■ 劉美雙 曼蘇樂,2 劉靜 顧東壕

（1.上海交通大學電子信息與電氣工程學院電氣工程系；2.國家能源智能電網(上海)研發中心；3. 上海市電力公司市區供電公司）

0 引言

借助電致發光(EL,Electroluminescenc)設備能快速有效地檢測出光伏組件的各種內在缺陷。其中，隱裂的表現形式多樣且形成原因復雜，是本文研究的重點對象。隱裂是指通過目視不能直接發現，而通過EL成像、強光或沾酒精透過裂紋等辦法能較容易觀察到電池片破損的一種光伏組件缺陷現象。

文獻[1-4]介紹了EL成像檢測方法的基本原理，并通過I-V測試對比實驗驗證了該檢測方法的準確性；文獻[5-6]介紹了光伏組件缺陷EL檢測系統的設計方案；文獻[7]介紹了將含有隱裂電池片的光伏組件按照IEC 61215:2005和IEC 61730-2:2004 進行環境測試和安全測試，并對比分析實驗前后的EL圖片來判斷隱裂的變化趨勢；文獻[8]統計了隱裂在組件中的位置分布規律，并分析了可能引起隱裂的若干原因；文獻[9]介紹了不同朝向的裂紋在組件中位置分布的統計分析，設計了一個光伏組件應變分布模擬實驗，衡量機械載荷在不同電池片上的作用關系，并介紹了無外框柵線的電池片中裂紋導致的潛在電池片分離面積。

1 隱裂對組件的危害

太陽電池片通過副柵線收集光生電流，然后將其匯聚到主柵線上。用互聯條將一定數量的電池片的正負極主柵線通過焊接連接起來，形成光伏組件的物理電路。圖1a是光伏組件中一片完好電池片的EL圖像。圖1b中裂紋造成了副柵線斷裂，使得在裂紋與電池片邊緣包圍的面積內產生的電流不能匯聚到主柵線上。此外，晶硅殘渣可能會在裂紋截面上搭接形成局部短路，使主電路漏電。這些都會影響光伏組件的輸出功率。

圖1 完好的和隱裂的電池片EL圖像

焊接的互聯條和帶有外框的副柵線降低了裂紋數量和阻礙電流收集的影響。圖1c和圖1d中，分裂的部分依然保持電路聯通。但由于互聯條的基材為銅，其膨脹系數是硅的6倍，當組件被安裝在室外后，受劇烈溫差影響產生循環熱應力，會導致電池片各分裂的不同部分產生反復的相對運動，加劇它們與光伏組件主電路脫離。

EL測試與目測檢查電池片破損，二者在本質上是相同的。有隱裂缺陷的光伏組件的質量接收準則可參照IEC 61215:2005《地面用晶體硅光伏組件——設計鑒定和定型》中關于嚴重外觀缺陷的規定：一個電池的一條裂縫，其延伸可能導致一個電池10%以上的面積從組件的電路上減少[10]。

2 隱裂的分類

按照裂紋的數量、形態，以及和主柵線的相對位置來對隱裂進行分類。編號從Ⅰ～Ⅶ，各種類型的隱裂能造成收集電流障礙和互聯脫落的風險逐漸降低。但在各種具體情況中，隱裂造成影響的大小與各自潛在的失效面積大小有關。

3 產生隱裂的原因

光伏組件產生隱裂的原因較復雜。運用魚骨圖法從人、機、料、法、環5個方面系統地分析了組件產生隱裂的原因，如圖2所示。

4 避免隱裂的措施

1)嚴格控制電池片來料品質，合理選擇互聯條厚度、硬度和可焊性；

2)保持環境相對濕度低于60%，保證電池片經過充分預熱后再實施焊接；

3)手工焊接應保持手勢輕、快、平，避免產生虛焊和過焊，避免按壓電池片，尤其在串焊模板上；

4)機器焊接應嚴格監控焊接質量，避免虛焊、過焊和焊帶偏移；

5)重視層壓前的EL檢查，隱裂盡量在層壓前返修，以免層壓造成隱裂擴大；

表1 隱裂的分類

圖2 光伏組件隱裂原因分析魚骨圖

6)層壓后的組件應充分降溫后才能進行削邊，宜采用玻璃面向下的方式削邊和裝框；

7)裝框前的層壓件應避免翻轉和人工搬運；

8)削邊和預組框等工作臺面應足夠大，組件居中放置后，其邊緣到臺面邊緣的距離應大于200 mm；

9)蓋緊接線盒盒蓋時用力應適度，且臺面下對應的位置應設置一個較大面積的支撐；

10)宜采用鋼架托盤或雙層木托盤來周轉平放的組件，使用液壓車時貨叉應完全穿過托盤。

5 結論

1) 根據隱裂的數量、形態和與主柵線的相對位置來確定互聯失效的風險，對應的產品接收準則是造成單個電池片面積的減少不超過10%；

2) 避免組件產生隱裂的基本原則是在層壓前應著重保證焊接質量，在層壓后避免組件受力造成局部變形過大。

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