在全球能源結構加速向清潔化轉型的背景下,太陽能光伏發(fā)電已成為可再生能源領域的主力軍。光伏組件作為發(fā)電系統(tǒng)的核心部件,其長期運行的可靠性與發(fā)電效率直接決定了電站的投資回報和運營安全。然而,組件在戶外服役長達25年甚至更久的過程中,會持續(xù)暴露在陽光、高溫、高濕、風沙、鹽霧等嚴酷的自然環(huán)境里,材料老化是不可避免的挑戰(zhàn)。其中,濕熱老化(Damp Heat Aging)是影響組件性能和壽命的關鍵因素之一。為了提前識別潛在風險,確保產(chǎn)品質(zhì)量,濕熱老化檢測成為光伏組件出廠前和研發(fā)階段必不可少的可靠性驗證環(huán)節(jié)。
一、 什么是濕熱老化?其危害幾何?
濕熱老化是指光伏組件在高溫和高濕度環(huán)境的長期共同作用下,內(nèi)部材料發(fā)生物理和化學性能退化的現(xiàn)象。典型的濕熱環(huán)境如熱帶、亞熱帶地區(qū)或沿海高濕地區(qū),溫度常在85°C左右,相對濕度高達85% RH。
這種環(huán)境對組件的多個部分構成威脅:
封裝材料(EVA/POE膠膜): 高溫高濕會加速封裝材料的水解反應,導致其黃變、透光率下降,從而降低電池片的光吸收效率。嚴重時,膠膜會與玻璃或背板脫層(Delamination),失去對電池片的保護和粘結作用。
背板: 濕氣滲透會破壞背板的聚合物結構,導致其變脆、開裂、粉化,喪失絕緣性和防潮性,嚴重威脅組件安全。
電池片與焊帶: 濕氣侵入可能導致電池片表面的減反射膜性能下降,或引發(fā)電化學腐蝕(Potential Induced Degradation, PID),造成電池片漏電和功率衰減。
接線盒與連接器: 長期濕熱環(huán)境可能影響密封膠的性能,導致接線盒內(nèi)部進水,引發(fā)短路或熱斑風險。
濕熱老化是一個緩慢但累積的過程,其直接后果是組件功率輸出下降、絕緣性能降低、甚至提前失效。
二、 濕熱老化檢測:實驗室中的“時間加速器”
為了在短時間內(nèi)評估組件在25年戶外濕熱環(huán)境下的耐久性,行業(yè)采用了加速老化試驗的方法。濕熱老化檢測(通常指 DH1000 試驗)就是其中最具代表性的測試。
標準依據(jù): 國際電工委員會(IEC)制定的 IEC 61215(晶體硅光伏組件設計鑒定和定型)和 IEC 61730(光伏組件安全鑒定)是全球通行的核心標準。其中,濕熱試驗(Damp Heat Test) 是標準中強制要求的環(huán)境耐久性測試項目之一。
試驗條件:
溫度: 85°C ± 2°C
相對濕度: 85% RH ± 5% RH
持續(xù)時間: 1000小時(約42天)。這個時長是基于阿倫尼烏斯(Arrhenius)方程的加速模型,旨在模擬組件在戶外濕熱環(huán)境下多年的老化效應。
試驗過程:
將待測光伏組件(通常為3-4塊)放入符合標準的恒溫恒濕試驗箱。
將試驗箱設定為85°C和85% RH,并持續(xù)運行1000小時。在此期間,組件處于不通電狀態(tài)(黑暗條件)。
試驗結束后,將組件從試驗箱中取出,恢復到標準測試條件(STC:25°C, 1000W/m2, AM1.5)。
對組件進行全面的后測試評估。
三、 檢測結果評估:判斷組件“健康”與否
試驗后的評估是濕熱老化檢測的關鍵環(huán)節(jié),主要檢查以下幾個方面:
外觀檢查 (Visual Inspection):
檢查組件是否有明顯的黃變、變色。
檢查是否存在脫層(電池片與膠膜、膠膜與玻璃/背板之間分離)。
檢查背板是否有開裂、鼓包、粉化。
檢查玻璃和邊框是否有腐蝕或密封失效。
絕緣耐壓測試 (Insulation Resistance Test):
測量組件帶電部件(電池片、焊帶)與外部可接觸金屬部分(如邊框)之間的絕緣電阻。
要求: 絕緣電阻值必須大于 400 MΩ(對于面積小于1m2的組件)或 40 MΩ·m2(對于面積大于1m2的組件)。這是確保組件使用安全、防止漏電事故的關鍵指標。
功率衰減測試 (Power Output Measurement):
在標準測試條件下,測量組件試驗前后的最大輸出功率(Pmax)。
要求: 功率衰減不得超過初始值的5%。這是衡量組件發(fā)電性能穩(wěn)定性的核心指標。
其他可選測試:
漏電流測試: 評估PID效應。
EL(電致發(fā)光)成像: 檢測電池片內(nèi)部是否有隱裂、斷柵等缺陷因濕熱而加劇。
紫外老化、熱循環(huán)、濕凍循環(huán)等: 濕熱試驗通常作為一系列序列試驗(Sequence Test)的第一步,后續(xù)還需進行其他環(huán)境應力測試。
四、 濕熱老化檢測的意義與挑戰(zhàn)
意義:
質(zhì)量“守門員”: 篩選出材料和工藝不合格的組件,防止劣質(zhì)產(chǎn)品流入市場。
設計驗證: 為研發(fā)人員改進封裝材料、優(yōu)化電池技術、提升背板性能提供數(shù)據(jù)支持。
品牌保障: 通過權威認證(如TüV, UL)的濕熱測試,是光伏企業(yè)技術實力和產(chǎn)品可靠性的有力證明,能增強客戶信心。
降低電站風險: 從源頭減少因組件早期失效導致的發(fā)電量損失和運維成本。
挑戰(zhàn):
加速模型的局限性: 1000小時的試驗能否完全等效25年的戶外老化,仍存在爭議。實際環(huán)境更為復雜(干濕交替、溫度變化、紫外線等)。
材料創(chuàng)新: 新型封裝材料(如POE、EPE)和雙面組件的出現(xiàn),對傳統(tǒng)濕熱測試的有效性提出了新要求。
成本與周期: 雖然比自然老化快,但1000小時的試驗仍需近一個半月,且設備和樣品成本不菲。