（广东汉能薄膜太阳能有限公司 河源 517003）
摘要：柔性不锈钢衬底铜铟镓硒薄膜太阳能组件作为一种新兴的备受关注的太阳能发电设备，其性能还不为大家熟悉，本文介绍了以轻质柔性不锈钢薄片为衬底的铜铟镓硒电池双波组件的结构，在实际电站维护过程中，对玻璃爆裂的不锈钢柔性衬底铜铟镓硒电池双波组件进行了测试，研究了其性能，其性能得以呈现。
关键词：柔性不锈钢衬底；铜铟镓硒电池；双波组件
An Experimental Study on Performance of Flex Stainless steel web substrated CIGS Cell Glass-Glass Module
Yang Xiaobing
（Guangdong Hanergy Thin-film Solar Company，Heyuan，517003）
Abstract：As a new and promising solar technology among the thin-film solar module，flex stainless steel web substrated CIGS cell glass-glass module’s performance is not well known，in this paper，Structure of the flex stainless steel web substrated CIGS cell Glass-Glass module is introduced，power output of first year for a about 1MW power station above a pond is monitored，especially，tests are done for the broken modules found on grid site，the outstanding characters are exhibited.
Key words：flex stainless steel substrate，CIGS cell，Glass-Glass Module
前言
作为一种新兴的技术，铜铟镓硒薄膜太阳能被认为很具前途的而备受关注，而以柔性不锈钢为衬底的铜铟镓硒电池片技术，更因为电池片具有可弯曲性，易于制作成为与建筑物，安装面完美贴合而质轻的组件这一突出特性受到市场的欢迎，同时，对于柔性不锈钢衬底的铜铟镓硒电池片，也可采用前板背板均为玻璃的封装方式，制作成为双波组件。对于柔性不锈钢衬底的铜铟镓硒电池片制作的双波组件，目前还没有性能的相关报道。针对于此，本文结合电站实际营运情况，对此类组件性能进行了实验性研究总结。
1.结构介绍和应用特点
1，接线盒，2，背板玻璃，3，背封装胶膜，4，旁路二极管串，5，汇流条，6，电池片串，7，前封装胶膜，8，边沿密封胶，9，前板玻璃。
图1 不锈钢衬底铜铟镓硒电池片双波组件结构图
一种优化设计的柔性不锈钢衬底铜铟镓硒电池片双波组件是将厚度0.3mm的片式旁路二极管内嵌于组件中电池片遮光面（本例2片芯片并联1个二极管），并在玻璃边沿涂覆丁基胶作为边沿密封胶，前后均采用钢化玻璃，分离式灌胶接线盒安装在组件角落的背板上，以获得优异的防热斑和阻挡水汽进入性能，其结构如下：
基于以上的结构，该双波组件特别适用于安装在不易维护，对发电量有较严格的应用场合如大型运动场屋顶，机场屋顶，鸟类频繁出入，或周围障碍物和遮阴较多，以及湿气较大的渔光互补等场合。
该组件典型的电性能参数如下
表一 柔性不锈钢衬底铜铟镓硒啊电池组件电性电性能参数
2.组件应用情况与首年发电量
在广东龙川县佗城镇佳派村，1.011MW 不锈钢衬底铜铟镓硒电池双波组件渔光互补电站于2017年9月29日正式并网发电，截止2018年11月29日已发电量140万度。当地处于北纬24°2′46″，东经115°9′28″，采用最佳安装角度29°运用PVsyst 进行估算，根据各月发电量，该对应时期的发电量应为141.92万度。
表二 电站理论发电量预估
实际发电量/理论发电量=140/141.92=98.64%，实际发电量与理论发电量相差1.36%，考虑到灰尘的累积影响等因素，此实际发电量超过预期。
3.破裂组件性能测试情况
A，电站组件串测试
在2018年11月底，因池塘旁小型广场施工，鹅卵石击中前板爆裂组件1件（组件A）；挖掘机碰撞支架导致旁边组间接爆裂1件（组件B：前板背板均爆裂，直接爆裂组件沉入水塘，未测试）；另一片前板爆裂组件未见明显撞击点，为前板自爆（组件C：未拆卸）。12月底现场维护过程中，在同一汇流箱，短时间内现场使用万用表对仍在电站的破裂组件C所在串与相邻2串（每串均28片组件）进行了多次交叉开路电压测试和电流测试，结果如下表。
表三 电池串开路电压
根据以上结果，以柔性不锈钢衬底铜铟镓硒电池片双波组件即使自爆，其所在串开路电压和短路电流相对于其他正常组件串未见明显下降，组件仍然正常发电。
B，爆裂组件EL测试
为了进一步验证上述电站检查的结果，将爆裂组件运回进行进一步测试。组件正面照片以及EL测试如下图所示。
图2.1 爆裂组件A（前板鹅卵石撞击爆裂，电池片边沿膜层脱落）
图2.2 爆裂组件B（挖掘机撞击支架，间接撞爆组件，爆点在安装夹具处，前板背板均爆裂，爆点处玻璃脱落至电池片处。组件表面有泥团。）
图2.3 爆裂组件C（前板自爆，电池片未受损伤）
可见组件外观上看出电池片膜层受到破坏的，其EL图像也反应出来，除了鹅卵石击中的一块外，本例中挖掘机间接撞裂的组件和自爆的组件其电池片均未收到大的损伤。
C，爆裂组件IV测试
使用IV测试仪为Spire Spi-Sun Simulator 4600SLP对组件在清洗前后进行了测试，结合出厂时的初始电性能参数，对比如下表五，清洁后相对于初始电性能的衰减，以及清洁前后的电性能的衰减百分比如表六。
表五 爆裂组件清洁前后以及初始电性能参数
图3 组件功率变化图
从上述表五，表六及图2，图3 可以看出，爆裂的组件，开路电压Voc，短路电流Isc 均变化不大，相对于未爆裂前出厂初始值变化不大，在2.22%以内。如电池片膜层未发生脱膜，由于FF也变化不大，相对于出厂初始功率，玻璃爆裂导致的组件功率损失在2.37%以内，并不影响组件发电输出；若局部电池片膜层发生损害的情况下，FF存在较大变化，功率损失则达到9.63%。总体而言相对传统的晶体硅组件，爆裂后功率损失显著较小，优势明显，不会立即对电站产生大的影响。
此外，广东河源地区在连续15个月不对电站进行清洗的情况下，灰尘导致组件发电量的损失在3.16%以内（不同地区不一样，同种类型组件在7-10月份在西安地区3个月不清洗沙尘导致组件发电量的损失为16.7%），因此对于广东河源地区每半年比较合适对组件进行清洗比较合适，可进一步减少发电量损失。
D.爆裂组件内嵌二极管热成像测试
对二极管串通入6A的恒定电流，持续30s，使用FLIR A315IR红外相机自动捕捉二极管的热成像。经过检测热斑大小，相对亮度无明显区别，均在规格范围内，自动判定合格，各组件热成像如下图。与出厂前初始二极管图像相比，并无明显区别。
图4.3 C初始二极管图像 C破裂后二极管图像
E，二极管户外热斑测试
将组件短接一个2.5Ω的电阻，使其处于最佳发电功率点附近，采用不同长度的黑色布遮挡电池片，持续3分钟并采用手持式FLIR I7 检查对应二极管是否出现热斑来检查旁路二极管是否导通，并同正常组件进行对比。
结果统计如下
表七 热斑测试结果
此测试表明，即使前板背板玻璃破裂，内嵌式旁路二极管并未收到损害，仍具备与正常组件一致的防热斑性能。
F. 耐压测试
使用EXTECH7442 安规检测仪对破裂组件进行测试，按IEC61215之规定进行耐压测试，测试结果如表八
表八 耐压测试结果
G. 湿漏测试
使用EXTECH7440 安规检测仪对破裂组件进行测试，按IEC61215之规定进行湿漏测试，测试结果如表九
表九 湿漏测试结果
根据耐压测试和湿漏测试，前板玻璃爆裂但保持完整的组件，漏电流符合IEC61215之规定，而前板背板玻璃均撞击爆裂，在安装处组件边沿部分已撞脱落，电池片离边沿0-2mm的情况下，耐压和湿漏均存在风险。
4.小结
本文结合电站实际营运状况，对柔性不锈钢衬底铜铟镓硒电池双波组件的性能进行了研究总结，其主要为：
1，采用柔性不锈钢衬底铜铟镓硒电池并将旁路二极管内嵌，引入边缘密封胶的双波组件首年实际发电量与理论相比仅相差1.36% 发电表现突出。当然后期还需收集更多数据持续监控。
2，广东河源地区在连续15个月不对电站进行清洗的情况下，灰尘导致不锈钢衬底电池双波组件发电量的损失在3.16%以内，因此对于广东河源地区每半年对组件进行清洗比较合适，将进一步减少电站的功率损失。
3，一系列的测试表明旁路二极管内嵌柔性不锈钢衬底铜铟镓硒电池双波组件突出的特点在于组件玻璃破裂后，其功率下降较少，自爆组件电池片和内嵌旁路二极管均未受到破坏，破裂组件仍能正常发电，对整体电站的发电影响不明显，即使出现阴影鸟粪等遮挡电池片时二极管可以正常发挥作用。对于撞裂的而局部脱落的组件，其耐高压性能，湿漏性能显著降低，会带来安全隐患，而对于自爆的未发生局部脱落的组件，其耐高压和湿漏性能仍能达到在IEC61215之规定。此为晶体硅组件或其他直接沉积在玻璃上的薄膜太阳能组件不能比拟的优势。
4，自爆目前是所有双波太阳能组件所难以避免的问题，即使上述旁路二极管内嵌柔性不锈钢衬底铜铟镓硒电池双波组件的爆裂，电站维护方可根据受损组件完整性，所在位置等实际情况做好临时安全警示防护，再合理安排维护时间，不仅无电站的发电量损失的风险，也可以大大减少电站的维护人力与成本。
综上所述，旁路二极管内嵌的柔性不锈钢衬底铜铟镓硒电池双波组件性能可靠，在环境条件苛刻、不方便维护的场合使用，能发挥其他类型组件难以比拟的优势。
论文作者:杨小兵
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/3/27
标签：组件论文; 衬底论文; 电池论文; 发电量论文; 测试论文; 柔性论文; 电站论文; 《电力设备》2018年第30期论文;