如何避免光伏組件產(chǎn)生隱裂

■ 劉美雙 曼蘇樂,2 劉靜 顧東壕

（1.上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院電氣工程系；2.國(guó)家能源智能電網(wǎng)(上海)研發(fā)中心；3. 上海市電力公司市區(qū)供電公司）

0 引言

借助電致發(fā)光(EL,Electroluminescenc)設(shè)備能快速有效地檢測(cè)出光伏組件的各種內(nèi)在缺陷。其中，隱裂的表現(xiàn)形式多樣且形成原因復(fù)雜，是本文研究的重點(diǎn)對(duì)象。隱裂是指通過目視不能直接發(fā)現(xiàn)，而通過EL成像、強(qiáng)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(xiàn)象。

文獻(xiàn)[1-4]介紹了EL成像檢測(cè)方法的基本原理，并通過I-V測(cè)試對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該檢測(cè)方法的準(zhǔn)確性；文獻(xiàn)[5-6]介紹了光伏組件缺陷EL檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案；文獻(xiàn)[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(jìn)行環(huán)境測(cè)試和安全測(cè)試，并對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)前后的EL圖片來判斷隱裂的變化趨勢(shì)；文獻(xiàn)[8]統(tǒng)計(jì)了隱裂在組件中的位置分布規(guī)律，并分析了可能引起隱裂的若干原因；文獻(xiàn)[9]介紹了不同朝向的裂紋在組件中位置分布的統(tǒng)計(jì)分析，設(shè)計(jì)了一個(gè)光伏組件應(yīng)變分布模擬實(shí)驗(yàn)，衡量機(jī)械載荷在不同電池片上的作用關(guān)系，并介紹了無外框柵線的電池片中裂紋導(dǎo)致的潛在電池片分離面積。

1 隱裂對(duì)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(lián)條將一定數(shù)量的電池片的正負(fù)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(nèi)產(chǎn)生的電流不能匯聚到主柵線上。此外，晶硅殘?jiān)赡軙?huì)在裂紋截面上搭接形成局部短路，使主電路漏電。這些都會(huì)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(lián)條和帶有外框的副柵線降低了裂紋數(shù)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(lián)通。但由于互聯(lián)條的基材為銅，其膨脹系數(shù)是硅的6倍，當(dāng)組件被安裝在室外后，受劇烈溫差影響產(chǎn)生循環(huán)熱應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致電池片各分裂的不同部分產(chǎn)生反復(fù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加劇它們與光伏組件主電路脫離。

EL測(cè)試與目測(cè)檢查電池片破損，二者在本質(zhì)上是相同的。有隱裂缺陷的光伏組件的質(zhì)量接收準(zhǔn)則可參照IEC 61215:2005《地面用晶體硅光伏組件——設(shè)計(jì)鑒定和定型》中關(guān)于嚴(yán)重外觀缺陷的規(guī)定：一個(gè)電池的一條裂縫，其延伸可能導(dǎo)致一個(gè)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(shù)量、形態(tài)，以及和主柵線的相對(duì)位置來對(duì)隱裂進(jìn)行分類。編號(hào)從Ⅰ～Ⅶ，各種類型的隱裂能造成收集電流障礙和互聯(lián)脫落的風(fēng)險(xiǎn)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(guān)。

3 產(chǎn)生隱裂的原因

光伏組件產(chǎn)生隱裂的原因較復(fù)雜。運(yùn)用魚骨圖法從人、機(jī)、料、法、環(huán)5個(gè)方面系統(tǒng)地分析了組件產(chǎn)生隱裂的原因，如圖2所示。

4 避免隱裂的措施

1)嚴(yán)格控制電池片來料品質(zhì)，合理選擇互聯(lián)條厚度、硬度和可焊性；

2)保持環(huán)境相對(duì)濕度低于60%，保證電池片經(jīng)過充分預(yù)熱后再實(shí)施焊接；

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

4)機(jī)器焊接應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控焊接質(zhì)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(kuò)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(yīng)充分降溫后才能進(jìn)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(yīng)避免翻轉(zhuǎn)和人工搬運(yùn)；

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

9)蓋緊接線盒盒蓋時(shí)用力應(yīng)適度，且臺(tái)面下對(duì)應(yīng)的位置應(yīng)設(shè)置一個(gè)較大面積的支撐；

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

5 結(jié)論

1) 根據(jù)隱裂的數(shù)量、形態(tài)和與主柵線的相對(duì)位置來確定互聯(lián)失效的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品接收準(zhǔn)則是造成單個(gè)電池片面積的減少不超過10%；

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

[1] 楊暢民, 張豪, 黃國(guó)鋒. 電致發(fā)光成像在晶體硅電池和組件質(zhì)量監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)建設(shè)動(dòng)態(tài): 陽光能源, 2009, (6):42－43.

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