最终稳定试验对光伏组件湿热试验结果的影响

王美娟 曹月娟 陈昊旻

【摘要】 基于IEC 61215—2：2021，对光伏组件进行湿热试验和最终稳定试验，考察湿热试验后静置时间和施加机械应力对最终稳定试验后功率的影响。试验结果表明：受硼氧光致衰减（BO-LID）缺陷的影响，本文中的组件在湿热试验后发生较大的功率衰减，有的组件在静置后功率会发生进一步衰减，进行最终稳定试验可使组件功率明显恢复，且功率恢复程度基本不受静置时间或机械应力的影响。

【关键词】 光伏组件;湿热试验;最终稳定试验;功率

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2022.01.028

Influence of Final Stability Test on Damp Heat Test Results

of Photovoltaic Modules

WANG Mei-juan，CAO Yue-juan，CHEN Hao-min

（Wuxi Inspection，Examination&Certification Institute，Wuxi 214000，China）

Abstract： Based on IEC 61215—2：2021，damp heat test and final stability test are carried out on photovoltaic modules to investigate the effects of standing time and mechanical stress on the power after final stability. The test results show that under the influence of boron oxygen photoinduced attenuation（bo-lid）defects，the components in this paper have large power attenuation after damp heat test，and some components will further attenuate after standing. The final stability test can significantly restore the component power，and the degree of power recovery is basically not affected by standing time or mechanical stress.

Key words： photovoltaic modules;damp heat test;final stability test;power

作为设计使用寿命为二十年甚至三十年的产品，光伏组件的可靠性和耐久性一直受到广泛关注。虽然组件的使用寿命取决于设计、运行的环境和条件，生产方和使用方还是希望能有经济可靠的试验来验证组件的使用能力。国际电工委员会（IEC）出台的IEC 61215系列标准和IEC 61730系列标准即针对在实验室条件下，通过合理设计的试验程序，全方位考察组件的可靠性、耐候性和安全性，以此来验证组件是否能够在户外长期运行。其中，湿热试验用于确定组件承受长期湿气渗透的能力[1]，该测试用于验证光伏组件以及光伏原辅材料的长期可靠性，一直以来都是光伏材料选型、组件型式检验的必做项目，受到光伏组件生产商及使用方的认可。

随着组件材料和生产工艺的升级，早期由于温湿度作用使组件出现腐蚀、分层和湿气入侵的失效情况基本已得到解决，但一些组件在湿热试验后仍表现出明显的功率下降，而这不是组件正常运行时会发生的情况[2-3]。研究表明，在掺硼富氧直拉硅（Cz-Si）上制备的太阳能电池，存在硼氧（BO）相关的缺陷中心，使得电池在光照下效率下降，这种现象通常被称为硼氧光致衰减（BO-LID）。湿热可能会改变半导体缺陷的状态，导致组件的性能明显下降，其方式既不代表户外行为，也与应力试验针对的衰减机制无关[4]。为了更全面地处理具有BO-LID缺陷组件的稳定问题，避免组件由于BO-LID缺陷状态变化而使试验失败，IEC 61215—2：2021中引入了最终稳定试验方法——特定应力稳定（MQT 19.3 stress-specific stabilization—BO-LID），该试验可将导致硼氧光誘导降解的缺陷置于再生状态，晶硅组件在湿热试验后进行该稳定试验，可避免由于BO-LID缺陷而引起的试验失败。

本文通过对湿热试验及最终稳定试验（MQT 19.3）后光伏组件的功率和电致发光（EL）图像进行分析，考察了静置时间、机械应力等对光伏组件功率恢复情况的影响。

1 试验方法

湿热试验是在高温高湿条件下模拟长时间湿气对组件性能的影响。试验方法：组件在试验温度（85±2） ℃，相对湿度（85±5）%的环境箱中放置（[1000+480]） h。

特定应力稳定是基于研究证明，通过照明或在高温下施加正向偏置电压注入过量载流子，BO-LID缺陷可以永久失活，即效率可以完全再生。试验方法：在环境箱中，使组件的温度达到（80±5） ℃，对每个组件施加Isc±5%的电流（组件的正极连接到电源的正极，组件负极连接电源的负极），保持该条件（48±2） h。

2 试验设计

选择同一批次6块P型Cz-Si PERC光伏组件，经过初始稳定后，组件功率为（381±1） W。本文设计了几组对比试验，考察组件在湿热试验1000 h（DH1000）、机械应力试验及最终稳定试验后的一系列表现。试验设计及流程见图1。

3 试验过程与结果

3.1 DH1000后组件功率随静置时间及最终稳定试验的改变

DH1000试验后，组件放置在室温25 ℃左右的暗室内静置。静置2周后，测试组件功率，再进行最终稳定试验。

1#和2#组件功率随试验流程的变化见图2。在DH1000试验后，1#和2#组件功率与初始功率相比，分别下降14 W和11 W。静置2周后，1#组件功率没有继续发生大幅衰减，2#组件功率继续下降约10 W。与初始功率相比，此时2#组件功率衰减达到5.5%。进行最终稳定试验后，两块组件最终功率回升至相近的功率水平，均恢复至初始功率的98.5%左右。可以看到，相同技术类型的组件，静置对组件功率的影响程度是不同的。

电致发光（EL）可以通过电池发光强度显示电流密度，是一种能够反映组件性能变化的有效测试手段。我们对1#和2#组件在试验过程中进行了多次EL测试，各EL图像测试的条件相同，EL圖像见图3和图4。从图3的EL图像可见，与初始EL图像对比，1#组件经历DH1000后，EL图像亮度下降，出现明显的明暗片，静置后EL图像基本保持不变，最终稳定试验后EL图像亮度回升，与功率先下降再升高的变化趋势一致。从图4的EL图像可见，2#组件的EL图像也同样经历了亮度下降再回升的过程，与1#组件不同的是，2#组件DH1000后的静置发生了明显的功率下降，反映在EL图像上，DH1000后的静置使组件EL图像也继续变暗，明暗片之间的差异增大，这与功率的变化趋势一致。

一块组件内若不同电池间EL图像明暗不均匀，是因为电池之间存在失配。有研究认为[5]，每片电池的明暗程度除了与电流成正比外，还与单片电池的串联电阻和开路电压有关。1#、2#样品，初始状态下EL图像一致性比较好，经过DH1000试验后，组件出现了较为明显的明暗片。可以认为，各电池在经过DH1000后，受BO-LID缺陷的影响程度不同，从而在同一块组件内，不同电池的性能不再与初始相近，而且在静置过程中，BO-LID缺陷还会继续改变电池的状态。对于该种电池类型的组件，在DH1000后进行最终稳定试验非常有必要。

3.2 DH1000后不同静置时间对功率结果的影响

3#、4#组件对比了DH1000试验后，组件静置不同时间后再进行最终稳定试验对功率结果的影响。通过表1的数据可以看到，两块组件在DH1000后均有明显功率下降，且静置后组件功率还在进一步下降。3#组件在DH1000结束1个月后进行最终稳定试验，4#组件在DH1000结束3个月后进行最终稳定试验。两块组件最终功率比较接近，即不同静置时间间隔后，组件功率均能够恢复到相似的水平，达到初始功率98%以上。可以认为BO-LID缺陷能长期保持再生的能力。

3.3 最终稳定试验进行的顺序对最终功率的影响

为了综合考察组件的寿命与可靠性，在IEC 61215系列标准中，DH1000后试验后还有机械应力试验，如静态机械载荷试验（LOAD）和冰雹试验，它们与DH1000共同组成一个完整的序列。为考察机械应力试验对最终稳定试验结果的影响，本文对两块组件设计了一组对比试验，5#组件DH1000试验后2天后进行最终稳定，再过2天进行静态机械载荷试验（试验载荷为正面5400 Pa，背面2400 Pa）;6#组件DH1000试验后2天进行静态机械载荷试验（试验载荷为正面5400 Pa，背面2400 Pa），再过2天后进行最终稳定。两块组件的功率变化见图4。

通过图4的功率变化曲线可以看到，5#组件DH1000 后先进行最终稳定，再进行静态机械载荷试验的组件，功率变化比较平稳;6#组件DH1000后直接进行静态机械载荷试验，组件的功率大幅下降，与初始功率相比下降21 W，经过最终稳定后，功率回升。两块组件虽然试验序列不同，但是试验项目相同，最终的功率水平也比较接近，达到初始功率97%以上。在最终稳定试验之前或是之后进行机械应力试验，对组件最终功率影响不大。可以认为，机械应力不会影响由于BO-LID缺陷而发生衰减的功率再生。

4 试验结论

本文针对一种p型Cz-Si PERC光伏组件，研究了最终稳定试验对DH1000后组件功率恢复的作用：1）组件功率恢复情况不受静置时间长短的影响，最终稳定试验后组件功率均可回升至初始功率98%以上;2）组件功率恢复程度不受试验顺序的影响，DH1000后在应力试验之前或之后进行最终稳定试验，组件功率的回升程度均可达到97%以上。

需要注意的是，最终稳定试验解决的是由于BO-LID缺陷带来的功率下降，若经过湿热试验后组件中材料发生不可逆转的变化，最终稳定对该类组件功率的恢复没有明显帮助。另外，IEC 61215—1：2021标准中说明[6]，由于不同电池中BO-LID缺陷状态不同，也可能会出现DH1000后组件功率明显提升的情况，期待在未来的研究中解决这一现象。

【参考文献】

[1] IEC 61215-2：2021Terrestrial photovoltaic（PV）modules-Design qualification and type approval-Part 2：Test procedures[S].

[2] Fabian Fertig，Juliane Broisch，etc.，Stability of the regeneration of the boron–oxygen complex in silicon solar cells during module certification[J].Solar Energy Materials & Solar Cells，2014（121）：157-162.

[3] Friederike Kersten，Felix Frühauf，etc.，Stability investigations of Cz-PERC modules during damp heat testing and transport：the impact of the boron-oxygen defect[A].SiliconPV，2019，the 9th International Conference on Crystalline Silicon Photovoltaics，090001-1-6.

[4] Tim Niewelt，Jonas Schon，etc.，Degradation of Crystalline Silicon Due to Boron‑Oxygen Defects[J].IEEE Journal of Photovoltaics，2017（1）：1-17.

[5] 张志敏，刘苗，许志卫，等.PERC单晶硅光伏组件EL明暗不均的研究[J].太阳能，2019（9）：36-39+79.

[6] IEC 61215-2：2021Terrestrial photovoltaic（PV）modules-Design qualification and type approval-Part 1：Test requirements[S].

【作者简介】

王美娟，女，1986年出生，工程师，硕士，研究方向为光伏产品检测及认证。