不同精度电源对LeTID测试结果的影响研究

不同精度电源对LeTID测试结果的影响研究

摘要

LeTID测试（IEC63342）是国际电工组织发布的最新测试，其目的是揭示组件LeTID测试情况下的衰减机制。因此，找到电压最低点是该测试的核心。我们研究了不同精度电源测试过程中对最低点电压的判断及确定。发现，电压、电流采集实时精度达到0.2%的电源能准确的判断电压的最低点，准确的揭示组件的衰减及恢复规律。

1、前言

光伏组件在户外工作时大部分的不稳定性由组件封装导致，但仍有0.5%～5%的不稳定性属于光照导致的衰减（LID）和电压诱导衰减（PID），这两种因素已经可以通过掺杂、低氧等手段进行解决。但近年来，对于新的技术路线的太阳电池， 人们发现了新的光致衰减现象——热辅助光致衰减（LeTID）^[1]。由于该现象会导致多晶硅及组件衰减，且会产生较大的功率衰减，已成为组件和电池技术研发的问题点。

针对LeTID现象，2019年MatthiasPander等人^[2]对该现象对组件功率衰减导致的影响进行了详细的研究，提出了预测年平均功率损失 的公式：

研究针对不同的地理位置进行衰减速度的对比，预测5年后的功率损失，结果表明在炎热地区有近5%的功率损失，在温暖气候下会达到3-4%，在温带地区则仅有1-2%。其结果显示了LeTID现象易受组件所处环境温度的影响。

目前普遍认为LeTID现象是由于硅片中存在金属杂质所导致，Fraunhofer 研究所研究了金属铜离子在硅片光致衰减前后的行为，给出了导致其光致衰减的机理^[3,4]。

由于LeTID现象在实际情况中可能引起较大的光伏组件发电功率衰减，检测和解决的手段是目前行业内广泛关注的重点。针对LeTID测试方法，国际电工组织发布了IEC63342标准，通过制定相应的检测规范，来揭示光伏组件在LeTID测试情况下的衰减机制。

2、LeTID测试介绍

LeTID测试的难点在于如何模拟户外环境条件，同时保证组件的功率衰减仅由LeTID引起。目前行业内比较倾向于温和的测试方法，通过高温环境通小电流的方式模拟LeTID现象。

测试标准要求将样品放入环境箱内，使样品的环境温度稳定在75℃±3℃，且测量和记录组件温度的采集精度为±2℃，重复性为0.5℃。在这样的测试环境下，给测试样品施加电流，且施加电流的电源输出精度要优于1%。在持续施加电流的过程中，监控被测样品的暗电压和施加电流，并要求采集的电压和电流精度要优于0.2%。

标准要求一个测试周期内测试162（+8,0h）个小时，对于测试的停止条件有两种判定条件，第一种判定方式是在持续施加电流的过程中监测到了暗电压的最小值。在找到暗电压均值最小值点后，如果测试过程中满足如下条件即可停止测试：

其中，为1小时内暗电压的平均值为测试周期内暗电压平均值的最小值，为电源的不确定度，由计量报告得出。

第二种判定条件是如果在第一个周期的162（+8,0h）个小时内判定不了第一种条件，则继续进行第二个周期继续进行测试。

3、不同电源精度对LeTID测试结果的影响

从IEC63342标准中可以看出，判定测试停止条件的最主要因素是找到暗电压的最小值，而暗电压最小值的寻找与电源的精度密切相关。我们选用不同精度的电源进行LeTID测试，以此对比电源精度对测试结果的影响。

采用两种规格的电源进行测试，对两块450W组件进行测试，第一块组件的输入电流设定为1.401A，第二块组件的输入电流为1.399A，采样周期设置为1分钟，以下为测试参数:

电源1：电流精度0.2%，电压精度0.2%，计量得到的电压不确定度为0.02%，电流不确定度为0.08%。用于对第一块组件进行测试。

电源2：电流精度1%，电压精度1%。计量得到的电压不确定度为0.03%，电流不确定度为0.15%。用于对第二块组件进行测试。

其测试接线方法如下图所示：

图1 LeTID测试接线图

电源1的测试结果如下图所示：

图2电源1的暗电压变化率趋势

图3电源1的暗电压均值

从电源1测试的结果看出，从测试开始，所有的电流点都满足要求。第5459分钟达到暗电压变化率均值最小值-2.613%，此时暗电压值为27.587V。10小时后，即在第6060分钟，此时暗电压变化率-2.561%，暗电压值27.601V，超过了最小值的（1+）倍，满足停止条件。

电源2的测试结果如下图所示：

图4 电源2的暗电压变化率趋势

从电源2的测试结果可以看出，测试过程中过滤掉了很多电流超出范围，即在

范围外的电压值。暗电压变化率均值一直在上下跳动，最小值一直变化。在第一个周期没有达到停止条件的情况下，我们继续进行了第二个周期的测试，整个过程中最小值在第20039分钟，达到-2.685%，但此时距离两个测试周期的340小时结束仅剩7小时，无法判定该点为最小点。因此，电源2在整个测试过程中达不到停止条件，从电压变化率的数据来看，主要是电压波动原因造成的。

4、结论

通过对两种不同精度的电源进行LeTID测试，从测试结果可以发现，精度更高的电源，其测试数据在LeTID测试中的结果会更加有效。测试结果体现了电压、电流采集实时精度达到0.2%的电源能更准确的判断暗电压的最低点，从而揭示组件的衰减及恢复规律。

参考文献

[1]中国可再生能源学会光伏专业委员会.2018年中国光伏技术发展报告(5)[J].  2019.

[2] Pander M , Luka T , Jaeckel B ,et al.PREDICTION OF POTENTIAL POWER/YIELD LOSS FROM LETID SUSCEPTIBLE MODULES[C]//36th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition.2019.

[3] Brand A A, Krauss K, Wild P, et al. Ultrafast in-line capableregeneration process for preventing light induced degradationof boron-doped p-type Cz-silicon PERC solar cells[A]. 33rdEuropean PV Solar Energy Conference and Exhibition[C].Amsterdam, Netherlands , 2017.

[4] Tabea Luka, Marko Turek, Stephan Großer, et al. Lightinduced degradation-defect gettering at grain boundaries[A].33rd European PV Solar Energy Conference and Exhibition[C].Amsterdam, Netherlands , 2017.