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　　光伏組件作為光伏發電系統的核心部分，其可靠性評估顯得極為重要。從光伏組件結構入手，分析組件可靠性影響因素，并從基于歷史數據可靠性評估、基于加速試驗可靠性評估和基于加速退化試驗可靠性評估三個方面。

 

　　討論光伏組件可靠性評估方法的特點，結合目前評估方法中存在的問題，指出對EVA-Si-TPT'型光伏組件宜采用基于歷史數據的可靠性評估方法，而對其他類型的更新速度較快，使用壽命長的光伏組件，結合光伏組件失效機理宜采用基于加速試驗的可靠性評估方法；若運用加速試驗在到達應力極限值時仍未能獲得足夠的失效數據，則應考慮采用加速退化試驗。

 

　　光伏組件作為光伏發電系統的核心部分，其可靠性直接關系到光伏系統性能，因此光伏組件投入使用的預期壽命受到普遍關注。隨著光伏產品使用壽命不斷增加，如何在短時間內進行光伏組件可靠性評估已成為目前的熱門研究課題。

 

　　本文將重點對可用于光伏組件可靠性評估的傳統方法、加速試驗方法進行評述，分析組件可靠性評估特點，指出光伏組件可靠性評估方法存在的問題以及可能的解決辦法。

 

　　根據所用光電轉換材料的不同，光伏組件可分為晶體硅、非晶硅兩類"。考慮到目前晶體硅光伏組件發電量占光伏總發電量80%以上，本文以晶體硅光伏組件為例展開討論。典型晶體硅光伏組件結構，它包含電池片、乙烯和醋酸乙烯酯共聚物EVA、背板、鋼化玻璃、鋁框、連接線和接線盒等主要部件。

 

　　其中，電池片的功能是將光能轉換成電能；EVA材料(充滿于鋼化玻璃、電池片和背板間)用于粘接、密封和保護電池片；背板、鋁框等起到防腐蝕、固定作用；鋼化玻璃具有透光、隔離與抗壓作用。

 

　　研究表明，影響光伏組件可靠性的因素有電池片破裂、連接線斷裂、EVA 脫粘與黃變、鋼化玻璃破裂、鋁框變形、背板脫粘以及接線盒失效等35]。若將EVA、背板和鋁框歸到封裝材料類，連接線、焊接帶歸到內部電路中，則光伏組件主要影響因素來自內部電路(占49%)、封裝材料(占41%)和電池片(占10% )三方面。

 

 

　　國內外對光伏組件的可靠性試驗與評估研究隨著光伏組件的應用不斷深入發展的。

 

　　桑迪亞國家實驗室的 McMahon 等人，基于對光伏組件30年壽命預測可信度研究，認為實際應用環境中應力較為復雜，采用單應力預測試驗結果不可靠；

 

　　英國BP Solar公司的 Wohlgemuth等人，通過分析長期暴露的光伏組件的失效數據，得到整個組件退化率；美國國家可再生能源實驗室的Jorgensen等人，在研究加速應力環境下光伏組件各界面的粘合性能后認為， Si-EVA界面的粘性受外界應力影響較大，對光伏組件可靠性有重要影響；美國國家可再生能源實驗室的 Smith等人分析光伏組件退化電參數變化，從電流、電壓角度研究光伏組件可靠性退化規律。

 

　　國內對光伏組件可靠性試驗研究處于起步階段，研究主要側重于從組成部件方面分析外界環境對光伏組件壽命的影響。研究者對不同組成的EVA膠膜進行1000h的紫外光老化試驗后指出，紫外光強度對光伏組件有著重要影響；研究者從化學機理出發，認為EVA在紫外線、高溫和潮濕環境中會發生Norrish Typel和 Norrish Type lI化學反應，導致組件透光率下降，影響組件整體的可靠性；

 

　　阿特斯測試中心的張增明等人應用FT-IR法分析了溫度和濕度對EVA水解反應的影響，并簡要分析了EVA水解機理；研究者利用傅里葉變換衰減全反射紅外光譜儀，對光伏背板耐濕熱老化性能進行測試分析表明，濕熱環境下背板的可靠性下降較為明顯。根據評估原理不同，現有光伏組件可靠性評估方法主要有基于歷史數據、基于加速試驗和基于加速退化試驗等三類可靠性評估方法。

 

 

　　基于歷史數據的可靠性評估方法是指在分析光伏組件退化失效數據的基礎上，結合組件的退化機理，得到組件可靠性特征的一種可靠性試驗方法。基于歷史數據的光伏組件可靠性評估方法側重于從統計學規律出發評估光伏組件的可靠性，若是進行光伏組件可靠性試驗與需要預測的光伏組件類型相同、應用環境相似，則模型準確度較高。但由于可靠性試驗數據來源于特定環境、特定對象，模型應用范圍較窄，需經過修正才能應用。

 

 

　　基于加速試驗的可靠性評估方法即在超出正常應力水平的加速應力環境下獲得組件退化失效數據，再進行推算，得到組件正常環境可靠性特征的一種試驗方法。將基于加速試驗的可靠性評估方法用于光伏組件上已取得進展，但試驗以EVA、背板和電池片等部件為主，研究則集中在紫外線﹑溫度等單應力方面，難以與組件實際的綜合應力工作環境相匹配，組件整體的可靠性評估理論研究有待加強。

 

 

　　加速退化試驗，即運用加大應力的方法加速產品的退化，記錄其退化數據，并用退化數據推得產品壽命的試驗方法。與加速試驗相同，加速退化試驗以不改變產品失效機理為前提來確定產品的可靠性特征，但它無需失效數據，只需在產品不失效情況下獲得足夠的退化數據，再利用退化數據推算出產品失效數據，可用于高可靠、長壽命的產品，如光伏組件可靠性評估。

 

　　研究者運用加速退化試驗對太陽電池進行研究時，獲得了有意義的數據。研究者還試圖利用設計裝置對有機光伏組件的壽命進行預測，并用現場退化數據驗證加速退化試驗的準確性。加速退化試驗作為加速試驗的優化、補充，為高可靠、長壽命產品(如光伏組件等)提供了一種可靠性評估方法，但其在系統級產品、小樣本分析等方面仍存在問題。

 

 

　　基于歷史數據的可靠性評估方法和基于加速試驗的可靠性評估方法各有特點，目前都還有不完善之處，在實際使用中應加以靈活應用、綜合應用，或引入諸如加速退化試驗方法。

 

　　1)如果可靠性的評估對象結構為壽命長且更新速度相對較慢的EVA-Si-TPT型光伏組件，且試驗對象類型與預測對象相同，在這種情況下，如果某特定環境的歷史數據充足，則宜采用基于歷史數據的可靠性評估方法；但如果封裝材料或電池片等某部分材料發生變化，導致評估組件歷史數據量較少時，難以使用此方法評估組件壽命。

 

　　這時可結合產品的失效機理建立產品的失效模型，或者利用產品性能退化數據推得其壽命特征，即結合加速試驗進行可靠性評估。

 

　　2)如果可靠性評估對象為其他類型的更新速度較快、失效時間長或新出現的光伏組件，由于缺少必要的可靠性數據，基于歷史數據的可靠性評估方法不適用，此時建議結合光伏組件的失效機理，采用基于加速試驗的可靠性評估方法，必要時還可以與舊型光伏組件加速試驗結果進行對比，以評估試驗結果的準確程度。

 

　　3)基于加速試驗的可靠性評估方法存在著最大極限應力的限制，超過極限應力時組件失效機理會發生改變。如果運用加速試驗在到達應力極限值時，仍未能獲得足夠的失效數據，則應考慮采用基于加速退化試驗的可靠性評估方法，運用試驗獲得退化數據，推出組件的失效數據，評估其壽命特征。

 

　　但是，如何對加速退化試驗進行設計，優化以適用于光伏組件可靠性評估，仍需要進一步深入研究。

 

　　以上就是關于光伏組件可靠性評估的研究分享與講解，希望對大家有所幫助。中科檢測不僅有開展光伏組件可靠性試驗的服務，還有提供潔凈度檢測、毒理檢測、鹽霧試驗等服務。擁有60年技術積累與管理經驗的中科檢測的分析技術已幫助眾多世界五百強企業解析了諸多未知的疑問，從而幫助他們快速找到改進和提高的方向。