一种测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统及其方法

1.一种测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统，其特征在于：它包括用于盛装电解液的电解槽、位于电解槽上方的光源、用于加热电解液的加热装置及电源，所述电解槽为凹槽式结构用于为至少一组测试样品提供安置的空间，每组测试样品由三个待测光伏组件组成，所述电源电连接至每组测试样品中的其中两个待测光伏组件的边框，这两个待测光伏组件分别为加速腐蚀老化和电气腐蚀，另一个待测光伏组件为自然腐蚀，作为空白参照；
所述加热装置设于所述电解槽上；每组测试样品连接电源并以实际使用状态置于电解槽的电解液中，通过光源和加热装置分别模拟光照和保温条件，加热装置控制电解液温度以维持光伏组件在实际使用状态时的温度，通电的待测光伏组件发生原电池效应以测试其抗老化能力。
2.根据权利要求1所述的测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统，其特征在于：
所述加热装置采用具有控温功能的电加热器，所述电加热器控制电解液温度为45～75℃。
3.根据权利要求1或2所述的测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统，其特征在于：所述试验系统还包括用于向电解槽中输送空气的充气装置，所述充气装置通过数个充气管道与所述电解槽内相通，所述电解槽的侧壁上设有与所述充气管道连接的接口。
4.根据权利要求3所述的测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统，其特征在于：
所述电解槽为长方体形，所述接口成对分布在所述电解槽相对的两侧壁上，每两对接口分别对应位于每个待测光伏组件的上、下部位置上。
5.根据权利要求4所述的测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统，其特征在于：
所述电源采用具有检测电量功能的电源装置，所述电源装置在电量达到电量设定值时自动切断电力并发出报警信号。
6.根据权利要求5所述的测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统，其特征在于：
所述电量设定值为30～40KC。
7.根据权利要求6所述的测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统，其特征在于：
所述光源采用自然光源或者模拟光源。
8.根据权利要求7所述的测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统，其特征在于：
所述试验系统还包括用于承托待测光伏组件的支架，所述支架为框架式结构，所述支架设于所述电解槽的底面上，所述支架的顶面为承托面，所述承托面倾斜设置以配合待测光伏组件实际使用状态的不同倾斜角度，以便待测光伏组件充分接受光源照射。
9.一种使用权利要求1所述测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统的试验方法，其特征在于包括以下步骤：
⑴向电解槽中注入电解液，开启加热装置加热电解液；
⑵分别取三个合格的光伏组件作为待测光伏组件，该三个待测光伏组件作为一组测试样品，每个待测光伏组件的正负极分别连接负载；
⑶每组测试样品中的两个待测光伏组件的边框分别连接电源的正负极，这两个待测光伏组件分别为加速腐蚀老化和电气腐蚀，另一个待测光伏组件为自然腐蚀，作为空白参照；
⑷将待测光伏组件以实际使用状态置于电解槽的电解液中；
⑸开启光源，使光源均匀照射在待测光伏组件上；
⑹开启电源，发生电解反应直至电源输出电量达到电量设定值，关闭电源；测试结束。
10.根据权利要求9所述的试验方法，其特征在于：在所述步骤⑴中，加热电解液至
45～75℃；在所述步骤⑹中，所述电量设定值为30～40KC。

一种测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统及其方法
技术领域
[0001] 本发明涉及晶体硅太阳能光电测试技术领域，特别涉及一种测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统，还涉及该试验系统的试验方法。
背景技术
[0002] 现有太阳能光伏组件一般从上至下依次包括玻璃板、EVA层、由单体太阳能电池组成的电池串、EVA层及背板，按照上述顺序进行叠层并采用层压工艺真空热压，将玻璃板与背板分别粘接在电池串的两表面上从而形成一个结实板状体，为了提高太阳能光伏组件的强度，便于运输和安装，通常会在组件的四周采用边框封装。
[0003] 目前，太阳能光伏组件的边框多采用铝合金材质制成。由于铝金属活性靠前，同时受加工等因素的影响易使边框表面形成不规则的平面，而且，太阳能光伏组件在室外工作，加上外界环境的影响，边框局部容易发生原电池效应，原电池效应是指铝合金中吕镁硅与外界环境中发生的氧化还原反应。由于发生原电池效应，边框表面会被腐蚀，从而加速边框老化。另外，由光伏组件组成的光伏系统往往要求接地，与地面形成电流回路，因而铝框成为大地回路的一部分，如此进一步加速了铝框的老化，降低了光伏组件的强度。
[0004] 根据本行业规范要求，光伏组件在户外条件下应至少使用25年，但是，本行业标准的可靠性测试实验中均未提及针对光伏组件接地后产生的原电池效应所导致老化现象进行测试。然而，原电池效应所引发的老化现象在光伏组件的使用中不容忽视，尤其是将光伏组件设置在环境恶劣的地区（例如酸雨、沿海地区），原电池效应更为明显。因此，如何鉴定光伏组件的老化程度以鉴别实施接地腐蚀防护的效果并指导组件使用是目前光伏行业难以解决的技术难题。
发明内容
[0005] 本发明的第一个目的在于提供一种结构简单、可靠性高的测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统。
[0006] 本发明的上述目的通过以下的技术措施来实现：一种测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统，其特征在于：它包括用于盛装电解液的电解槽、位于电解槽上方的光源、用于加热电解液的加热装置及电源，所述电解槽为凹槽式结构用于为至少一组测试样品提供安置的空间，每组测试样品由三个待测光伏组件组成，所述电源电连接至每组测试样品中的其中两个待测光伏组件的边框；所述加热装置设于所述电解槽上；每组测试样品连接电源并以实际使用状态置于电解槽的电解液中，通过光源和加热装置分别模拟光照和保温条件，通电的待测光伏组件发生原电池效应以测试其抗老化能力。
[0007] 本发明模拟了光伏组件在实际使用状态时所发生的原电池效应，可以测试光伏组件的抗老化能力，并通过本行业光伏组件常规性能测试来判定待测光伏组件是否合格，即采用常规性能测试作为合格判据，以此鉴别光伏组件实施接地腐蚀防护的效果，并指导光伏组件的实际使用。
[0008] 本发明可以做以下改进，所述加热装置采用具有控温功能的电加热器，所述电加热器控制电解液温度为45～75℃。
[0009] 为了使电解反应充分，作为本发明的一种改进，所述试验系统还包括数个用于向电解槽中输送空气的充气装置，所述充气装置通过充气管道与所述电解槽内相通，所述电解槽的侧壁上设有与所述充气管道连接的接口。向电解液中通入空气，可以提供电解反应所需的氧气，加速电解反应，缩短测试时间，提高测试效率。
[0010] 作为本发明的一种优选方式，所述电解槽为长方体形，所述接口成对分布在所述电解槽相对的两侧壁上，每两对接口分别对应位于每个待测光伏组件的上、下部位置上。每对接口中的两个接口相对设置，当空气进入电解液中时，使得电解液呈环流状态，可加速电解液流动，使得氧气分布均匀，促使电解反应充分。
[0011] 作为本发明的进一步改进，所述电源采用具有检测电量功能的电源装置，所述电源装置在电量达到电量设定值时自动切断电力并发出报警信号。
[0012] 作为本发明的优选方式，所述电量设定值为30～40KC。
[0013] 作为本发明的实施方式，所述光源采用自然光源或者模拟光源。其中，模拟光源可以具体采用现有的稳态光源模拟器。
[0014] 作为本发明的一种实施方式，所述加热装置的加热温度范围是45～75℃。维持光伏组件在实际使用状态时的温度。
[0015] 本发明可以有以下实施方式，所述试验系统还包括用于承托待测光伏组件的支架，所述支架为框架式结构，所述支架设于所述电解槽的底面上，所述支架的顶面为承托面，所述承托面倾斜设置以配合待测光伏组件实际使用状态的不同倾斜角度，以便待测光伏组件充分接受光源照射。
[0016] 本发明的第二个目的在于提供一种上述测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统的试验方法。
[0017] 本发明的上述目的通过以下的技术措施来实现：一种上述测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统的试验方法，其特征在于包括以下步骤：
[0018] ⑴向电解槽中注入电解液，开启加热装置加热电解液；
[0019] ⑵分别取三个合格的光伏组件作为待测光伏组件，该三个待测光伏组件作为一组测试样品，每个待测光伏组件的正负极分别连接负载；
[0020] ⑶每组测试样品中的两个待测光伏组件的边框分别连接电源的正负极；
[0021] ⑷将待测光伏组件以实际使用状态置于电解槽的电解液中；
[0022] ⑸开启光源，使光源均匀照射在待测光伏组件上；
[0023] ⑹开启电源，发生电解反应直至电源输出电量达到电量设定值，关闭电源；测试结束。
[0024] 合格的光伏组件是指光伏组件的外观及性能满足要求。
[0025] 作为本发明的一种实施方式，在所述步骤⑴中，加热电解液至45～75℃；在所述步骤⑹中，所述电量设定值为30～40KC。
[0026] 与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：
[0027] ⑴本发明模拟了光伏组件在实际使用状态时所发生的原电池效应，可以测试光伏组件的抗老化能力，并通过本行业光伏组件常规性能测试来判定待测光伏组件是否合格，即采用常规性能测试作为合格判据，以此鉴别光伏组件实施接地腐蚀防护的效果，并指导光伏组件的实际使用。
[0028] ⑵本发明试验系统组成简单、可靠性高且易于实施。
[0029] ⑶本发明的充气装置能够提供电解反应所需的氧气，加速电解反应，缩短测试时间，提高测试效率。
[0030] ⑷在通入空气的同时可使电解液呈环流状态，以加速电解液流动，使得氧气分布均匀，促使电解反应充分。
[0031] ⑸本发明的试验方法简单易行，采用电源装置控制电量达到电量设定值时自动切断电力，因此操作方便。
附图说明
[0032] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0033] 图1是本发明试验原理图；
[0034] 图2是本发明试验系统组成示意图；
[0035] 图3是待测光伏组件连接电源示意图。
具体实施方式
[0036] 如图2、3所示，是本发明一种测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统，它包括用于盛装电解液11的电解槽1、位于电解槽1上方的光源2、用于加热电解液11的加热装置及电源20，试验系统设置在室内，光源2是模拟光源，具体采用稳态光源模拟器。电解槽1为凹槽式结构用于为至少一组测试样品提供安置的空间，每组测试样品由三个待测光伏组件21、22及23组成，在本实施例中，采用一组测试样品，待测光伏组件的边框24为铝合金材料制成，电源电连接至该组测试样品中的其中两个相邻的待测光伏组件21、22的边框24；电解槽1为长方体形，加热装置设于电解槽上，加热装置采用具有控温功能的电加热器（图中未画出），电加热器设置在电解槽1的侧壁上，电加热器控制电解液温度为60℃，保持±5℃的浮动，以维持光伏组件在实际使用状态时的温度。待测光伏组件21、22连接电源并以实际使用状态置于电解槽的电解液中，通过光源和加热装置分别模拟光照和保温条件，通电的待测光伏组件发生原电池效应以测试其抗老化能力。
[0037] 本试验系统还包括用于向电解槽1中输送空气的充气装置（图中未画出），充气装置通过数个充气管道与电解槽1内相通，电解槽1的侧壁上设有与充气管道连接的接口4，充气装置能够提供电解反应所需的氧气，加速电解反应；接口4成对分布在电解槽1相对的两侧壁上，每两对接口4分别对应位于每个待测光伏组件的上、下部位置上。在通入空气的同时可使电解液呈环流状态，以加速电解液流动，使得氧气分布均匀，促使电解反应充分。
[0038] 在本实施例中，电源20采用具有检测电量功能的电源装置，电源装置在电量达到电量设定值时自动切断电力并发出报警信号，其中，电量设定值为35KC。
[0039] 试验系统还包括用于承托待测光伏组件的支架5，支架5为框架式结构，支架5设于电解槽1的底面上，支架5的顶面为承托面，承托面倾斜设置以配合待测光伏组件实际使用状态的不同倾斜角度，以便待测光伏组件充分接受光源照射。
[0040] 一种上述测试太阳能光伏组件抗老化能力的试验系统的试验方法，包括以下步骤：
[0041] ⑴向电解槽1中注入电解液11，开启加热装置加热电解液至60℃，并稳定在该温度，基本保持±5℃的浮动；
[0042] ⑵分别取三个合格的光伏组件作为待测光伏组件，该三个待测光伏组件21、22及
23作为一组测试样品，合格的光伏组件是指光伏组件的外观及性能满足要求，并要求有IV、EL测试数据；每个待测光伏组件的正负极分别连接负载6；
[0043] ⑶将待测光伏组件21、22的边框24分别连接电源20的正负极；电源20的正负极分别连接在待测光伏组件21、22边框24的两个接线点上，在本实施例中，该两个接线点位于待测光伏组件21、22边框24的边角上以使电势均匀。在其它实施例中，每个待测光伏组件边框上的接线点至少为两个且呈对称分布。
[0044] ⑷将待测光伏组件21、22及23以实际使用状态置于电解槽1的电解液11中，即是将待测光伏组件固定在电解槽中的支架5上，此时，待测光伏组件与水平面呈30度夹角；
[0045] ⑸开启稳态光源模拟器，使光源均匀照射在待测光伏组件上；
[0046] ⑹开启电源，发生电解反应直至电源输出电量达到电量设定值35KC，关闭电源；
测试结束。
[0047] 待测光伏组件21为加速腐蚀老化，用于模拟光伏组件安装后原电池效应老化环境，特别是铝框制程工艺中未被采取保护措施的加工面及结构应力最为集中的部分；待测光伏组件22为电气腐蚀，用于模拟光伏系统安装后对支架及边框的防护检验，检验防护措施是否能够满足组件的使用寿命；待测光伏组件23作为空白参照，和一般的试验设计相同，待测光伏组件23为自然腐蚀，作为参照试验体，以校对待测光伏组件21、22的试验准确性。
[0048] 如图1所示，本发明的试验原理是：没入在电解液中的A、B、C三块光伏组件，A接电源的正(+)极，B接电源的负(一)极，并接通电源，C不通电。参见表1：
[0049]
编号 状态 电流的流入与流出 预计表面状态 名称
A 接电源的正极 流出 很大腐蚀 电化学腐蚀
B 接电源的负极 流入 轻微腐蚀 电气防腐
C 不连接 无 无腐蚀 自然腐蚀
[0050] （表1）
[0051] 腐蚀电量计算：
[0052] Q=25Y*365D*24h*3600s*40μA=31536C 公式（1）
[0053] 考虑到光伏系统等过电压电流及雷击现象，将电量设定在35KC。
[0054] 电化学腐蚀量：W=Z·i·t→it=Q=W/Z
[0055] 铝的电化学当量为0.93×10-4g/A`s
[0056] 得到：腐蚀量为3.7g
[0057] 最大腐蚀深度和日历使用年限的关系：
[0058] d＝2.4995int-2.8112(置信水平95％)
[0059] 式中，d为腐蚀深度(mm)；t为飞机日历年限(a)。
[0060] 结合光伏组件的铝框的表面积，计算得出的腐蚀量远小于3.7g。
[0061] 故本实验的量化值：腐蚀电量定义为35KC。该值是按常规光伏组件规格计算得出，具有不同材质边框的光伏组件的电量设定值应按公式（1）重新计算。
[0062] 不同的光伏组件漏电量不同，不同配方的铝合金化学当量不同，本试验目的是检测光伏组件抗原电池老化的性能，此项加严设计即可，不影响试验结果。
[0063] 原电池腐蚀计算公式如下：
[0064] 原电池效应腐蚀量= 自然电化学腐蚀+工作漏电流化学腐蚀
[0065] 最终将腐蚀程度用通过原电池电路的电量为因素指标，
[0066] 即：W=Z·i·t
[0067] 工作漏电流化学腐蚀量：
[0068] 使用时间T1=25Y*365D
[0069] 单位有效工作时间根据不同使用地区（日照），T2=24、18、12、6h/D[0070] 在阴雨雪等天气情况下，也需根据指定地区进行系数校核。
[0071] 由此，本试验的可变设定量为：试验时间t及通过原电池电流Ia，具体可根据试验系统的条件进行设定。
[0072] 本发明的试验方法模拟光伏组件实际使用过程中发生的原电池效应，测试结束后，再通过本行业光伏组件常规性能测试来判定待测光伏组件是否合格，即采用常规性能测试作为合格判据，经过测试后，仍满足以下条件，即合格：
[0073] a)在本实验要求的测试条件下，待测光伏组件的最大输出功率衰减在每个单项试验后不超过规定的极限5%，并参考正常IEC测试样品的经验数值；
[0074] b)在试验过程中，待测光伏组件没有出现开路现象；
[0075] c)无IEC61215规定的任何严重外观缺陷；
[0076] d)全部试验完成后，仍满足绝缘测试要求；
[0077] e)在每一组试验程序的开始、结束以及在湿热试验完成后，仍满足湿漏电流试验的要求。
[0078] 在其它的实施例中，加热装置的加热温度范围可以是45～75℃；试验系统还可以设置在室外，光源采用自然光源；电量设定值为30～40KC；电解槽为至少一组测试样品提供安置的空间，每组测试样品由三个待测光伏组件组成。
[0079] 本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。