[发明专利]一种非均匀辐照分布下组件失效概率的计算方法

说明书

本发明公开了一种非均匀辐照分布下组件失效概率计算方法，根据太阳轨迹，分析光伏组件中电池遮挡比例随时间变化规律，建立组件遮挡比例与辐照不均匀度的关系，量化实际光伏系统中光伏组件典型遮挡引起的表面辐照不均匀度，建立光伏组件中被遮挡电池温度与太阳轨迹、光伏方阵间距的关系函数。分析辐照非均匀分布下不同微缺陷电池突变失效中性能突变所能承受的温度临界值，确定突变失效时间；以及建立电池渐变失效中反映组件性能衰减的性能指标衰减速率函数确定由于性能退化和参数漂移引起的渐变失效的失效时间或寿命。

技术领域

本发明公开了一种非均匀辐照分布下组件失效概率的计算方法，属于光伏发电技术领域。

背景技术

光伏电池与组件受不同环境条件影响，其性能衰减机制及所产生的失效问题不尽相同。实际失效模式外在表现为PID(potential induced degradation)高功率衰减、电池电极腐蚀、封装材料老化破裂、电池热斑等多种形式。导致这些失效的内在因素较多与电池和组件的材料及工艺引入的复杂缺陷有关，如：光伏电池硅片材料存在晶界、位错等缺陷，杂质元素易聚集在晶界、位错处，使其具有高复合速率；电池与组件制造经过扩散、刻蚀、烧结、层压等工艺，易产生机械应力不均、局部短路等问题。在光伏电池和组件生产中，虽然部分电池缺陷如断栅、裂片等经人工目视检测、IV性能检测得以摈除，然而较大部分电池微缺陷如杂质污染、隐裂等还需要通过辅助光电测试手段进行识别和分类。尽管经过多重分选，由于缺乏微缺陷失效预判依据等多种原因，仍有较大部分采用电致发光检测时被认为可靠的微缺陷电池、以及后期产生微裂纹等缺陷的电池与组件出现在实际应用的光伏系统中。在其运行时，光伏组件中电池的这些内在微缺陷在辐照不均匀分布、温度交变及湿热冲击等多重环境因素复合作用下，产生电池局部高温及缺陷扩散等问题，从而导致组件的电性能衰减幅度远超过预期。因此，量化组件间距遮挡情况下光伏组件的表面辐照不均匀度，计算组件间距等遮挡作用下微缺陷电池失效概率十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非均匀辐照分布下组件失效概率的计算方法，量化光伏组件间距遮挡情况下光伏组件的表面辐照不均匀度，分析组件间距等遮挡作用下微缺陷电池衰变趋势。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种非均匀辐照分布下组件失效概率的计算方法，包括：

(1)建立光伏组件的遮挡轨迹模型；

(2)设计光伏组件前后排遮挡实验，确定光伏组件表面辐照不均匀度与被遮挡光伏电池反偏电压的函数关系；

(3)建立光伏组件表面辐照不均匀度下，光伏组件中被遮挡光伏电池的温度模型；

(4)建立光伏组件表面辐照不均匀度下光伏组件的失效模型；

(5)建立与光伏组件失效时间相关的失效概率密度函数。

前述的建立光伏组件的遮挡轨迹模型，包括：

光伏组件表面阴影长度表示为：

d＝H×cotθ_z＝L×sinβ×cotθ_z

其中，d为光伏组件表面阴影长度，L为光伏组件长度，β为光伏组件安装倾角，H为光伏阵列高度，θ_z为太阳高度角；

太阳高度角计算如下：

其中，为安装地点纬度，δ为太阳赤纬角，ω为时角；

根据光伏组件长度，安装倾角以及安装点地理位置即能够确定光伏组件表面阴影轨迹在1年中不同时间点的分布情况。

前述的设计光伏组件前后排遮挡实验，包括：