太阳电池组件老化机理与实验研究.docx

《太阳电池组件老化机理与实验研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳电池组件老化机理与实验研究.docx（20页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、本科生毕业论文题目:太阳电池组件老化机理与实验研究系（院）：物理与电子科学学院专业:新能源科学与工程学号:学生姓名：指导教师:论文字数:完成日期：物电学院毕业论文原创性声明本人郑重声明：呈交的毕业论文“太阳电池组件老化机理与实验研究”，是本人在指导教师何永泰教授的指导下进行研究工作所取得的成果。除文中已经引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已发表或撰写过的研究成果。对本论文的研究所做出帮助的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。毕业论文作者签名:学位论文（设计）版权使用授权书本学位论文（设计）作者完全了解学校有关保留、使用学位论文（设计）的规定，

2、同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权楚雄师范学院将本学位论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文（设计）。本学位论文（设计）属于保密口,在一年解密后适用本授权书。不保密口。学位论文（设计）作者签名:指导教师签名:日期：年月日日期：年月日摘要I关键词IAbstractIIKeywordsII弓I言I1.太阳电池组件老化及失效原理11.1太阳能电池组件老化原因11.1.1组件老化21.1.2组件封装老化21. 2太阳电池组件加速老化的重要性32.试验方法32.1

3、标准太阳能电池组件的数据测量32. 2湿热试验52. 3太阳电池组件加速老化试验和分析53. 4自然老化的数据测量与分析93.总结12致谢14太阳电池组件老化机理与实验研究摘要：太阳电池组件在使用过程中受到阳光、温度、湿度的影响，组件的功率会下降，这主要与电池片老化衰减有关，也和组件封装材料的性能有关。通过把组件放入高低温交变湿热试验箱中，利用环境试验箱模拟户外环境的温度、湿度等环境条件，以实现较短时间内加速组件老化衰减的目的，每保持100h后，观察电池组件的外观缺陷，再利用仪器设备检测其电气特性，计算出组件的老化率，然后对所得数据进行分析，试验结果表明，在湿热老化后，组件的性能降低，功率与初

4、始值相比在不断减小，湿热老化20Oh比100h的最大输出功率降低了0.095肌湿热老化300h比200h的最大输出功率降低了0.1077W,湿热老化300h比100h的最大输出功率降低了0.2027W关键词：光伏组件；太阳能电池；加速老化；湿热老化；寿命AgingmechanismandExperimentalstudyofsolarcellmoduleAbstract:Solarcellcomponentsareaffectedbysunlight,temperatureandhumidityduringuse,andthepowerofthecomponentswilldecrease,w

5、hichismainlyrelatedtotheagingandattenuationofthebattery,andalsorelatedtotheperformanceofthepackagingmaterialsofthecomponents.Byputtingthecomponentsintothehighandlowtemperaturealternatinghumidheattestchamber,usingtheenvironmentaltestchambertosimulatetheenvironmentalconditionssuchastemperatureandhumid

6、ityoftheoutdoorenvironment,soastoachievethepurposeofacceleratingtheaginganddecayofthecomponentsinashorttime.Afterevery100h,observetheappearancedefectsofthebatterycomponents,andthenuseinstrumentsandequipmenttodetecttheirelectricalcharacteristics,andcalculatetheagingrateofthecomponents.Thentheobtained

7、dataareanalyzed.Thetestresultsshowthattheperformanceofthecomponentsdecreasesafterthewetheataging,andthepowerdecreasescontinuouslycomparedwiththeinitialvalue.Themaximumoutputpowerofthecomponentsdecreasesby0.095Wafterthewetheatagingfor200hcomparedwith100h,and0.1077Wafterthewetheatagingfor300hcomparedw

8、ith200h.Themaximumoutputpowerof300hisreducedby0.2027Wcomparedwiththatof100h.Keywords：Photovoltaicmodule;Solarcells;Acceleratedaging;Damp-heataging;1.ifespan太阳电池组件老化机理与实验研究引言传统能源的消耗在不断增加，但是资源的储备却不断减少，传统能源已经不能满足人类发展的需要，现今，生态环境在进一步的恶化，开发清洁无污染的可再生能源已经成为了整个社会的共识。随着“双碳”战略的提出，发展能源绿色低碳变得十分重要，人类对绿色环保的新能源的需求在

9、不断的扩大，截至2022年我国光伏新增装机87.41Gk实现了新的突破，同时，太阳电池组件的寿命的延长在一定程度上可以弥补电池效率的不足，从而催化有机太阳能电池的产业化。然而，在太阳能光伏快速发展的同时，一些太阳电池组件在使用的几年时间内就出现了表面及内部受到氧化和腐蚀、电池的性能逐步下降、电池片的栅线消失、EvA变黄等老化失效的情况。太阳电池组件的可靠性存在着较大的隐患，主要表现为两种形式，一种是非太阳能电池片部分的老化，如封装材料、互连材料、玻璃盖板等材料的老化或者损坏现象；另一种则是太阳能电池片部分的老化，如p-n结内的漏电现象、表面与界面处的缺陷增多等。其中，在太阳能发电领域，科研学者

10、们始终面临着太阳电池组件的光电转换效率一直不能够令人满意，而且太阳电池组件使用的有机材料受到着光、热、氧、水的影响从而导致着器件老化使得太阳电池组件性能受到影响。近年来，国内外很多学者针对太阳能电池片老化，进行了大量的研究。例如：张增明等人对光伏组件封装EVA胶膜的湿热老化进行了研究，采用FT-IR法对湿热老化中的EvA进行测试和分析，实验结果表明，在湿热老化过程中，EVA发生了水解反应，产生乙酸，提高温度和相对湿度均会加快水解；EVA吸水率越高，越容易发生水解1.韩新月等人进行的加速老化试验对有机硅胶封装材料光学性质的影响。JiangZhU等人研究了湿热暴露过程中太阳电池参数的变化。DanW

11、U等人研究湿热暴露对光伏微型组件界面粘结强度的影响，结果表明，在一定的湿热降解期内，光伏组件在湿热降解过程中所经历的累积应力与粘着强度的关系可以用指数函数通过湿度剂量的定义来模拟川。付明等人探究了晶体硅太阳能电池片老化的特性,实验表明单晶电池老化特性略优于多晶，且冷-热循环约40周后电池效率衰减基本稳定，湿热老化450-50Oh后电池效率衰减基本稳定。本文就以太阳电池组件的老化机理进行了实验分析和探讨，针对光伏系统25年的寿命周期内不同阶段的研究进展，把太阳电池组件放入高低温交变湿热试验箱中，观察组件老化前后的电气特性，其性能退化的原因，以此有利于提升组件的使用寿命、材料性能和设备安全耐久性，

12、太阳电池组件寿命的延长可以很好的弥补光电转换效率的不足，对于推动太阳光伏产业化具有重要的意义，再通过观察自然老化，分析得出太阳电池组件的老化性能，对人类社会的经济发展作出重要的贡献。1.太阳电池组件老化及失效原理1.1 太阳能电池组件老化原因太阳能电池组件结构如图1-1,太阳能电池常用的原材料和组件包括：太阳能电池、密封和包装材料、背板的材料、玻璃板、框架、接线盒等材料部件。多数组件材料长时间的显露在大自然的环境之中，受到着太阳光、温度、水分和其他因素的影响，组件表面大多数就会表现出褪色、粗糙和太阳能电池组件的功能和性能的逐渐弱化，效率降低，直到最终失去了其使用的价值。感第1.1.1 组件老化

13、光伏组件的退化严重影响着其发电的能力，从而长期影响组件的可靠性和性能。“光伏退化”指的是随着时间的推移或者由于太阳能电池中的一些故障，导致光伏输出功率逐渐降低的机制，导致光伏退化的因素主要受当地环境条件、质量、安装类型等的影响，然而，主要的促成因素来自全球各地不同地区的当地环境条件。光物理学是包含了对太阳电池组件的自然老化和实验室加速老化试验过程中的极大部分的电磁辐射的范围，其中涵盖了可见光的辐射、红外光的辐射和紫外光的辐射等，紫外线照射是降低太阳能组件性能的主要原因。太阳电池组件材料中的EVA在紫外线照射、高温和氧气的作用下，产生降解而发生老化，EVA在光热降解下受紫外线及热的影响最为显著，

14、同时也会伴有聚合物的颜色的变化，从无色透明变为黄色或者褐色，从而导致太阳电池组件的功率会加速衰减，如图1-2,同时，EVA在光氧降解下会使得粘接性能变坏，EVA层可能出现脱层现象，导致空气或湿气从封装好的组件边缘渗入到组件的内部，使组件性能下降，进而组件使用寿命也逐步下降。随着温度越高、紫外线辐照的时间越长，组件就会加速老化,老化随着时间的推移也会出现脱层，甚至组件失效。图1-2太阳电池片老化现象1.1.2 组件封装老化太阳电池组件的腐蚀主要发生在组件内部、接线盒、铝边框上，光伏组件可以被定义为集成到封装中的单个太阳能电池的集合，该封装可以保护太阳电池片避免组件长时间受环境的影响，腐蚀是组件老

15、化的一个主要方面，常常是物理，化学反应引起，如电池片、减反射涂层、焊条的腐蚀，EVA材料中的醋酸是老化实验中水解所产生副产品，醋酸的积累将会导致电极的化学腐蚀。并且组件要长时间生存在狂杂环境之下，必须保护太阳能电池不受应力和效应引起的退化，比如材料的腐蚀（尤其金属腐蚀），风力、冰雀和安装造成的物理伤害，外部原件的损坏。太阳电池组件在使用过程中还会发生一些现象，如电池片炸裂、玻璃碎裂、热斑效应、汇流条发黄、电池片栅线消失等等。1.2 太阳电池组件加速老化的重要性目前，太阳电池组件老化的常用的试验方法有两种，分别是自然老化和加速老化试验。自然老化试验是把组件暴露在严酷的环境之中，让自然环境中的阳光

16、、水分、湿度等对组件直接作用以此来获取试验的结果,这样在实际环境的作用下就可以真实的反映出组件暴露在自然条件下的情况，因此，这样的直接曝晒的自然老化试验得出的试验结果与太阳电池组件在实际使用过程中产生的结果相比，它们之间的一致性和相关性较好。而加速老化试验是通过利用环境试验箱模拟自然条件下的光、水、温度对组件所产生的作用而得到的结果，在试验过程中试验条件是可以控制的，通过加强某一因素或几种因素来加快试验进程，就可以获取想要得到的效果，因此老化试验的重复性得到了保证。但是，如果我们直接将太阳能电池组件曝晒在世界上的所有气候之中是不现实的，所以在进行太阳电池老化实验研究的过程中必定要掌握好影响材料老化的主要因素，即光能、温度和湿度1。在太阳电