在全球能源结构加速向清洁化转型的背景下,太阳能光伏发电已成为可再生能源领域的主力军。光伏组件作为发电系统的核心部件,其长期运行的可靠性与发电效率直接决定了电站的投资回报和运营安全。然而,组件在户外服役长达25年甚至更久的过程中,会持续暴露在阳光、高温、高湿、风沙、盐雾等严酷的自然环境里,材料老化是不可避免的挑战。其中,湿热老化(Damp Heat Aging)是影响组件性能和寿命的关键因素之一。为了提前识别潜在风险,确保产品质量,湿热老化检测成为光伏组件出厂前和研发阶段必不可少的可靠性验证环节。
一、 什么是湿热老化?其危害几何?
湿热老化是指光伏组件在高温和高湿度环境的长期共同作用下,内部材料发生物理和化学性能退化的现象。典型的湿热环境如热带、亚热带地区或沿海高湿地区,温度常在85°C左右,相对湿度高达85% RH。
这种环境对组件的多个部分构成威胁:
封装材料(EVA/POE胶膜): 高温高湿会加速封装材料的水解反应,导致其黄变、透光率下降,从而降低电池片的光吸收效率。严重时,胶膜会与玻璃或背板脱层(Delamination),失去对电池片的保护和粘结作用。
背板: 湿气渗透会破坏背板的聚合物结构,导致其变脆、开裂、粉化,丧失绝缘性和防潮性,严重威胁组件安全。
电池片与焊带: 湿气侵入可能导致电池片表面的减反射膜性能下降,或引发电化学腐蚀(Potential Induced Degradation, PID),造成电池片漏电和功率衰减。
接线盒与连接器: 长期湿热环境可能影响密封胶的性能,导致接线盒内部进水,引发短路或热斑风险。
湿热老化是一个缓慢但累积的过程,其直接后果是组件功率输出下降、绝缘性能降低、甚至提前失效。
二、 湿热老化检测:实验室中的“时间加速器”
为了在短时间内评估组件在25年户外湿热环境下的耐久性,行业采用了加速老化试验的方法。湿热老化检测(通常指 DH1000 试验)就是其中最具代表性的测试。
标准依据: 国际电工委员会(IEC)制定的 IEC 61215(晶体硅光伏组件设计鉴定和定型)和 IEC 61730(光伏组件安全鉴定)是全球通行的核心标准。其中,湿热试验(Damp Heat Test) 是标准中强制要求的环境耐久性测试项目之一。
试验条件:
温度: 85°C ± 2°C
相对湿度: 85% RH ± 5% RH
持续时间: 1000小时(约42天)。这个时长是基于阿伦尼乌斯(Arrhenius)方程的加速模型,旨在模拟组件在户外湿热环境下多年的老化效应。
试验过程:
将待测光伏组件(通常为3-4块)放入符合标准的恒温恒湿试验箱。
将试验箱设定为85°C和85% RH,并持续运行1000小时。在此期间,组件处于不通电状态(黑暗条件)。
试验结束后,将组件从试验箱中取出,恢复到标准测试条件(STC:25°C, 1000W/m², AM1.5)。
对组件进行全面的后测试评估。
三、 检测结果评估:判断组件“健康”与否
试验后的评估是湿热老化检测的关键环节,主要检查以下几个方面:
外观检查 (Visual Inspection):
检查组件是否有明显的黄变、变色。
检查是否存在脱层(电池片与胶膜、胶膜与玻璃/背板之间分离)。
检查背板是否有开裂、鼓包、粉化。
检查玻璃和边框是否有腐蚀或密封失效。
绝缘耐压测试 (Insulation Resistance Test):
测量组件带电部件(电池片、焊带)与外部可接触金属部分(如边框)之间的绝缘电阻。
要求: 绝缘电阻值必须大于 400 MΩ(对于面积小于1m²的组件)或 40 MΩ·m²(对于面积大于1m²的组件)。这是确保组件使用安全、防止漏电事故的关键指标。
功率衰减测试 (Power Output Measurement):
在标准测试条件下,测量组件试验前后的最大输出功率(Pmax)。
要求: 功率衰减不得超过初始值的5%。这是衡量组件发电性能稳定性的核心指标。
其他可选测试:
漏电流测试: 评估PID效应。
EL(电致发光)成像: 检测电池片内部是否有隐裂、断栅等缺陷因湿热而加剧。
紫外老化、热循环、湿冻循环等: 湿热试验通常作为一系列序列试验(Sequence Test)的第一步,后续还需进行其他环境应力测试。
四、 湿热老化检测的意义与挑战
意义:
质量“守门员”: 筛选出材料和工艺不合格的组件,防止劣质产品流入市场。
设计验证: 为研发人员改进封装材料、优化电池技术、提升背板性能提供数据支持。
品牌保障: 通过权威认证(如TÜV, UL)的湿热测试,是光伏企业技术实力和产品可靠性的有力证明,能增强客户信心。
降低电站风险: 从源头减少因组件早期失效导致的发电量损失和运维成本。
挑战:
加速模型的局限性: 1000小时的试验能否完全等效25年的户外老化,仍存在争议。实际环境更为复杂(干湿交替、温度变化、紫外线等)。
材料创新: 新型封装材料(如POE、EPE)和双面组件的出现,对传统湿热测试的有效性提出了新要求。
成本与周期: 虽然比自然老化快,但1000小时的试验仍需近一个半月,且设备和样品成本不菲。