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光伏背板用 KPK 绝缘封装材料局部放电特性分析

来源:《中国高新科技》期刊    时间:2021-03-25    

  0.引言

  在光伏发电产业快速发展的背景下,大众对于光伏发电产品工作效率以及使用寿命提出了非常严格的要求。光伏组件作为整个光伏发电系统的核心部件,其性能水平与系统整体运行稳定性以及可靠性存在非常密切的关联性。光伏组件的构成情况较为简单,通常包括电池片、背板、玻璃以及EVA等部分。其中,背板位于光伏组件最外侧,承担着屏障作用,质量水平是否可靠,会直接对产品分装性能产生影响。目前技术条件支持下,KPK背板凭借其双面含氟材料的特性以及经济性优势,而被广泛应用于光伏发电产业实践中。对光伏背板用KPK绝缘封装材料局部放电特性进行研究与分析也有着非常重要的意义与价值。

  1.研究背景

  目前,在技术条件支持下,KPK背板凭借其双面含氟材料的特性以及经济性优势,而被广泛应用于光伏发电产业实践中。但随着相关应用经验的累积,工作人员发现受到高电压因素影响,KPK背板会出现一定程度的局部放电现象,导致系统绝缘性能早期失效,不但难以确保系统整体的应用质量,还会导致使用寿命大打折扣。从这一角度上来说,围绕KPK背板绝缘封装材料局部放电特性进行研究,对工作人员认识KPK背板绝缘老化机理,采取措施延长KPK背板使用寿命,具备非常重要的意义与价值。但目前研究领域的重点放在PET膜局部放电特性分析上,较少有研究从KPK背板整体入手对其局部放电特性以及绝缘性能进行分析,提示工作人员可通过对局部放电实验信号进行实时采集的方式,更进一步认识光伏发电用KPK背板的局部放电特性,为后续研究工作的开展做准备。

  2.实验平台搭建

  基于脉冲电流法搭建KPK背板绝缘封装材料局部放电实验平台。电源输出端口选择GK10010交流变频稳压电源装置,一旦输入端口电网电压出现波动,可及时补偿电压并调节电压幅值,以免实验数据受电压波动干扰而出现异常。

  在对光伏背板用KPK绝缘封装材料局部放电特性进行实验的过程中,选择340.0um标准厚度光伏KPK背板作为实验样品。局部放电特性实验前,通过物理手段对样品进行压平处理,以免实验数据受光伏背板表面褶皱影响。样品经无水酒精进行彻底清理,清除表面杂质与污物,经电力鼓风机装置充分干燥后放置于铜电极上。首先对光伏背板用KPK绝缘封装材料样品起始状态下的局部放电电压进行测定,记录数值1364V,然后将实验电压调整至标准电压1.1倍,以相对湿度45.0%~65.0%以及环境温度25.0℃为恒定条件,对放电30min、60min以及120min可变条件下的局部放电特性进行实验分析,对实验数据进行记录与汇总。

  3.局部放电特性分析

  在以上所搭建实验平台运行过程当中,为进一步对光伏背板用KPK绝缘封装材料的局部放电特性进行分析,需通过绘制局部放电相位分布图的方式,总结放电次数、相位、以及局部放电量之间的对应关系。图1~图3为放电30min、60min以及120min条件下的局部放电相位分布图。结合图1~图3可见:本次实验平台所应用光伏背板用KPK绝缘封装材料在正半周期放电现象集中在18°~85°范围内,负半周期放电现象则集中在198°~261°范围内,且正半周期、负半周期放电幅值存在一定的差异性。


图1 放电30min条件下的局部放电相位分布图

  图2 放电60min条件下的局部放电相位分布图

       图3 放电120min条件下的局部放电相位分布图

       从理论上来说,在应用实验平台对光伏背板用KPK绝缘封装材料局部放电性能进行分析的过程中,材料于正半周期以及负半周期所呈现出的放电规律应当呈现对称一致的关系。但导致本研究得出非对称一致关系结论的主要原因在于:局部放电过程当中,电极与光伏背板用KPK绝缘封装材料之间气体被电离击穿的程度存在一定差异性,不同气体相对于正半周期以及负半周期放电击穿的空间电荷呈现出不同的影响,进而干扰绝缘中的放电发展,导致通过实验平台模拟得出的局部放电相位图存在一定差异性。同时,图1~图3中还反应,放电幅值偏低的情况下,放电时间相对较短,同时放电频率相对较高;反之,放电幅值偏高的情况下,放电时间相对较长,同时放电频率相对较低。

  4.结语

  本文尝试围绕光伏背板用KPK绝缘封装材料的局部放电特性进行分析,通过搭建局部放电实验平台的方式,汇总实验数据,绘制局部放电相位分布图,对局部放电特性进行总结,得出以下两个方面的结论:①光伏背板用KPK绝缘封装材料在正半周期放电现象集中在18°~85°范围内,负半周期放电现象则集中在198°~261°范围内,且正半周期、负半周期放电幅值存在一定的差异性;②放电幅值偏低的情况下,放电时间相对较短,同时放电频率相对较高;反之,放电幅值偏高的情况下,放电时间相对较长,同时放电频率相对较低。

作者:张万辉

本文刊发于《中国高新科技》杂志2020年第22期

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