光伏組件測試溫度對其輸出功率影響研究

（晶澳(邢臺)太陽能有限公司，河北邢臺 054001）

0.引言

太陽能是取之不盡的清潔能源，在化石能源將枯竭的背景下，太陽能以其可再生性、清潔性、易取得性，利用前景十分光明。但是太陽電池平均效率還較低，且并不總是工作在最高效率上。在正常的工作條件下，太陽電池效率隨電池溫度發(fā)生變化，其電壓溫度系數(shù)在-210mv/℃～212mv/℃，即隨溫度升高1℃，開路電壓降低210mv～212mv，太陽能短路電流隨溫度升高而升高，太陽能電池的峰值功率隨溫度的升高而降低，峰值功率損失率約為-0.35%～-0.45%[1]。同樣封裝成組件后輸出功率依舊受其影響，因此光伏組件在生產(chǎn)制造中對車間溫度以及組件功率測試溫度要求也極其嚴(yán)格。

光伏組件鋁邊框、線盒安裝后，裝框用密封硅膠及線盒灌封膠均需在特定環(huán)境條件下的固化間進(jìn)行固化[2]，組件固化方式按如圖1所示，組件以上下錯位堆棧成托方式進(jìn)行固化，組件的兩側(cè)短邊框位置可直接與室外環(huán)境接觸，散熱較快，而從短邊沿長邊方向向里其他部位因上下密封，熱量只能逐步向邊緣流動進(jìn)而擴散出去，散熱較慢，因此將出現(xiàn)由外向內(nèi)溫度逐步升高的現(xiàn)象。組件在功率測試過程中，測試溫度數(shù)據(jù)來源于溫度探頭測量的背板溫度，行業(yè)內(nèi)測試機臺溫度探頭的安裝位置固定在靠近邊框邊緣位置，便于維護(hù)保養(yǎng)，組件中間區(qū)域的溫度監(jiān)控不到會影響到組件測試功率數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；本文將通過設(shè)計實驗探究組件內(nèi)外實際溫度的一致性，來評估使用溫度探頭測量背板溫度作為組件的測試溫度，對測試輸出功率測試準(zhǔn)確性的影響；同步驗證組件在固化間堆棧方式散熱后堆疊不同位置組件中心溫度與邊緣溫度差異性，進(jìn)而評估實際組件測試溫度均勻性對于測試功率的影響。

圖1 組件堆棧后示意圖

1.組件內(nèi)外溫度差異對比

實際組件進(jìn)入測試環(huán)節(jié)，溫度探頭測量組件背板的溫度作為測試機臺的測試溫度反饋給測試機臺，以一定的溫度系數(shù)經(jīng)過計算后輸出組件的實際測試功率，本實驗通過持續(xù)測試組件進(jìn)入固化間到測試階段的背板和組件內(nèi)部的溫度，通過數(shù)據(jù)來衡量以背板溫度作為測試溫度進(jìn)行計算輸出組件功率的準(zhǔn)確性。

實驗步驟（1）層壓工序前，將玻璃放好，鋪設(shè)上層EVA，在將電池鋪設(shè)好，再用耐高溫四氟布膠帶將第一根熱電偶線連接在組件中間位置電池片背面上（圖2）；（2）將下層EVA和背板鋪設(shè)完成后，把第二根熱電偶線連接在背板中間位置（圖3）；（3）確保兩根熱電偶線連接電池片和背板的位置基本重合；（4）實驗組件采用奧瑞特層壓機進(jìn)行層壓，層壓完成后進(jìn)入組框機裝框，然后將組件放入固化間堆疊的中間位置；（5）將熱電偶另一端接到多路測溫儀的線路板上，線路板插到測溫儀上（圖4），記錄3h內(nèi)溫度變化趨勢。

圖2 組件內(nèi)部布線示意圖

圖3 組件背板面布線示意圖

圖4 多路測溫儀測試示意圖

從圖5的溫度趨勢可以看出，組件在進(jìn)入固化工序初始溫度到結(jié)束，背板溫度與電池片上的溫度差值在0.5℃范圍內(nèi)，符合測試誤差范圍內(nèi)，以溫度探頭測量背板溫度可以作為測試機臺的測試溫度。

圖5 組件內(nèi)部電池片及背板溫度變化

2.溫度對組件功率的影響

組件進(jìn)入測試環(huán)節(jié)，測試溫度通過溫度探頭測量進(jìn)行溫度反饋，組件經(jīng)過固化間堆疊固化后，組件背面溫度均勻性影響著測試功率的準(zhǔn)確性，本實驗設(shè)計測量組件背板中間位置和邊緣位置溫度來監(jiān)控實際組件背板溫度的均勻性。

實驗步驟（1）在固化工序每一托有24片組件，從固化間每托組件中自上而下順序分別選取第1片組件和第9片組件各300塊，該300塊組件使用的電池為相同檔位電池，記錄對應(yīng)組件的條碼；（2）在測試功率機臺增加中間位置溫度探頭和邊緣位置探頭組成兩組測溫點；（3）分別輸出不同位置組件的每一片兩處溫度測試后對應(yīng)的測試功率如圖6。

圖6 組件溫度不均勻?qū)β实挠绊?/p>

從此次實驗可以得出結(jié)論：每托第一片組件中心溫度與邊緣溫度基本一致，功率測試值穩(wěn)定；每托第9片組件中心溫度較第9片邊緣溫度平均高4.27℃，以中間位置的溫度作為功率測試溫度測得的功率較以邊緣位置溫度為測試溫度測得的功率平均偏低1W。也就是說，組件在固化工序結(jié)束后，不同堆疊位置以取組件背板邊緣處溫度為機臺測試溫度時，測試功率的準(zhǔn)確性差，因此為確保測試功率準(zhǔn)確性，組件進(jìn)入測試機臺前，背板面溫度的不均勻性亟需解決。

3.結(jié)論

本文通過設(shè)計實驗驗證了組件背板與同位置電池內(nèi)部溫度的一致性，同時通過實驗對比組件在固化間堆疊放置后進(jìn)入測試機臺時，以不同位置組件邊緣溫度及中心溫度作為機臺測試溫度，測量功率的差異性，得出以下結(jié)論：

（1）在測試功率要求的溫度范圍內(nèi)，組件中心電池片溫度與同位置背板溫度差異不大，可將背板面溫度測量數(shù)據(jù)作為組件測試溫度用于組件測試功率時溫度補償系數(shù)的數(shù)據(jù)參考。

（2）固化間每托組件中層組件中心位置與邊緣位置背面溫度差異大，頂層組件溫度差異小，這是因為最上層組件與室內(nèi)環(huán)境接觸，最終固化結(jié)束后與室內(nèi)溫度一致，且溫度均勻性較好，輸出功率符合組件制造環(huán)節(jié)的測試要求；而其他位置組件受組件上下堆疊問題影響，在固化3h時間內(nèi)內(nèi)部中心溫度無法發(fā)散出去，出現(xiàn)邊緣溫度接近室內(nèi)溫度而由外至內(nèi)組件溫度逐漸呈升高狀態(tài)，溫度均勻性較差，影響了測試功率的準(zhǔn)定性。為確保每一塊組件進(jìn)入功率測試機臺前組件不同位置溫度的均勻性，需要更合理的堆疊方式及散熱方法。