摘 要：選擇目前市場(chǎng)上主流的單面和雙面p型PERC單晶硅光伏組件作為研究對(duì)象，對(duì)兩種類型光伏組件在經(jīng)受不同程度的鹽霧腐蝕試驗(yàn)和電勢(shì)誘導(dǎo)衰減（PID）測(cè)試后的電性能變化情況進(jìn)行了深入分析和研究。研究結(jié)果表明：1）鹽霧腐蝕試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)鹽霧應(yīng)力對(duì)p型PERC單晶硅光伏組件的電氣絕緣性能幾乎無(wú)影響，對(duì)其電性能的影響也較小。2）鹽霧腐蝕試驗(yàn)后再進(jìn)行96 h的PID測(cè)試，發(fā)現(xiàn)p型PERC單晶硅光伏組件產(chǎn)生了嚴(yán)重的PID效應(yīng)，其電性能受到了很大影響。綜合來(lái)看，鹽霧應(yīng)力會(huì)加劇p型PERC單晶硅光伏組件的PID效應(yīng)，這是因?yàn)橹車(chē)h(huán)境鹽霧中的鈉離子會(huì)滲透到光伏組件內(nèi)部的太陽(yáng)電池中，導(dǎo)致鹽霧應(yīng)力和PID效應(yīng)發(fā)生了共同作用。對(duì)長(zhǎng)期在海上運(yùn)行的光伏組件而言，單一的應(yīng)力無(wú)法完美表征p型PERC單晶硅光伏組件在海上應(yīng)用時(shí)所面臨的長(zhǎng)期應(yīng)力情況，需要開(kāi)發(fā)綜合老化測(cè)試，以便更好地模擬現(xiàn)場(chǎng)情況。

關(guān)鍵詞：PERC；單晶硅光伏組件；鹽霧腐蝕試驗(yàn)；鹽霧應(yīng)力；電勢(shì)誘導(dǎo)衰減；電性能

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 "引言

大規(guī)模應(yīng)用清潔能源對(duì)于中國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)至關(guān)重要，不僅能最大限度地減少碳足跡，還能刺激經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)進(jìn)步。近年來(lái)，海上光伏發(fā)電作為一種重要的清潔能源應(yīng)用形式，重要性日益凸顯。中國(guó)的地面集中式光伏電站主要分布在人口稀少的西部地區(qū)，而用電需求主要集中在東部沿海地區(qū)，但該地區(qū)人口稠密、土地資源緊張，難以大規(guī)模開(kāi)發(fā)地面光伏發(fā)電。因此，在減少碳排放需求及土地稀缺情況加劇的背景下，海上光伏發(fā)電成為一種具有效益優(yōu)勢(shì)的發(fā)電解決方案。中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)大陸海岸線長(zhǎng)度為1.8萬(wàn)km，近海海域遼闊，理論上海上光伏發(fā)電的可開(kāi)發(fā)面積約為71萬(wàn)km2。山東省、浙江省、福建省、江蘇省等多地政府也出臺(tái)政策給予支持。山東省的“環(huán)渤?！薄把攸S?！眱纱笄f(wàn)千瓦級(jí)海上光伏發(fā)電基地的總規(guī)劃裝機(jī)容量為42 GW，計(jì)劃于2025年底實(shí)現(xiàn)12 GW的裝機(jī)容量。

一般來(lái)說(shuō)，光伏組件可保證20～25年的使用壽命[1]。由于其通常在室外運(yùn)行，必須保證其在經(jīng)受紫外線輻射和熱沖擊時(shí)能夠保持性能穩(wěn)定[2]。此外，因潛在電勢(shì)差而產(chǎn)生漏電流誘發(fā)的發(fā)電衰減（potential induced degradation，PID）也會(huì)影響光伏組件的性能，其被認(rèn)為是光伏組件性能衰減的主要原因[3]。對(duì)于具有n+-p結(jié)的p型太陽(yáng)電池而言，當(dāng)其相對(duì)于光伏組件邊框或玻璃表面為負(fù)偏壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生PID分流（即PID-s效應(yīng)），此效應(yīng)被認(rèn)為是p型太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率損失的根本原因[4-5]。

光伏組件暴露在鹽水或鹽霧環(huán)境中會(huì)發(fā)生因鹽水或鹽霧而導(dǎo)致的老化情況，尤其是在海上安裝運(yùn)行的光伏組件會(huì)受鹽霧的影響，鹽霧會(huì)腐蝕光伏組件的鋁邊框、光伏支架和密封光伏組件邊緣的硅膠粘合劑等。由于鹽是一種電化學(xué)導(dǎo)體，其會(huì)促進(jìn)n+-p結(jié)上產(chǎn)生分流和離子遷移，從而降低光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率。因此，在海上安裝運(yùn)行的光伏組件必須能夠抵御鹽霧的腐蝕。在海上，由鹽霧應(yīng)力引起的材料特性變化會(huì)導(dǎo)致PID效應(yīng)，從而使光伏組件電性能發(fā)生變化，但此過(guò)程相對(duì)緩慢，二者產(chǎn)生的綜合影響只有在長(zhǎng)期運(yùn)行后才能夠表現(xiàn)出來(lái)。因此，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）建議在各種降解條件下進(jìn)行不同的加速應(yīng)力測(cè)試，以了解光伏組件在各種環(huán)境條件下的性能，并找到新的提高其性能的解決方案，從而提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠性。

基于此，本文以兩種不同類型的商用p型PERC單晶硅光伏組件作為研究對(duì)象，對(duì)其在經(jīng)受不同程度的鹽霧腐蝕試驗(yàn)和PID測(cè)試后的電性能情況進(jìn)行深入研究和分析。

1 "實(shí)驗(yàn)

1.1 "樣品準(zhǔn)備

本文實(shí)驗(yàn)樣品采用兩種不同類型的商用p型PERC單晶硅光伏組件，一共8塊，分別為4塊p型PERC雙面雙玻單晶硅光伏組件（下文簡(jiǎn)稱為“雙面光伏組件樣品”，編號(hào)為A1～A4，其中A1為參考樣品）和4塊p型PERC單面單晶硅光伏組件（下文簡(jiǎn)稱為“單面光伏組件樣品”，編號(hào)為B1～B4，其中B1為參考樣品）。所有光伏組件樣品均依據(jù)IEC 61215-1： 2021《Terrestrial photovoltaic （PV） modules——Design qualification and type approval——Part 1： Test requirements》、IEC 61215-1-1： 2021《Terrestrial photovoltaic （PV） modules——Design qualification and type approval——Part 1-1： Special requirements for testing of crystalline silicon photovoltaic （PV） modules》和IEC 61215-2： 2021《Terrestrial photovoltaic （PV） modules——Design qualification and type approval——Part 2： Test procedures》完成了穩(wěn)定性測(cè)試。

所有光伏組件樣品在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)前均進(jìn)行了電致發(fā)光（EL）檢測(cè)，確保所有光伏組件中的太陽(yáng)電池不存在隱裂、黑片等缺陷。

1.2 "實(shí)驗(yàn)設(shè)備

主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括：瞬態(tài)3A級(jí)太陽(yáng)光模擬器（最大脈沖寬度為100 ms）、鹽霧環(huán)境試驗(yàn)箱、絕緣電阻測(cè)試儀、濕熱環(huán)境試驗(yàn)箱和PID電源等。

1.3 "實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)IEC 61701： 2020《Photovoltaic （PV） modules——Salt mist corrosion testing》中鹽霧測(cè)試等級(jí)6和鹽霧測(cè)試等級(jí)7的測(cè)試要求，對(duì)A2～A4、B2～B4這6塊光伏組件樣品進(jìn)行不同測(cè)試等級(jí)的鹽霧腐蝕試驗(yàn)，具體的測(cè)試要求如下。

1）鹽霧測(cè)試等級(jí)6：總共測(cè)試8個(gè)周期，1個(gè)周期為7天，共測(cè)試56天。每個(gè)周期首先在溫度為35 ℃±2 K的條件下，用質(zhì)量百分比濃度為5%的氯化鈉溶液噴灑樣品2 h，然后在溫度為40 ℃±2 K和相對(duì)濕度（RH）為93%±3%的潮濕條件下放置22 h；此過(guò)程重復(fù)4次；最后將樣品在溫度為23 ℃±2 K、RH為50%±5%的條件下保存3天。

2）鹽霧測(cè)試等級(jí)7：分別測(cè)試90、180個(gè)周期，1個(gè)周期為8 h，則分別共測(cè)試30天和60天。每個(gè)周期首先在溫度為35 ℃±2 K的條件下，用質(zhì)量百分比濃度為5%的氯化鈉溶液噴灑樣品2 h；然后在溫度為60 ℃±2 K和RH低于30%的條件下干燥4 h；最后在溫度為50 ℃±2 K和RH超過(guò)95%的潮濕條件下放置2 h。

鹽霧腐蝕試驗(yàn)后，再根據(jù)IEC TS 62804-1： 2015《Photovoltaic （PV） modules——Test methods for the detection of potential-induced degradation——Part 1： Crystalline silicon》的要求，對(duì)所有8塊光伏組件樣品進(jìn)行PID測(cè)試。將光伏組件樣品置于濕熱環(huán)境試驗(yàn)箱中，試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度和RH分別設(shè)定為85 ℃和85%，對(duì)光伏組件樣品施加-1500 V的電壓，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)均為96 h。

本文實(shí)驗(yàn)所用光伏組件樣品類型及對(duì)應(yīng)的測(cè)試方案如表1所示。

采用瞬態(tài)3A級(jí)太陽(yáng)光模擬器，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件（STC）下對(duì)所有光伏組件樣品進(jìn)行I-V測(cè)試。根據(jù)IEC TS 60904-1-2： 2019《Photovoltaic devices——Part 1-2： Measurement of current voltage characteristics of bifacial photovoltaic （PV） devices》的要求，在測(cè)量實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)創(chuàng)造1個(gè)無(wú)太陽(yáng)輻照背景的測(cè)試環(huán)境，以完全消除入射光線對(duì)待測(cè)光伏組件背面的影響；若待測(cè)光伏組件表面任何1點(diǎn)的太陽(yáng)輻照度都不超過(guò)3 W/m2，則該背景被認(rèn)為無(wú)太陽(yáng)輻照。因此，本文在進(jìn)行I-V測(cè)試時(shí)在雙面單晶硅光伏組件背光的一面采用黑色布匹作為背景，以使測(cè)試條件達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 "實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 "鹽霧腐蝕試驗(yàn)的影響

為分析鹽霧腐蝕量對(duì)p型PERC單晶硅光伏組件的影響，按照表1的測(cè)試方案對(duì)光伏組件樣品進(jìn)行鹽霧腐蝕試驗(yàn)；試驗(yàn)結(jié)束后取出光伏組件樣品分別進(jìn)行絕緣測(cè)試和濕漏電流測(cè)試，測(cè)量其電氣絕緣參數(shù)，具體結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出：1）無(wú)論鹽霧腐蝕試驗(yàn)的測(cè)試等級(jí)變化，還是試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)增加，所有光伏組件樣品在絕緣測(cè)試后和濕漏電流測(cè)試后的絕緣電阻均大于500 MΩ·m2，這一電阻值遠(yuǎn)高于IEC 61215-2： 2021中第4.15條和第4.3條所規(guī)定的要求值（40 MΩ·m2）。2）在鹽霧腐蝕試驗(yàn)中，改變光伏組件樣品背面的材料（即無(wú)論是背板還是玻璃）不會(huì)影響其在絕緣測(cè)試后和濕漏電流測(cè)試后的絕緣電阻值。3）以上測(cè)試結(jié)果表明，在鹽霧腐蝕試驗(yàn)之后，p型PERC單晶硅光伏組件的內(nèi)部電路和其外部邊框之間的電氣絕緣不會(huì)受到鹽霧腐蝕試驗(yàn)方案或光伏組件背面材料的影響。

測(cè)量鹽霧腐蝕試驗(yàn)前后光伏組件樣品的最大輸出功率Pmax，并計(jì)算其最大輸出功率的衰減率，結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出：光伏組件樣品正面的最大輸出功率衰減率最大值為0.91%，最小值為0.03%；背面的最大輸出功率衰減率的最大值為0.82%，最小值為0.56%。這說(shuō)明鹽霧腐蝕試驗(yàn)對(duì)p型PERC單晶硅光伏組件最大輸出功率的影響相對(duì)較小。

結(jié)合表2、表3的數(shù)據(jù)可以看出：經(jīng)過(guò)不同測(cè)試等級(jí)、不同試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)的鹽霧腐蝕試驗(yàn)后，光伏組件樣品的絕緣電阻都超過(guò)500 MΩ·m2，未出現(xiàn)下降情況，但最大輸出功率略有下降，這表明功率損耗差異與光伏組件的絕緣電阻無(wú)關(guān)。綜上所述，實(shí)驗(yàn)所用的p型PERC單晶硅光伏組件的電性能受鹽霧應(yīng)力的影響較小。

2.2 "鹽霧腐蝕試驗(yàn)后光伏組件樣品在負(fù)偏壓下的PID效應(yīng)

鹽霧腐蝕試驗(yàn)后，將所有光伏組件樣品置于濕熱環(huán)境試驗(yàn)箱中，在85 ℃溫度、85% RH條件下，對(duì)光伏組件樣品施加-1500 V的電壓，測(cè)試其在負(fù)偏壓下的PID效應(yīng)。選擇這一電壓值進(jìn)行PID效應(yīng)研究的原因在于該值為采用p型PERC單晶硅光伏組件時(shí)系統(tǒng)的最大系統(tǒng)電壓值，在光伏電站實(shí)際應(yīng)用中，光伏組串的整體最大電壓不能超過(guò)該值。PID測(cè)試96 h后取出所有光伏組件樣品，然后分別進(jìn)行絕緣測(cè)試和濕漏電流測(cè)試，測(cè)量其電氣絕緣參數(shù)，結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出：經(jīng)過(guò)96 h的PID測(cè)試后，所有光伏組件樣品在絕緣測(cè)試后和濕漏電流測(cè)試后的絕緣電阻均大于500 MΩ·m2。這一結(jié)果表明無(wú)論是雙面光伏組件還是單面光伏組件，無(wú)論是否經(jīng)過(guò)了鹽霧腐蝕試驗(yàn)，p型PERC單晶硅光伏組件在PID測(cè)試后的絕緣電阻值均較大。

PID測(cè)試后，在STC下對(duì)所有光伏組件樣品進(jìn)行I-V測(cè)試，得到其最大輸出功率、開(kāi)路電壓Voc、短路電流Isc和填充因子FF；以光伏組件樣品各項(xiàng)電性能參數(shù)的初始值為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算PID測(cè)試后的各項(xiàng)電性能參數(shù)的測(cè)量值與初始值的比值，該比值與100%之間的差值即為各項(xiàng)電性能參數(shù)的衰減比例（均為歸一化后的值），具體如圖1所示。

從圖1可以看出：在經(jīng)受鹽霧腐蝕試驗(yàn)及96 h的PID測(cè)試后，光伏組件樣品的電性能受到了很大影響，各項(xiàng)電性能參數(shù)均急劇下降。1）從雙面光伏組件樣品的各項(xiàng)電性能參數(shù)衰減比例來(lái)看，與光伏組件A1相比，光伏組件A2、A3和A4的最大輸出功率分別多衰減了3.74%、3.53%和6.19%，開(kāi)路電壓分別多衰減了1.53%、1.08%和2.70%，短路電流分別多衰減了1.33%、1.19%和3.16%；而填充因子受到的影響較小，僅分別多衰減了1.01%、1.39%和0.60%。2）從單面光伏組件樣品的各項(xiàng)電性能參數(shù)衰減比例來(lái)看，與光伏組件B1相比，光伏組件B2、B3和B4的最大輸出功率分別多衰減了3.47%、3.26%和6.77%，開(kāi)路電壓分別多衰減了0.23%、0.23%和1.35%，短路電流分別多衰減了1.21%、1.24%和0.56%；而填充因子受到的影響較大，分別多衰減了2.12%、1.87%和5.09%。

綜合來(lái)看，無(wú)論鹽霧腐蝕試驗(yàn)的測(cè)試等級(jí)和試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)如何變化，雙面光伏組件樣品的填充因子衰減比例始終相對(duì)較小，而短路電流和開(kāi)路電壓的衰減比例卻明顯增大；但單面光伏組件樣品的情況則相反，其短路電流和開(kāi)路電壓的衰減比例始終相對(duì)較小，而填充因子的衰減比例卻明顯增大。這些結(jié)果表明，雙面光伏組件的輸出功率損失主要是由其短路電流和開(kāi)路電壓的衰減造成的，而單面光伏組件的輸出功率損失主要是由填充因子的衰減造成的。

目前已確認(rèn)有兩種導(dǎo)致晶體硅光伏組件輸出功率損失的PID效應(yīng)，分別為分流型（PID-s）和極化型（PID-p）[6-7]。PID-s效應(yīng)是在負(fù)偏壓條件下，光伏玻璃中的鈉離子（Na+）遷移到n+-p結(jié)的晶體缺陷處，造成晶體硅太陽(yáng)電池的顯著分流并導(dǎo)致其光電轉(zhuǎn)換效率降低。因此，當(dāng)晶體硅光伏組件處于負(fù)偏壓條件下，其填充因子受到的影響較大，有明顯的填充因子損失，而短路電流和開(kāi)路電壓受到的影響相對(duì)較小[4-5]。PID-p效應(yīng)與硅片表面鈍化層的退化有關(guān)，由于電荷在減反射（AR）層或鈍化層中積累，導(dǎo)致少數(shù)載流子被吸引到硅片表面，從而導(dǎo)致硅片表面重組速度增加[8]。因此，PID-p效應(yīng)對(duì)晶體硅光伏組件的短路電流和開(kāi)路電壓的影響較大，對(duì)填充因子的影響相對(duì)較小[9-10]。

從本實(shí)驗(yàn)所有光伏組件樣品的I-V數(shù)據(jù)變化情況來(lái)看，認(rèn)為雙面光伏組件正面電性能產(chǎn)生衰減的主要原因是其發(fā)生了PID-p效應(yīng)，而單面光伏組件正面電性能產(chǎn)生衰減的主要原因是其發(fā)生了PID-s效應(yīng)。但無(wú)論是發(fā)生了哪類PID效應(yīng)，鹽霧應(yīng)力都和PID效應(yīng)發(fā)生了共同作用，導(dǎo)致光伏組件樣品產(chǎn)生了輸出功率損失，這可能是因?yàn)辂}霧中的鈉離子滲入了光伏組件內(nèi)部的太陽(yáng)電池。

3 "結(jié)論

本文選擇目前市場(chǎng)上主流的單面和雙面p型PERC單晶硅光伏組件為研究對(duì)象，對(duì)兩種類型光伏組件在經(jīng)受不同程度的鹽霧腐蝕試驗(yàn)和PID測(cè)試后的電性能變化情況進(jìn)行了深入分析。得到以下結(jié)論：

1）依據(jù)IEC 61701： 2020中鹽霧測(cè)試等級(jí)6和鹽霧測(cè)試等級(jí)7的要求進(jìn)行鹽霧腐蝕試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)鹽霧應(yīng)力對(duì)p型PERC單晶硅光伏組件的電氣絕緣性能幾乎無(wú)影響，對(duì)其電性能的影響也較小。其中，光伏組件正面最大輸出功率衰減率的最大值為0.91%，最小值為0.03%；背面最大輸出功率衰減率的最大值為0.82%，最小值為0.56%。該結(jié)果表明單一的鹽霧應(yīng)力并不能很好地反映出p型PERC單晶硅光伏組件在海上所面臨的應(yīng)力情況。

2）鹽霧腐蝕試驗(yàn)后，在85 ℃溫度、85% RH和-1500 V偏壓的測(cè)試條件下進(jìn)行96 h的PID測(cè)試，發(fā)現(xiàn)p型PERC單晶硅光伏組件產(chǎn)生了嚴(yán)重的PID效應(yīng)，其電性能受到了很大影響。p型PERC雙面單晶硅光伏組件的輸出功率損失主要是受開(kāi)路電壓和短路電流的影響，原因在于此類光伏組件發(fā)生了PID-p效應(yīng)；p型PERC單面單晶硅光伏組件的輸出功率損失主要是受填充因子的影響，原因在于此類光伏組件發(fā)生了PID-s效應(yīng)。

綜合來(lái)看，鹽霧應(yīng)力會(huì)加劇p型PERC單晶硅光伏組件的PID效應(yīng)，這是因?yàn)辂}霧中的鈉離子滲入了光伏組件內(nèi)部的太陽(yáng)電池，導(dǎo)致鹽霧應(yīng)力和PID效應(yīng)發(fā)生了共同作用。對(duì)長(zhǎng)期在海上運(yùn)行的光伏組件而言，單一的應(yīng)力無(wú)法完美表征p型PERC單晶硅光伏組件在海上應(yīng)用所面臨的長(zhǎng)期應(yīng)力情況，需要開(kāi)發(fā)綜合老化測(cè)試，以便更好地模擬現(xiàn)場(chǎng)情況。

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Lin hao，Sun xiaoyin，Chen peng，Ma chao

（Wuxi Institute of Inspection，Testing and Certification，Wuxi 214000，China）

Abstract：This paper selects the mainstream single-sided and bifacial p-type PERC mono-Si PV modules on the market as the research object，and conducts in-depth analysis and research on the changes in electrical performance of the two types of PV modules after undergoing different degrees of salt spray corrosion tests and PID tests. The research results show that：1） After the salt spray corrosion test，it is found that salt spray stress had almost no effect on the electrical insulation performance of p-type PERC mono-Si PV modules，and had a relatively small impact on their electrical performance. 2） After the salt spray corrosion test，a 96 h PID test is conducted，and it is found that the p-type PERC mono-Si PV modules produced severe PID effects，which greatly affected its electrical performance. Overall，salt spray stress can exacerbate the PID effect of p-type PERC mono-Si PV modules. This is because sodium ions in salt spray in the surrounding environment to penetrate into the solar cells inside the PV modules，resulting in a combined effect of salt spray stress and PID effect. For PV modules that operate at sea for a long time，a single stress cannot perfectly characterize the long-term stress situation faced by p-type PERC mono-Si PV modules in offshore application sites. Therefore，it is necessary to develop comprehensive aging tests to better simulate on-site conditions.

Keywords：PERC；mono-Si PV modules；salt spray corrosion test；salt spray stress；PID；electrical performance