高效电池组件测试技术
发布时间:2015-04-10    编辑:jinrui   
本文摘要:北京鉴衡认证中心有限公司 研究员
北京鉴衡认证中心有限公司 研究员 赵文平博士
 
  通过最近的一些资料,大家可以看到未来高效组件发展的技术,占市场的份额会逐年增加。关于高效组件的测试方面,我现在为什么提出这个议题要来进行讨论?最主要的是,在过去,不轮是常规的单晶多晶的组件,一般的产线模拟器在做测试的时候,其实都是直接拿来测试,但是在N型或者HIT这类电池在做测试的时候,就跟我们所使用的闪光模拟器的测试时间产生了一个比较明显的关系。我们一般使用的闪光模拟器大部分都是10毫秒的闪光,非常的短。对于一些特殊材料在做测试的时候,就可以看到,如果闪光是用10毫秒的测试时间,重做一条电压电流曲线的扫描,从短路电流扫到开路电压,或者从开路电压扫到短路电流。其实这两条曲线可以看出它不是重合的现象。从这张图上可以看到,中间这条黑色的线是用一个比较长的测试时间。一般来说我们可能去做比较慢速的量测来取得一个组件比较稳定特性的IV曲线。但是我们把测试速度刻意调快,调到10毫秒,就像我们在产现用模拟器来做测试的时候,大家可以看到这两条曲线会有分离的现象。这个现象在N型电池片,或者在HIT这一类新型的材料上特别明显。我们把测试时间再逐步的去调整,把最大功率从两个方向扫描,就会看到这一类材料在做测试的时候,当闪光时间渐渐的拉大,或者是量测速度把它放慢下来两个方面测试的最大功率渐渐的重合在一起。
 
  我们在测量这一类新电池技术的时候,可以把它看成这个材料本身具有一个比较高的电容特性。所以在从短路电流量到开路电压扫描的时候,这个电容产生一些分流的现象。如果测试速度相对很快的话,这个电容整体的影响成分就比较高。如果测试速度相对是减慢的话,等于是这个电容充好电之后,再对我们的IV曲线状态量测过程中,它所产生的影响相对的就变少了。从这个反方向来看,也是同样的道理。我们做反向,从开路电压往短路电流量测的时候,当做快速量测的时候,这个电容里原先所储存的电就对测试产生一定程度的干扰。所以会造成在曲线上面,可能会有非常明显的突起的现象。相对的我们怎样克服这个问题,我们的目的就是要做一个更精准的量测,把这个现象完全的排除掉,才能够真正有效准确的测到最大发电功率。从前面的测试数据来看,把测试时间拉长,就可以得到一个比较理想的准确的测试值,所以在对生产线做测试的时候,如何把闪光模拟器有效的闪光拉长,是一个非常重要的课题。
 
  延长闪光时间从技术层面上来说,相对有几个困难点,包括在电子式电源如何控制。闪光时间拉长之后,灯管的输入能量会明显的增加。当然,相对的闪光产生的发热总能量是提高的,它的效率寿命可能会因此受到影响,IV测试仪也要能够跟上来。
 
  基于这一些理由,在长闪光模拟器未能实现的情形下我们可以从现有的闪光模拟器做一些测试方法上的调整跟改变,这也能提升测试数据的准确度。第一,分段扫描的方法。原来是一条IV曲线,我们可能做多重闪光,把它分做好几段的的闪光测试,按照一段两段三段切成很多段去做扫描之后,把数据拼接在一起。这个方法在实验室里使用没有问题,但是需要连续多次闪光,可能要花更长的时间,在生产测试上面,在时间上可能是比较困难的。另外一方面,我们需要花很多时间去检验它的合理性和正确性。所以我们也有另外一种方法,就是在单一式闪光的时间内,想办法去调节扫描的电压。原来一般的测试方法,不管是从开路电压扫到短路电流,或者短路电流量到开路电压,可能都做一个等范围的切割,电压逐步地慢慢往上加,或者往上递减。我们可能刻意的把它从一个限定的电压扫描改为非限定的扫描方式。如果说把这个测试的电压刻意的做一些调整,使其从线性方式的扫描改为一个非线性的方式,这里面一些不是关键信息的部分,用比较快的、大的电压份额跳过去,把测试的时间都集中,把它分布在最大功率发生点附近,通过这些扫描技术,可以让我们的测试进一步去抵消,因为额外的电流效应所产生的量测的不准确性。为了实现这个方法还需要针对我们自己所开发的特殊的材料和组件做一些额外的验证,把这个特殊的电压扫描条件,找出一个优化的测试的程序。
 
  前面提到这些方法,其实对于我们来说,就是利用现有的设备尽量去发挥它的最大效益。其中一个非常的重要方向是,我们可以透过从开路电压量到短路电流,或者从短路电流量到开路电压的这两个方向的测试数据,把它叠合在一起之后,我们就可以有效的检验这个测试方法是不是真的有效去解决我们在量测上面电容效应所产生的这些干扰跟影响。我们最大的期望是,如果我们有一个长闪光的模拟器,透过这个长闪光的模拟器可以一步到位把一些数据都量测出来。还有一个非常大的关键就是IEC的规范,光谱范围规定到400-1100纳米。但是从前面的讨论可以看到,其实现在一些新的高效电池片它的光伏响应,其实都已经往下延伸到300-400之间,或者是往上到超过1100纳米这段区间。所以一个好的太阳光模拟器,相对的也需要一个非常完整的光伏。在一个设计上,如果长闪光模拟器能够再进一步发挥,就是在所有的性能、效益上都做一个比较好的发展,我们把这些设备的特性综合在一起。一般在10毫秒闪光时间里,我们看到它的正向反向扫描得到的差异并不是很大。N型组件,我们用常规的闪光模拟器会发现,不管是从开路电压量到短路电流,短路电流量到开路曲线,所量出来的最大功率其实是有明显的差异。当我把闪光时间拉长之后,这个特性渐渐的有重合现象。
 
  我们也曾经量过一个样品,在电池技术制造技术方面,从这个数据上面看出它应该是使用一些特殊材料去制作的。相对我们在常规单晶的组件上面,我们看到确实在10毫秒之内,它的影响相对是比较小的。另外一个样品,就是常规多晶的组件上面,我们用10毫秒的闪光时间来看到它的影响相对是比较小的。另外从HIT的样品上面所测试的,从这里面会看到在这一组数据里面,我们全部都是从开路电压量到短路电流,但是去改变我们的测试时间。我们把这个曲线,尤其是最大功率转折点这一个部分我们特别放大来看,我们可以看到跟我们前面所提到的类似电容效应所测试的影响是一致的行为。当闪光时间相对是比较短的时候,我们看到这一条曲线明显是比较偏高的。闪光时间渐渐的越来越拉长的时候,它就越来越往底下去靠拢。
 
  据此可以得到一个简单的结论,当我们使用一个长闪光模拟器,可以直接得到一个数据,它不需要特别经过运算或选用一些特殊的扫描条件,但是最关键的还是得透过正反向量测,我们去严正我们所测到数据的真实性是不是已经完成没有受到闪光时间的影响。
 
  在这里跟大家分享一下,尽管在测试量测的技术,量测的图录上面都不断的为我们的产业前进,大家不断的去想要提升我们服务的价值,带来一些新的技术方法。目前,我们也在合作长闪光的设备,能够装载在测车上,能够移到各个地方去做终端监测站这边的一些检测服务的工作。我们尽量能够提供全方位的服务,为我们的光伏的生产厂商、投资方,为各个单位提供最佳的技术服务。

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