出的绒面不均匀，高低起伏较大，所以碱性溶液对多晶硅片的制绒效果并不理想。因此对多晶硅片表面制绒多采用HNO3和HF的混合溶液，在低温下进行。扩散制结P-N结是太阳电池片的核心部分，制得P-N结的结深以及扩散层方块电阻阻值直接影响到电池片的电性能，因此，扩散制结工艺是太阳电池片制作中的重中之重。目前工业化生产中普遍采用的制结方法是热扩散法。其中，POCl3液态源扩散法最为常用。POCl3在高温条件（>600℃）下分解：5POCl3→3PCl5+P2O5（3-1）在通入氧气的条件下，POCl3分解生成的PCl5与氧气反应,反应式如下：4PCl5+5O2→2P2O5+10Cl2↑（3-2）在氧气环境中，POCl3在分解的同时也会和氧气发生反应：4POCl3+3O2→2P2O5+6Cl2↑（3-3）通过以上一系列反应产生的P2O5沉积在硅片表面，与硅反应生成SiO2和P，在硅片表面形成一层磷硅玻璃，磷原子从这层玻璃中向硅中扩散：2P2O5+5Si→5SiO2+4P↓（3-4）刻蚀-去磷硅玻璃在上一道工序中硅片的周围也有扩散层形成。这可能导致电池上、下电极形成局部短路，使得太阳电池的并联电阻减小，进而影响转换效率，所以要对周边扩散层进行去除。去边的方法有腐蚀法和挤压法两种。腐蚀法是先在硅片两面涂上黑胶对硅片进行保护，然后在氢氟酸和硝酸的混合液中腐蚀30s，最后清除黑胶。挤压法是用与硅片大小相同，有一定弹性的耐酸橡胶将硅片间隔开，然后施加一定压力来阻值腐蚀液接触到硅片，腐蚀近1分钟取出洗净即可。目前工业生产多用等离子干法腐蚀，这种工艺是应用气体高频辉光放电效应，加入外电场将气体激活，形成稳定的等离子体以及游离基，这些具有高度活性的游离基扩散到被蚀材料表面并发生反应，形成挥发性化合物，完成刻蚀。去边之后在硅片的表面仍有一层磷硅玻璃尚未处理，这层玻璃对之后的镀膜以及电池片的电性能产生不利影响，应该进行去除。工业生产中常使用稀氢氟酸去除硅片正面的磷硅玻璃层。制作减反射膜在之前的工序中，已经通过改变硅片表面的微结构将表面制成绒面来减少入射光的反射。即使如此，入射的光能量仍然有百分之十几的反射损失。为进一步提高电池片对光的吸收率，在绒面上可以再覆盖一层减反射膜来减少对太阳光的反射。对用作减反射膜的材料的要求是透明、具有合适的折射率。最常用的材料有SiO2、TiO2、Si3N4。在工业生产中，多晶硅太阳电池的减反膜通常采用等离子辅助化学气相沉积法（PECVD）制作SiNx膜，这种方法条件温和，在较低温度下即可生长，并且制得的氮化硅膜结构致密、耐湿性好、强度大、介电强度高。电极制作电极是运输、收集光生载流子的通道，与P-N结两端有紧密的欧姆接触，因此电极的质量也直接影响到电池片的电性能。通常把电池光照面上的电极称为上电极，用以收集光生电流；电池背面的电极称为下电极，用以减小电池串联电阻。目前工业生产中大量采用的是银浆、铝浆印刷工艺。这种方法是先在金属框上的不锈钢网或聚酯网上覆盖上光刻胶，在光刻胶上用光刻法做出电极图形的开口，然后用加以适当压力的橡胶刮条将银浆或铝浆通过丝网上开口印刷到硅片表面，使得电极与电池片有充分的欧姆接触。高温烧结要使印刷到硅片表面的银浆或铝浆料与硅片形成密切的欧姆接触，还要将印刷好的电池在高温下烧结。通常晶体硅太阳电池上电极使用的是银浆，因为银导电率高，传导光生电流的阻抗损失小，在烧结过程中银浆穿透氮化硅膜，与发射区形成欧姆接触；下电极使用银铝浆，因为银铝浆焊接性能良好，可在背面形成可焊区；背面其他区域使用铝浆，烧结过程中铝浆穿透磷扩散层，与衬底产生欧姆接触，在背面形成铝背场从而降低背表面复合损失，增加电流密度。光伏组件生产工艺由于晶体硅材料易碎的特点，经以上工艺过程制作出的太阳电池片尚不能直接作为电源使用。为了延长太阳电池的使用寿命，增加电池输出性能的稳定性和机械强度，还要对串、并联之后的多片电池片做必要的封装处理制成组件，增强户外运行时抵抗恶劣环境的能力。光伏组件的生产流程如图3-2所示。图3-2光伏组件生产流程图激光切片对于转换效率相同的太阳电池片，面积越大输出的功率越多。在光伏行业内，太阳电池片的尺寸只有几种固定的规格，所以要按照实际对功率的需求使用激光切割机对电池片进行切割。在进行切片之前，要设计好上盖板、边框的尺寸，使得可以对相应规格的多片电池片进行封装而不留大块空隙，达到对原材料的充分利用。电池分选由于电池片制作时P-N结的深浅、银栅线印刷的质量等存在差异，切割好的电池片的电性能可能存在差异。如果将工作电流较大的电池片和工作电流较小的电池片串接在一起，整体的电流就和串联电池中最小的的工作电流相同，造成浪费。因此在组件封装之前要用电池分选机对电池片的输出特性进行测试，将太阳电池片按不同性能参数进行分类，将性能接近的电池片进行组合，封装在一个组件内，使同一组件内的电池片性能相匹配，从而提高组件的输出功率和运行稳定性。组合焊接用焊条将电池片的上、下电极一次进行串联焊接，组成电池串，然后用汇流带进行并联焊接，汇合成正负两极并引出。一般采用镀锡铜带作为焊带材料，长度约为单片电池片长度的两倍，多出来的焊带与下一片电池片背面电极相连。在焊接时要控制好电烙铁温度和焊接时间，尽可能一次性完成，因为焊接时间过长或者反复焊接容易使电极脱落或电池片碎裂。焊接的要求是连接牢固，接触良好，避免虚焊情况出现，间距一致，焊点均匀平整，如果高度相差大会影响层压质量，增加碎片率。焊接完成后可以用万用表对性能进行初步检测。最后将电池片表面和焊点清洗干净。在产量不大的情况下可以用手工焊接，大规模生产时采用自动焊接，组合焊接工作由自动焊接机完成。层压封装这道工序是光伏组件生产过程中的关键步骤，层压封装的质量决定着组件在户外运行的寿命。首先在经过清洁干燥的上盖板玻璃上平铺一层EVA膜，在EVA上放焊接好的电池串，再依次覆盖上EVA膜和TPT薄膜，放入层压机中进行层压。在层压机中将温度加热到140℃左右，抽真空并加压，使熔融的EVA在压力作用下流动充满TPT薄膜、电池片、玻璃之间的缝隙，同时将中间的气泡排出，使玻璃与电池片以及电池片与TPT紧密贴合在一起，冷却并固化后取出。EL测试EL测试是电致发光测试的简称。利用EL测试可以发现电池片的诸多问题，比如丝网印刷缺陷、材料缺陷、烧结缺陷、工艺污染、组件电池片裂片、层压裂纹等问题均可以通过EL测试图像显示出。这道工序对及时发现生产线可能存在的问题并进行改进非常重要，常被称为太阳电池生产线的“眼睛”。部分光伏组件生产商会在光伏组件包装入库之前再次进行EL测试，以确保组件在搬运过程中没有因磕碰造成的电池片隐裂。装框为提升组件的整体强度，需要在组件四周装上铝合金边框，来进一步密封组件并在户外安装时起固定作用，提高了光伏组件在户外运行的稳定性，延长组价的使用寿命。装框之后使用硅胶填充边框和玻璃组件之间的缝隙，各边框之间用铝合金角键进行连接。此外，为保护电极不被腐蚀，方便组件与外引线连接，在组件背面引线处用接线盒进行封装。电性能测试对组件的电性能测试由太阳模拟器完成。测试的条件为标准测试条件（STC）：AM=1.5，25℃，1000W/m2。要测的参数是组件的开路电压Voc，短路电流Isc，最佳工作点电压Vm，最佳工作点电流Im，最大功率Pmax，填充因子FF。这些参数作为组件的额定性能记录在组件铭牌上。完成电测试后会再次进行EL测试，以保证成品组件的性能，至此就可以包装入库了。晶体硅光伏组件户外场测试测试目的及仪器介绍测试目的：对晶体硅光伏组件进行户外场测试的目的是要得到组件在户外特定（温度T，辐照度G）条件下输出的开路电压Voc、短路电流Isc、最大功率Pmax、在一段时间内的发电量E等。所以在测组件输出特性的同时，要同步对组件的温度T以及组件平面的辐照度G进行记录。仪器介绍：多晶硅光伏组件：测试共用到两块相同规格的多晶硅光伏组件，分别记为a组件，b组件。两块组件出厂时在标准条件下的电参数如下：开路电压：37.7V；短路电流：8.78A；最佳工作电压：31.5V；最佳工作电流：7.94A；最大熔丝电流：15A短路电流(Isc)温度系数：(0.065±0.015)%/℃开路电压(Voc)温度系数：-(160±20)mV/℃或-0.33%/℃功率的温度系数：-(0.43±0.05)%/℃。并网逆变器：将晶体硅光伏组件输出的直流电转换为与电网同频率同相位同电压交流电的装置。测试采用杭州禾迈电力电子技术有限公司生产的型号为MI-250的微型逆变器，可以实现对光伏组件最大功率点的同步跟踪，峰值转换效率为96.5%。电子负载：由于条件所限，所使用的不是单独的电子负载，而是陕西众森电能科技有限公司生产的室内太阳模拟器中的电子负载部分。在正式实验之前进行了预测试对电子负载的测试准确度进行了评估：首先用电子负载以及数字万用表同时对组件开路电压进行了测试，两者误差在0.1V之内，然后用逆变器测量了组件的最大功率点电压，与电子负载测试结果对比，两者误差同样在0.1V之内。可以认为，此太阳模拟器的电子负载部分有较高的准确度。温度计及辐照度计：对晶体硅光伏组件在户外的实时温度以及组件平面实时辐照度的记录采用的是锦州利诚自动化设备有限公司生产的型号为HJX-TF2的智能数据记录仪。由热电偶、辐照度计、记录仪三部分组成。热电偶以及辐照度计通过数据线与记录仪相连，将实时温度以及辐照度传输到记录仪显示并以设置好的时间间隔进行记录。(a)红外相机（b）温度-辐照度智能记录仪（c）逆变器图4-1部分实验仪器实物图测试内容红外热成像测试晶体硅光伏组件内部工作异常的电池片相当于串入组件内部的负载，只消耗功率而不贡献功率，这部分电池片的温度要高于正常工作的电池片。通过红外热成像测试可以检查组件内部电池片的工作情况。在文献[2]中提到，对组件红外热成像测试是在晴朗的户外组件未满负载条件下进行的，在这里为了成像效果更加明显，测试是在晴朗的中午，组件正负极短接的情况下进行的。测试地点在交大理科楼下空地。组件a和组件b的红外热成像如图4-2。(a)组件a(b)组件b图4-2晶体硅光伏组件红外热成像图图中高的亮度对应高的温度。从红外热成像图中可以看出，组件b的整体温度较组件a的整体温度更加均匀，组件a中有10块电池片温度相对较高，说明这10块电池片可能有隐裂等影响输出功率的情况存在。整体来看，组件b的性能较为优良，组件a的性能存在衰减。连接逆变器并网测试并网逆变器、晶体硅光伏组件以及温度-辐照度记录仪按照图4-2进行连接。图4-2逆变器并网测试原理图在理科楼下无树荫、电线、建筑物遮挡的空地上，将组件正南方向放置，与地面呈45度夹角。热电偶粘贴在组件背面，辐照度计与组件放置在同一平面上，记录仪按照提前设置好的时间间隔（最小间隔可为1s）对组件的温度和组件平面上的辐照度进行记录。组件连接逆变器并入电网，逆变器时刻跟踪户外组件的最大功率点，同时计算机可以通过局域网访问逆变器，读取组件实时的最大功率输出值以及产生的电能。逆变器得到的组件输出功率值与记录仪记录的温度-辐照度值通过时间对应在一起。所以在进行测试之前需要将记录仪上的时间与逆变器时间调节一致，两者时间误差在1s之内。测试现场图见图4-3。图4-3连接逆变器并网测试现场分别在4月27号、5月4号对组件a进行了两次测试，在5月17号对组件b进行了一次测试。将记录仪记录的温度和辐照度与组件的输出功率通过时间对应在一起，得到一系列（温度T，辐照度G，最大功率Pmax）值以及组件在测试时间内的发电量E。连接电子负载测试由于晶体硅光伏组件的逆变器并网测试只能通过逆变器得到组件在户外的最大功率数据，不能测得开路电压、短路电流等数据。在实验室中有一台因光照不均而废置的太阳模拟器，在了解了其工作原理之后发现利用其电子负载部分测试户外组件的伏安特性曲线的方案是可行的。在正式测试之前我们对配套的软件参数进行了重新设置，并对测试的准确度进行了检验。连接原理见图4-4。图4-4电子负载连接图温度-辐照度记录仪的放置和逆变器并网测试放置方式相同。晶体硅光伏组件正负极连接电子负载。在进行测试时，用计算机软件启动电子负载，软件会控制电子负载的阻值从0变化到无穷大，对组件进行扫描，在扫描的同时计算机对电子负载两端的电压以及流过电子负载的电流进行记录，扫描完成后计算机软件自动绘制出组件的伏安特性曲线。从曲线上可以得到户外组件的开路电压、短路电流、最大功率数据。本次毕业设计的主要任务是找到对晶体硅光伏组件适用的标准-非标准转换模型，所以选用性能与出厂时性能一致的组件b，选择天气较晴朗的5月16号和5月24号，在理科楼下连接电子负载进行了测试，得到了一系列（温度T，辐照度G，最大功率Pmax，短路电流Isc，开路电压Voc）。关于发生PID效应组件的实验除上述对两块相同规格多晶硅光伏组件的户外测试外，我还参与了对发生PID效应的多晶硅组件的测试，由于这些内容与本次毕业设计的题目没有直接关系，在这里对关于PID效应的实验原理不再进行详细说明，仅列出一些测试现场的图片。在黄河光伏科技股份有限公司对18块发生PID效应的单晶硅光伏组件进行了伏安特性测试：（a）18块单晶硅光伏组件（b）伏安特性测试车间图4-5伏安特性测试现场在黄河光伏科技股份有限公司对上述18块光伏组件进行了EL测试：（a）EL测试平台（b）EL图像图4-6EL图像测试现场在黄河光伏科技有限公司一片空地上对上述18块单晶硅组件进行红外热成像测试：（a）组件正负极短接暴晒（b）其中一块组件的红外图像图4-7红外热成像测试现场在实验室，对两块从电站运回来的发生PID效应的单晶硅光伏组件进行暗特性测试：（a）暗特性测试（b）加方向电压的红外图像图4-8暗特性测试现场晶体硅光伏组件标准-非标准条件转换模型短路电流Isc晶体硅光伏组件的光生电流Iph与辐照度G成正比：（5-1）式中：K—比例常数。之前提到，在组件短路状态下，短路电流近似等于光生电流，所以短路电流与辐照度成正比。同时，短路电流与温度也有近线性的关系，因此可用以下模型对短路电流进行标准-非标准转换：（5-2）上述公式与式（1-2）在实质上是相同的，在这里将对其转换的精确度进行验证。厂家给出测试所用多晶硅光伏组件的短路电流(Isc)温度系数为(0.065±0.015)%/℃。我们选择了组件b的31个实测数据点，将每个数据点处的环境参数（G，T）代入式（5-2）中求得短路电流预测值并与实测值对比，在厂家给定的范围内改变α值，最终发现α取0.080%/℃时，预测值与实测值符合的最好，对比图如下：图5-1短路电流预测值与实测值对比从图5-1的对比中可以看出，短路电流预测值与实测值偏差较小，平均相对误差在2%之内。基于公式（5-2）的短路电流标准-非标准转换模型具有较高的准确度。开路电压Voc模型建立辐照度的影响：以下讨论是在同一温度T下进行的。在第二章2.2.1中介绍了晶体硅光伏组件的二极管等效模型，组件的电能输出可以表示为：（5-3）式中：Iph—光生电流（A）；I0—二极管反向饱和电流（A）；q—单位电荷量（1.60×10-19C）；n—理想因子；k—玻尔兹曼常数（1.38×10-23J/K）。对于正常的组件，其等效并联电阻Rsh通常较大，在使用二极管模型时可以将上式最后一项忽略。将开路电压点I=0，U=Voc代入上式可得：（5-4）上式中由于光生电流Iph远远大于I0，可以将括号内分子项中的I0忽略。将式（5-1）代入式（5-4）可得：（5-5）可以看出，开路电压与辐照度的对数呈正比关系。将（G1，Voc1），（G0，Voc0）代入式（5-5）并与相减可得：（5-6）式中：A—nkT/q。温度的影响：温度对开路电压的影响主要归结于对禁带宽度的影响。在文献[3]中给出了晶体硅电池片开路电压的温度修正式：（5-7）实测光伏组件在户外工作的温度变化不超过40K。取T0=300K，T=340K，上式中(3kT/e)ln(T/T0)项约为10mV，远远小于单个电池片的开路电压，可以忽略不计。所以温度对开路电压的影响可以用如下线性形式表述：（5-8）综合式（5-6）与式（5-8），提出新的晶体硅光伏组件开路电压的标准-非标准转换模型如下：（5-9）式中：Voc_STC—晶体硅光伏组件标准条件下的开路电压（V）；a—与辐照度、温度无关的常数；b—与辐照度、温度无关的常数（%/℃）；G0—标准条件下的辐照度（1000W/m2）；T0—标准条件下的温度（25℃）。参数求解及模型验证对式（5-9）中参数a、b的求解所采用的方法是利用Origin软件，同时考虑温度T和辐照度G的影响。选取2016年5月16日31组实测数据，代入式（5-9），经过非线性拟合求得a=0.06482，b=-0.00263/℃。所以适用于组件b的Voc标准-非标准转换公式为：（5-10）选择另外一天（2016年5月24日）78组实测数据，将每个数据点测得的环境参数（温度T，辐照度G）代入式（5-10）计算得到转换到非标准条件下的Voc预测值，与实测值的相对误差如图5-2。图5-2由转换模型得到的Voc预测值与Voc实测值的相对误差由图5-2可以看出，基于式（5-10）根据实测温度、辐照度计算得出的Voc预测值值与Voc实测值相对误差在2.5%之内。另一方面，从图5-2中第70个数据点往后Voc预测值与实测值之间的相对误差有明显的上升趋势，这是因为70之后的数据点是在16:30至17:30之间测得的，由于组件放置方向以及角度问题，组件平面的辐照度衰减到100W/m2以内，接收到的太阳光较弱，式（5-10）中由于对数项的存在使得弱光时辐照度成为影响开路电压的主导因素，而实际情况不是这样，所以在弱光时式（5-10）的转换误差会变大。综上所述，式（5-10）所描述的Voc标准-非标准转换模型在非弱光条件下具有较高的转换精度。最大功率Pmax模型建立在绪论中提到，Pmax的标准条件-非标准条件转换有如下传统转换模型[4]：（5-11）最大功率系数γ在第4章第一节中给出为-0.43%/℃。应用式（5-11）模拟2016年5月16号组件的最大功率输出与实测值对比有较大的误差，需要对此式进行改进。考虑到组件在户外运行时，组件的温度和组件平面的辐照度存在一定函数关系，将式（5-11）改写为如下形式：（5-12）式中参数c、d是与辐照度和温度无关的常数，用于对最大功率非线性特性的描述。选取5月16号测得的组件b的数据，在Origin软件中绘制出最大功率和辐照度的关系如下：图5-3最大功率Pmax与辐照度G的关系经过非线性拟合求得：（5-13）用式（5-13）预测组件b在2016年5月16号以及5月24号的Pmax输出，与实测结果比较发现新建立的模型对最大功率随温度和辐照度的改变给出了很好的描述，分别如图5-4、5-5所示：图5-42016年5月16日不同时刻Pmax预测值与实测值对比图5-52016年5月24日不同时刻Pmax预测值与实测值对比图5-4和图5-5分别显示了5月16日和5月24日户外条件下Pmax的实测结果与式（5-11）描述的传统模型计算结果、式（5-13）描述的新的转换模型计算结果的比较。可以非常直观地看出基于公式5-的传统模型的转换结果与实测值偏差较大，平均误差超过6W，基于式（5-13）的新模型与实测值得偏差有明显减小，平均误差在2.5W之内。由此可见，新的功率转换模型比传统功率转换模型能够更精确地描述晶体硅光伏组件在户外光照条件下的运行规律。发电量预测晶体硅光伏组件最大功率的标准-非标准转换模型一个非常重要的应用就是根据某地的气候条件如一天内辐照度、温度的变化特点估算出组件的发电量。在5月17日的户外测试中，用逆变器测得了组件b从9:40到17:30的发电量E实测=802W•h，同时用温度-辐照度智能数据记录仪记录了当天组件平面的辐照度变化如图5-所示，记录间隔为2s，在相邻两个测试点内可以近似认为辐照度恒定。图5-62016年5月17日组件平面辐照度变化利用式（5-13）可以模拟出组件当天的最大输出功率曲线，如图5-7所示。17:3013:309:4017:3013:309:40图5-72016年5月17日组件b输出功率模拟值同样可以近似认为组件输出的最大功率在测试间隔的2s内恒定。图5-7中曲线下方与时间轴围出的面积即为组件b从9:40到17:30的发电量，通过计算得出发电量为871.99W•h。在逆变器将直流电转换为交流电的过程中是存在电能损失的，本文第4章中提到测试所用逆变器的峰值转换效率为96.7%，则通过逆变器之后的预测发电量E预测=96.7%×871.99W•h=843.21W•h，与实测发电量的相对误差为5.1%。由此可见，新的最大功率标准-非标准转换模型可以对户外晶体硅光伏组件的发电量进行较为准确的预测。衰减评估晶体硅光伏组件最大功率的标准-非标准转换模型另一个重要的应用就是对户外出现问题的组件功率衰减进行评估。红外热成像图像显示测试所用的组件a是存在衰减的，选取2016年5月4日对组件a进行的并网测试数据，将测得的辐照度代入式（5-13）中，计算出组件a正常状态应有的最大功率输出，与实测最大功率输出对比图见5-8。图5-8组件a输出最大功率Pmax预测值与实测值对比图5-8中显示出不同时刻组件a的Pmax实测值相对预测值有较大衰减，并且衰减量大致相同，各个时刻的功率衰减量在图5-9中显示出：图5-9组件a最大功率衰减量图5-9中显示出组件a的Pmax衰减量集中分布在20W附近，计算得出ΔPmax平均值为19.29W，所以相对于刚出厂时的性能，组件a的功率衰减了7.71%。结论及展望本文通过对一块正常的多晶硅光伏组件和另一块同型号存在衰减的多晶硅光伏组件进行多次户外场测试研究，以实测数据作为参考，对已有的Isc标准-非标准转换模型进行验证；通过太阳电池的二极管等效模型推导出辐照度对Voc的影响规律，综合考虑温度、辐照度的影响，提出了新的Voc标准-非标准转换模型并用实测数据进行了验证；对传统Pmax转换模型进行了改进，并用改进的模型对正常组件发电量进行了预测，对存在衰减组件的衰减功率进行了定量计算。最终确定出一套适用于本次毕设所用多晶硅光伏组件的Isc、Voc、Pmax标准-非标准条件转换模型。在第五章中分别用各转换模型对正常多晶硅光伏组件在户外条件下输出的Isc、Voc、Pmax进行了预测，与实测数据对比发现，Isc、Voc、Pmax标准-非标准条件转换模型的相对误差分别为2%，2.5%，1.0%，具有较高的转换精度。用Pmax标准-非标准条件转换模型对正常组件发电量的预测误差为5.1%，并确定出存在衰减的组件相对于出厂性能功率衰减了7.71%。由于时间所限，本次毕业设计仅对多晶硅光伏组件进行了户外场测试研究，最终确定出的标准-非标准条件转换模型对其他类型光伏组件如单晶硅光伏组件、薄膜电池等的适用性尚有待研究。在5.2中提到Voc标准-非标准条件转换模型在弱光下是不适用的，但未给转换模型失效的辐照度范围，弱光对开路电压的影响需要进一步的研究。参考文献苏建徽，余世杰，赵为，等．硅太阳电池工程用数学模型［J］．太阳能学报，2001，第22卷：409－412．ADDINEN.REFLISTDjordjevicS,ParlevlietD,JenningsP.DetectablefaultsonrecentlyinstalledsolarmoduledinWesternAustralia[J].Renewableenergy,2014,67:215-221.RadziemskaE,KlugmannE.Thermallyaffectedparametersofthecurrent-voltagecharacteristicsofsiliconphotocell[J].Energyconversionandmanagement,2002,43:1889-1900.丁坤，翟泉新，张经炜，等．一种光伏组件输出功率的估算模型［J］．可再生能源，2014，第32卷：275－278．WeiZhou,HongxingYang,ZhaohongFang.Anovelmodelforphotovoltaicarrayperformanceprediction[J].AppliedEnergy,2007,84:1187-1198.EEvanDyk,BJScott,ELMeyer,etal.Temperaturedependenceofperformanceofcrystallinesiliconphotovoltaicmodules[J].SouthAfricanJournalofScience,2000,96:198-200.KNishioka,THatayama,YUraoka,etal.Field-testanalysisofPVsystemoutputcharacteristicsfocusingonmoduletemperature[J].Solarenergymaterialsandsolarcells,2003,75:665-671.李红飞，周健，刘毓成，等．自然光条件下光伏组件模型改进研究［J］．电源技术：研究与设计，2014，第38卷：2092－2102．杨金焕．太阳能光伏发电应用技术［M］．于化丛，葛亮．北京：电子工业出版社，2011．刘恩科．半导体物理学［M］．朱秉升，罗晋生．第7版．北京：电子工业出版社，2013．PriyaSS,SastryOS,BoraB,etal.ComparisonofcurvecorrectionprocedureofcurrentandvoltageasperIEC60891forthinfilmtechnology[OL].Researchgate,2015.贺炜，郭爱娟，孟凡英，等．温度对多晶硅太阳电池性能影响的研究［J］．太阳能学报，2010，31(4)：454－457．DolaraA,LevaS,ManzoliniG,etal.Investigationonperformancedecayonphotovoltaicmodules:snailtrailsandcellmicrocracks[J].IEEEJournalofphotovoltaics,2014,VOL4:1204-1211.WangH,YangH,WuH.AFineModelforEvaluatingActualOutputPerformanceofCrystallineSiliconSolarModules[C].PhotovoltaicEnergyConversion,ConferenceRecordofthe2006IEEE,WorldConferenceon.2006:2189-2192.SpataruS,HackeP,SeraD,etal.Temperature-dependencyanalysisandcorrectionmethodsofinsitu,power-lossestimationforcrystallinesiliconmodulesundergoingpotential-induceddegradationstresstesting[J].ProgressinPhotovoltaicsResearch&Applications,2015,23(11).陈明辉，傅冬华，李娜，等．光伏组件的长期户外性能测试［C］．中国光伏大会暨国际光伏展览会．2012．附录外文译文：处于PID效应应激测试下的晶体硅光伏组件原位功率衰减预测的温度依赖性分析以及修正方法摘要：我们提出了一种通过将PID测试中高应激温度下测得的组件暗I-V曲线进行叠加，对组件功率进行STC下的原位表征方法。为了确定最大功率的温度依赖性受组件衰减影响的范围，我们对几个不同设计的晶体硅组件进行了PID室研究。通过叠加原则得到的结果显示，在应激温度下测得的功率衰减和在25℃测得的功率衰减是不匹配的，这种不匹配取决于组件设计、应激温度以及衰减水平。我们研究了文献中找到的两种最大功率温度转换方法对这种失配的修正。第一种方法基于最大功率温度系数，我们发现温度系数随着PID效应引起的组件功率衰减而变化，因此限制了这种方法的适用性。第二种方法是建立在二极管等效模型上，这种方法可用作衰减基本原理的分析，但是不适用于大规模的数据收集和分析。最后，我们提出并在实验上证实了一种利用失配和功率衰减近线性的关系，更简单更精确的最大功率温度转换方法。这种方法减少了测试时间和费用，避免了当温度增加到应激温度的应激瞬变，消除了除起始和最终数据点外的闪点测试，使得更加迅速、详细地获得各种各样的统计可靠性模型的统计数据。关键字：电势诱导衰减效应；晶体硅；衰减；退化；电流-电压特性；加速应激测试；温度依赖性简介光伏组件的电势诱导衰减（PID）应激测试对理解组件是如何受系统电压偏差的影响以及开发相关的鉴定试验和寿命模型是十分关键的。PID效应的研究（通过室测试或者户外测试）一般需要在1000W/m2和25°C标准测试条件进行精确的性能测试。一直以来，无论是室测试还是户外场测试，收集足够的处于PID应激测试下的组件的STC最大功率（Pmax）衰减数据都是一项费时并且昂贵的任务。监测处于加速PID应激测试下的光伏组件的性能衰减需要间歇性的移动室内的组件以及用闪点测定器测量功率。要测量大量样本就需要大量的时间和精力[1]。通常，这种方法只产生少数中间的最大功率衰减测试点，这使得数据分析和衰减原理的建模很困难并且不够精确。同时，对受PID效应影响的户外光伏组件进行户外特性描述和性能监测依赖于周边的环境条件，这些条件通常与标准测试条件相去甚远；因此，最大功率很多时候是在1000W/m2的辐照度和更高的温度下测得的。如果光伏组件不受PID效应的影响，并且组件与温度相关的性能不改变，那么用数据手册上的温度系数将组件最大功率数据转换到25°C会是一个简单的工作。一项关于晶体硅光伏组件加速应激测试的研究[2]表明，光电流-电压测试得出的最大功率温度系数(γ)在组件受到PID效应的衰减时有绝对量级的减小，当组件从PID效应的影响中恢复时，温度系数又恢复到初始值附近[2]。为了研究晶体硅组件的这种暗温度依赖性能，我们对最大功率温度系数（根据暗电流电压特性计算出的，在这里用γdark表示）在衰减的过程中是如何变化的进行了初步评估。然而，仍需要进一步的研究来评估光电流电压和暗电流电压是在什么范围内决定最大功率温度系数关联的以及确定受PID效应影响的户外组件的这种特性。然而，对发展能够从在升高的应激温度下直接进行的暗电流电压测试中预测出组件的STC功率这种现场表征方法来说，理解受PID效应影响的光伏组件的暗电流电压温度特性是必要的。现在的工作是基于文献[3]中首次提到的一种室测试方法，这种方法可以根据通过PID应激测试中PV组件在25°C下的暗电流电压特性预测出组件的STC下最大功率衰减。这种方法包括对PV组件25°C下的电流电压暗特性的周期性测试。因为光电流（在短路电流处）受PID效应的影响很小，正如之前在晶体组件[3–5]中观察到的，在广泛的辐照度条件下，用暗电流电压曲线叠加预测出来的最大功率衰减与用闪点测定器测量出的最大功率衰减吻合的很好[3]。目前为止，这种方法局限于在25°C下测得的电流电压暗特性曲线，所以要把PV组件的温度降到25°C来测量电流电压暗特性，然后升高温度继续进行应激测试。这种原位组件衰减表征方法假定的叠加原理（或者转换近似值），对大多数的晶体PN单结已然呈现出有效的作用[6,7]；但是，当应用这种方法时仍然要考虑一些限制。文献中提到的最常见的情况之一，这种叠加原理就失效了。在这种情况下，太阳能电池表现出明显的串联阻抗(Rs>10Ωcm2)[7–10]，短路电流ISC不再与光生电流相匹配。另一种叠加原理失效的情况是在晶体硅光伏电池中，电子和空穴捕获率不相等的杂志陷阱辅助复合支配了I–V特性[9,11]，比如在有着氧化表面的高效太阳能电池中的复合[12]。其他叠加原理失效的情况如下：（i）在相同正向偏压下，光照条件比暗条件下有一个更高的大部分复合水平[9,11]；（ii）在耗尽区有明显的复合和产生[7,9,13]；（iii）电压对耗尽区宽度的依赖性[7,9]。作为一项最佳检验，叠加原理的正确性应该能在对新的组件设计应用原位衰减表征方法的时候得到印证。这项测试可以通过对组件进行光电流电压测试和暗电流电压测试然后