太阳能电池潜在电势诱导衰减测试装置及测试方法与流程

太阳能电池潜在电势诱导衰减测试装置及测试方法
【技术领域】
1.本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种太阳能电池潜在电势诱导衰减测试装置及测试方法。


背景技术：

2.太阳能电池通常封装成组件后使用，为了防止触电风险以及抑制组件边框电化学腐蚀，通常将组件边框接地，这样就在光伏组件中电池与组件边框之间形成电势差，该电势差会导致太阳能电池的光伏转化效率降低。具体地，这种衰减主要是由作为封装材料的玻璃中所含的钠离子在上述电势差的驱动作用下，使玻璃、封装材料之间存在漏电流，大量电荷聚集在电池片表面，使得电池表面的钝化效果变差，造成太阳电池的电学性能下降。
3.现有技术中为了测试太阳能电池的潜在电势诱导衰减，常对封装完毕的太阳能电池组件进行测试，但是测试时间很长，难以满足快速评估的要求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供了一种太阳能电池潜在电势诱导衰减测试装置，可以直接对太阳能电池片进行潜在电势诱导衰减测试并对是否能够抗潜在电势诱导衰减进行评判，无需将太阳能电池片与封装材料组合制作成组件后再进行潜在电势诱导衰减测试，有效地节约测试时间及测试成本。
5.本技术提供了一种太阳能电池潜在电势诱导衰减测试装置，其包括挤压模块及电压加载模块，所述挤压模块包括两个上下相对设置且接地的金属板，两个所述金属板之间用于放置待测测试件，其中，所述待测测试件包括从下至上依次设置的下保护件、下胶膜件、待测电池片、上胶膜件及上玻璃件；
6.所述电压加载模块包括供电器及导电件，所述导电件用于与所述待测试电池片的正极及负极电连接，所述导电件还与所述供电器的输出端电连接。
7.本技术还提供一种测试方法，该方法使用上述任一项所述的太阳能电池潜在电势诱导衰减测试装置，所述测试方法包括：
8.s1、将所述电压加载模块中所述导电件与所述待测电池片的正极及负极电连接；
9.s2、将所述下保护件、所述下胶膜件、所述待测电池片、所述上胶膜件及所述上玻璃件由下至上依次堆叠形成所述待测测试件；
10.s3、将所述待测测试件放置于所述挤压模块中的两块接地的所述金属板内；
11.s4、对所述叠层测试件的温度进行调整，达到预设温度值后启动所述供电器以对所述待测电池片加载预设直流电压；
12.s5、从所述叠层测试件中取出所述待测电池片，并对所述待测电池片的正面和/或背面的电参数数据进行测算。
13.采用上述技术方案后，有益效果是：
14.将待测电池片与上玻璃件、上胶膜件、下胶膜件及下保护件堆叠成模拟太阳能电
池组件的待测测试件，因为该封装的层级结构及材料与太阳能电池组件均相同，所以在测试时可以较为准确地还原太阳能组件端的情况，提高了测试可靠性。挤压模块包括两个接地的金属板，两个接地的金属板将待测测试件夹设其中能进一步模拟太阳能组件pid测试中接地的边框，进而提高测试结果可靠性。设置电压加载模块并使得其内的导电件与待测电池片的正极及负极电连接，再通过供电器对导电件加载电压，以使待测电池片在pid(potential induced degradation潜在电势诱导衰减)条件下衰减、老化，最终对衰减后的待测电池片进行测试并与衰减前的待测电池片的光伏效率值进行比较即可得出待测电池片的衰减值。
15.上述方案将太阳能电池片按太阳能电池组件的结构与封装材料组合并进行pid测试，能很好地模拟待测电池片在组件端的测试结果，而无需将待测电池片与封装材料组合制作成组件后再进行潜在电势诱导衰减测试，所以可以有效地节约测试时间及测试成本。
16.本技术实施例的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术实施例而了解。本技术实施例的目的和其他优点在说明书以及附图所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
18.图1为本技术实施例提供的太阳能电池潜在电势诱导衰减测试装置的结构示意图；
19.图2为本技术实施例提供的测试方法的流程图。
20.附图标记：
21.100-太阳能电池潜在电势诱导衰减测试装置；
22.1-待测测试件；
23.11-上玻璃件；
24.12-上胶膜件；
25.13-待测电池片；
26.14-下胶膜件；
27.15-下保护件；
28.2-挤压模块；
29.21-金属板；
30.22-驱动件；
31.3-电压加载模块；
32.31-供电器；
33.32-导电件；
34.33-位移模块。
35.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施
例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
【具体实施方式】
36.为了更好的理解本技术的技术方案，下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
37.应当明确，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
38.在本技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。
39.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
40.需要注意的是，本技术实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本技术实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
41.下面根据本技术实施例提供的太阳能电池潜在电势诱导衰减测试装置的结构，对其具体实施例进行说明。
42.在光伏电站中，光伏组件通常需要通过串联来实现1000-1500伏左右的系统电压。为了防止触电风险以及抑制组件边框电化学腐蚀，通常将组件边框接地，这样就在光伏组件中电池与组件边框之间形成了约1千伏电势差。在这个电势差的作用下，太阳能组件的发电性能会出现大幅下降，称为潜在电势诱导衰减。
43.目前产业界已经普遍应用各种方法来避免大批量产生潜在电势诱导衰减有问题的电池及组件。假如生产异常造成一个批次的太阳电池及组件存在潜在电势诱导衰减问题往往要到应用这些组件的光伏系统运行一定时期以后才能够发现，造成较大的经济损失。而现有组件端电势透导衰减测试周期较长，过程复杂同时也不能对电池是否抗pid进行及时有效的评判，对电池生产工艺抗pid的好坏也不能及时反馈，所以设计一种在电池端的电势透导衰减测试装置及测试方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
44.第一方面，
45.本技术提供一种太阳能电池潜在电势诱导衰减测试装置，其包括挤压模块及电压加载模块。
46.在测试过程中可以通过测试模块对待测电池片的电性能参数进行测试，以得出其光伏电池转化效率，例如，上述用于对待测电池片的电性能参数进行测试的测试模块可以是任何能对待测电池片进行测试以得出其光伏转化效率的测试机器，在其中一个实施例中，该测试机器为符合iects62804-1标准的测试机器。
47.请参阅图1，待测测试件1包括从下至上依次设置的下保护件15、下胶膜件14、待测电池片13、上胶膜件12及上玻璃件11，其中，上胶膜件12及下胶膜件14可以为eva(乙烯-醋
酸乙烯共聚物)、poe(聚烯烃弹性体)等高分子膜材质，而上玻璃件11可以为超白玻璃，下保护件15可以为玻璃、透明背板或白色背板，在其中一个实施例中，背板具有的三层结构如下，聚氟乙烯(pvf)薄膜、pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜)、聚氟乙烯(pvf)薄膜，外层保护层聚氟乙烯薄膜具有良好的抗环境侵蚀能力，中间层为pet聚脂薄膜具有良好的绝缘性能。
48.需要注意的是，待测测试件1中的上玻璃件11、上胶膜件12、待测电池片13、下胶膜件14及下保护件15的材料、构造与太阳能电池组件应该尽可能地保持一致，但与组件不同的是待测测试件1不经过层压，彼此之间可分离，如此，可以得到更为准确的测试结果且不经过层压，测试效率更高。
49.挤压模块2包括两个上下相对设置且接地的金属板21，金属板21的材料可以是铝、铜或者包括二者至少其中之一的任意合金，两个金属板21之间放置待测测试件1，两个金属板21分别与上玻璃件11及下保护件15抵接。在其中一个实施例中，金属板21可以为1公斤-10公斤的铝板，具有一定重量的铝板可以利用自重平稳地预压紧待测测试件1，防止待测测试件1的位置偏移及倾斜。除了上述利用铝板自重产生静压力以压紧待测测试件1之外，还可以在挤压模块2内增设驱动件22，该驱动件22可以是电机扭矩动态控制或者气动装置控制，驱动件22与两个金属板21连接，驱动件22用于改变两个金属板21之间的距离以压紧待测测试件1，显然，此种方式对待测测试件1的挤压精度及挤压均匀度更高以更好地模拟太阳能电池组件端的状态。在测试过程中，也可以通过调节铝板的重量来调节待测测试件1所需的挤压精度及挤压均匀度。
50.电压加载模块3包括供电器31及导电件32，导电件32与待测电池片13的正极及负极电连接，导电件32还与供电器31的输出端电连接。导电件32可以是超薄金属片，因为上述待测测试件1在测试时会受到一定挤压以模拟太阳能组件层压后的状态，所以为了防止待测测试件1内与导电件32接触的部位在受压时产生较大的应力，也为了减小夹设于待测测试件1内的导电件32对待测测试件1本身的电参数影响，所以尽量选择较薄的金属片作为导电件，以提高检测的稳定性及准确性。
51.该超薄金属片的材料可以包括铁、铜、银中的至少一种，超薄金属片的厚度值小于100微米，且金属片形状不作限定，在其中一个实施例中，导电件32的厚度为30微米到50微米之间，在另一实施例中，金属片形状为叉状，与电池主栅形状相近。导电件32与待测电池片13的正极及负极电连接，在其中一个实施例中，导电件32与待测电池片13的主栅连接，且导电件32与电池正极或负极的接触面积小于待测电池片13的主栅面积。导电件与待测电池片的正面的接触面积占待测电池片的正面面积的1％-3％和/或导电件与待测电池片的背面的接触面积占待测电池片的背面面积的1％-3％。限制导电件在待测电池片正、背面的面积是因为导电件通常不透光，若导电件遮盖待测电池片正、背面的范围过广，则会显著影响待测电池片的发电效率，进而影响测试时结果的准确性。
52.需要指出的是，背接触电池的电极均设置在背接触电池的背面，所以导电件无需设置于背接触电池的正面，仅需与背接触电池背面的正电极和负电极连接即可，且导电件与其背面的接触面积占其背面面积的1％-3％。
53.供电器31可以是任意能提供直流电压的装置，在其中一个实施例中，供电器31可以提供负10kv到正10kv之间的电压，且能根据实际需要精确调整电压值大小。
54.在其中一个实施例中，电压加载模块还包括位移模块33，位移模块33用于移动导
电件与待测电池片的正面和/或背面接触。位移模块33可以是伸缩气缸、机械手等驱动结构，其可以在预定时间使得导电件与待测电池片的正面和/或背面接触或者分开，通过设置位移模块33可以显著提升测试过程中的自动化程度及导电件的位移精度，进而提高测试过程中的精度。
55.在其中一个实施例中，太阳能电池潜在电势诱导衰减测试装置100还包括温湿度控制模块，温湿度控制模块用于对测试装置进行温度、湿度控制。该温湿度控制模块可以同时对测试装置的温度及湿度进行控制，也可以单独控制温度或者湿度。通过设置温湿度控制模块可以更好地模拟pid测试标准的温度及湿度环境，提高检测准确率。
56.在其中一个实施例中，挤压模块2还可以包括温度监控模块，温度监控模块与金属板21连接，温度监控模块用于对金属板21的温度进行监测，该温度监控模块可以是任意能对金属板21进行温度检测的装置，如此，当金属板21的温度达到预设值后，温度监控模块可以传输数据给控制柜，以进行下一步操作。
57.第二方面，
58.请参阅图2，本技术还提供一种测试方法，该方法使用上述太阳能电池潜在电势诱导衰减测试装置100，该测试方法包括：
59.s1、将电压加载模块中导电件与待测电池片的正极及负极电连接；
60.在s1中，若测试的待测电池片13为双面电池，则将导电件32伸出的两个片状接线端分别与双面电池两面上的正极或负极连接，若测试的待测电池片13为背接触电池，因为其正极与负极均在背面，所以导电件32的两个接线端分别与背接触电池背面的正极及负极连接。无论是对于何种待测电池片13，导电件32尽可能与太阳能片的主栅进行连接，以增大导电效率、防止测试偏差。
61.在连接导电件与待测电池片时，采用前述位移模块33或者手动移动导电件，使导电件与待测电池片的正面的接触面积占待测电池片的正面面积的1％-3％和/或导电件与待测电池片的背面的接触面积占待测电池片的背面面积的1％-3％，如此，提高了测试的自动化程度及测试精度。
62.s2、将下保护件、下胶膜件、待测电池片、上胶膜件及上玻璃件由下至上依次堆叠形成待测测试件，在待测测试件堆叠过程中，待测测试件中的下保护件、下胶膜件、待测电池片、上胶膜件及上玻璃件处于可移动状态，上述下保护件、下胶膜件、待测电池片、上胶膜件及上玻璃件处于可移动状态意为他们之间处于一种非层压状态，如此，可以方便后续更换其他的待测电池片及其他各部件进行测试，并且非层压状态有利于测试时间的缩短，可增加测试效率；需要说明的是，层压状态即太阳能电池组件端的层级材料间处于紧密连接相对固定的状态，相应地，非层压状态即为各层级材料间可相对自由移动。
63.下保护件、下胶膜件、待测电池片、上胶膜件及上玻璃件由下至上依次堆叠形成待测测试件1，在其中一个实施例中，待测电池片pid衰减较低的一面朝上放置，即为待测电池片pid衰减较低的一面朝向上玻璃件11设置。待测电池片pid衰减较低的一面在不同类型的电池片上有着不同的定义，例如：p型电池的正面、n型电池的背面、背接触电池的正面即为pid衰减较低的一面，将各类型电池片的pid衰减较低的一面朝上放置。目前行业内仅对p型perc(passivated emitterand rear cell钝化发射区背面电池)电池正面pid衰减较低有理论依据，原因是由于常规perc背面具有氧化铝钝化层，而氧化铝具有负电荷，会吸引漏电
流向电池移动，从而造成pid衰减较大。这样设置的目的主要是为了保证在后续步骤中取出待测电池片13时减少待测电池片13受光照影响，进而避免影响后续测试步骤的准确性。
64.s3、将待测测试件放置于挤压模块中的两块接地的金属板内；
65.此时需要使得待测测试件的上下两面分别与两块金属板贴合以模拟组件端的结构，可以采用上述驱动件驱动两块金属板相靠近以使得待测测试件的上下两面分别与两块金属板贴合，如此，可以精确调整两金属板挤压待测测试件时产生的压力。
66.s4、对叠层测试件的温度进行调整，达到预设温度值后启动供电器以对待测电池片加载预设直流电压；
67.对待测测试件1的温度进行调整，达到预设温度值后启动供电器31以对待测电池片13加载负10千伏到负3千伏或正3千伏到正10千伏的直流电压；在其中一个实施例中，可以利用前述温湿度控制模块对待测测试件1的温度进行调整，使得待测测试件1达到预设温度值，该预设温度值在45摄氏度到55摄氏度之间，选用该温度可以避免上胶膜件12及下胶膜件14与待测电池片13产生粘连。达到预设温度值后启动供电器31以对待测电池片13加载负10千伏到负3千伏或正3千伏到正10千伏的直流电压，供电器31可以根据需要提供正偏压或者负偏压，此处限制电压值是为了防止电压过高击穿待测测试件，除此以外，当加载电压过高时，电池衰减后恢复程度小，和组件端有些差异。加载电压可以根据实际情况灵活选用，在其中一个实施例中，加载电压的值为-6千伏。当加载电压的时间达到预定工艺时间后，停止加压，该工艺时间可根据实际情况调整，在其中一个实施例中，该工艺时间为4小时。
68.s5、从叠层测试件中取出待测电池片，并对待测电池片的正面和/或背面的电参数数据进行测算，得出衰减后的正面效率值及衰减后的背面效率值，将衰减后的正面效率值与待测电池片13衰减前的正面效率值求差得出正面衰减值，将衰减后的背面效率值与待测电池片13衰减前的背面效率值求差得出背面衰减值。
69.在s5中，将待测电池片13从待测测试件1中拆解出来时使用遮挡件对待测电池片13遮挡，遮挡件可以是任意不透光的材质制成，也可选择另一片非测试的电池片作为遮挡件，因为n型电池片在受光照后会恢复效率，因此待测电池片13经过s3步骤后其光伏转化效率减小，而受到光照时会恢复一定的转化效率，为了避免光恢复效应的影响，在拆出待测电池片13时采用遮挡件对待测电池片13遮挡，以提高检测精度。
70.将衰减后的待测电池片13与测试模块连接，并由测试模块对待测电池片13的正面及背面的电参数数据进行测算，以得出衰减后的正面效率值及衰减后的背面效率值，而衰减前的正面效率值及衰减前的背面效率值可以在s1步骤之前利用测试模块进行测试，也可以直接取待测电池片13的理论效率值作为衰减前的正面效率值及衰减前的背面效率值；在其中一个实施例中，测试模块包括i-v测试机。
71.最终对pid衰减过程后的待测电池片13的测试电参数进行数据处理，并记录电池效率的衰减值，若测试电池为双面电池，则记录正、背面效率衰减比例值。
72.以下通过具体的实施例进行详细介绍：
73.实施例1：
74.s1、将供电器31接线端上的导电件32与p型电池的待测电池片13的正极及负极电连接；
75.s2、将下保护件、下胶膜件、待测电池片、上胶膜件及上玻璃件由下至上依次堆叠形成待测测试件，上胶膜件及下胶膜件均为eva材料，下保护件15为背板，背板具有的三层结构如下，聚氟乙烯(pvf)薄膜、pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜)、聚氟乙烯(pvf)薄膜，外层保护层聚氟乙烯薄膜具有良好的抗环境侵蚀能力，中间层为pet聚脂薄膜具有良好的绝缘性能。
76.将所述待测测试件夹设于所述挤压模块中的两块接地金属板内且使得上玻璃件及下保护件分别与两块所述金属板抵接；
77.s3、对所述待测测试件的温度进行调整，达到50摄氏度后启动所述供电器以对所述待测电池片加载-6千伏的直流电压，并保持4小时；
78.s4、取出所述待测电池片，并对所述待测电池片的正面及背面的电参数数据进行测算，得出衰减后的正面效率值及衰减后的背面效率值，将所述衰减后的正面效率值与所述待测电池片衰减前的正面效率值求差得出正面衰减值，将所述衰减后的背面效率值与所述待测电池片衰减前的背面效率值求差得出背面衰减值，并汇总、记录。
79.s5、对p型电池的组件端进行pid测试，将测试结果汇总、记录。
80.实施例2：
81.与实施例1相比，下保护件的材料改为玻璃，其余测试条件不变，将测试结果汇总、记录。
82.经过上述测试，得到测试结果如表一所示。
83.表一：p型电池pid衰减&组件pid衰减
[0084][0085]
实施例3：
[0086]
s1、将供电器31接线端上的导电件32与n型电池的待测电池片13的正极及负极电连接。
[0087]
s2、将上玻璃件、上胶膜件、待测电池片、下胶膜件及下保护件由上至下依次堆叠形成待测测试件，上胶膜件为poe材料，下胶膜件为eva材料，下保护件可以为前述背板，将所述待测测试件夹设于所述挤压模块中的两块接地金属板内且使得上玻璃件及下保护件分别与两块所述金属板抵接；
[0088]
s3、对所述待测测试件的温度进行调整，达到50摄氏度后启动所述供电器以对所述待测电池片加载-6千伏的直流电压，并保持4小时；
[0089]
s4、取出所述待测电池片，并对所述待测电池片的正面及背面的电参数数据进行测算，得出衰减后的正面效率值及衰减后的背面效率值，将所述衰减后的正面效率值与所述待测电池片衰减前的正面效率值求差得出正面衰减值，将所述衰减后的背面效率值与所
述待测电池片衰减前的背面效率值求差得出背面衰减值，并汇总、记录。
[0090]
s5、对n型电池的组件端进行pid测试，将测试结果汇总、记录。
[0091]
实施例4：
[0092]
与实施例3相比，上胶膜件与下胶膜件均为eva材料，其余测试条件不变，将测试结果汇总、记录。
[0093]
经过上述测试，得到测试结果如表二所示。
[0094]
表二：n型电池&组件pid测试
[0095][0096]
结合表一、表二，从上述表中可以得知，无论是p型电池片还是n型电池片，无论是采用何种封装材料(即上玻璃件、上胶膜件、下胶膜件及下保护件采用不同材料)，在采用了本技术中的太阳能电池潜在电势诱导衰减测试装置及测试方法后测试得出的衰减值与其组件端的衰减值相差不大，也就是说采用本技术中所提供的太阳能电池潜在电势诱导衰减测试装置及测试方法可以在电池端进行pid衰减测试，且能在一定程度上反映出组件端的衰减测试结果。
[0097]
综上，上述方案将待测电池片按太阳能电池组件的结构与封装材料组合并进行pid测试，能很好地模拟待测电池片在组件端的测试结果，而无需将待测电池片与封装材料组合制作成组件后再进行潜在电势诱导衰减测试，所以可以有效地节约测试时间及测试成本。
[0098]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。