太陽能電池組件隱裂在清裝工序中的控制

呂 濤，趙科巍，申開愉，張 波，王 鈺

（山西潞安太陽能科技有限責任公司，山西 長治 046000）

引言

伴隨社會不斷發展，社會對能源的需求不斷增加，由于石油、天然氣、煤炭等不可再生資源數量不斷降低，尋找新能源成為了有關人員重點關注問題。作為地球最豐富的可再生資源之一——太陽能備受有關人員關注。正因如此，太陽能光伏行業發展速度得到了提高，市場競爭日益激烈，各大廠家對成本控制與質量提高兩項工作關注度不斷提高。隱裂問題是指太陽能電池組件中的不良現象，可以影響組件性能，降低其使用壽命，有關人員應提高對此問題關注度，以保證太陽能光伏產業發展不受影響，發揮太陽能電池組件最大價值。

1 太陽能電池組件生產工藝流程

工藝流程：電池分選-單串焊-疊層-層壓-裝框-清洗固化-測試-包裝。

現階段，有關人員將太陽能電池組件生產流程進行了細化，將其分為層壓前、層壓后以及包裝前的EL測試三大部分，然后還包括有一些小工序。

在實際生產中，如果技術人員操作不規范將會出現隱裂問題。而對存在隱裂問題的太陽能電池進行返修，不僅會增加生產成本，應用風險也會有所提高。假設以已完成層壓的組件為例，此工作階段太陽能電池組件內部玻璃、EVA、電池片、背板等材料已經融合在一起，如果對隱裂位置進行更壞，則需要廠家支付更多成本。也就是說，在實際生產中，技術人員應嚴格遵守相關規定，不定期進行檢查，降低隱裂問題發生概率，保證太陽能電池組件生產質量[1]。

2 太陽能電池組件隱裂問題出現原因及解決措施

2.1 太陽能電池組件隱裂問題出現原因

太陽能電池組件各個生產流程都可能引發隱裂問題發生。以某太陽能光伏企業組件生產線某班組工作情況為例，對其進行調查發現，在層壓前階段所產生隱裂情況，可以借助返工操作進行彌補。基于此，在后續研究中，針對層壓后各道工序所產生的隱裂問題進行了具體分析，并針對所總結原因提出了具體意見。對調查結果進行分析發現，因清裝工序所引發的隱裂問題在所有隱裂問題中的占比高達95.43%，即如何解決清裝工序隱裂問題應成為技術人員重點關注內容[2]。

清裝工序主要作用是為完成層壓的半成品組件安裝鋁邊框與接線盒，對組件表面所黏附的EVA 溢膠以及組裝時溢出的硅膠進行清理。操作結束后，需要將其送入加濕固化裝置等待硅膠固化，放置時間在10 h～12 h。清裝工序屬于自動線流水作業，如果傳輸設備不平整或在運行過程中產生較大震動，則都可能引發隱裂問題。具體如下：

1）組框機頂升、翻轉機吸盤不平整，在運行時產生較大沖擊力。在此次調查過程中，該班組共生產了540 塊組件，進行了四次EL 測試，分別是組框前、組框后、翻轉機翻轉前以及翻轉后。對調查結果進行分析發現，組框前與組框后共有33 塊太陽能電池組件發生隱裂問題，在總數中的占比為6.11%；翻轉機翻轉前以及翻轉后共有28 塊太陽能電池組件發生隱裂問題，在總數中的占比為5.19%。在實際生產中，由于組框機頂升與翻轉機吸盤一直處于使用狀態，因此會產生不同程度磨損，以致于出現組框機頂升、翻轉機吸盤不平整問題。如果發生此類問題，則在后續生產時，對組件所造成的沖擊力也存在一定差異，以至于組件平面發生形變，出現隱裂問題。

2）線體傳輸單元之間間隙過大。對翻轉機后方單元組件進行分析可知，相關傳輸單元并未處于同一平面，以至于在流水線生產過程中組件會出現下墜情況，導致組件玻璃面與傳輸軌道線體發生碰撞，進而產生形變。借助隨機抽取方法選擇100 塊組件進行測試發現，經過EL 測試后，共新增隱裂組件3 塊，隱裂問題發生概率約為3%。

3）托盤組件數量較多。將所生產組件分成若干份放置在托盤中，然后開展EL 測試，測試結果表明，當托盤組件數量超過20 塊時，隱裂問題發生概率明顯提高[3]。

2.2 太陽能電池組件隱裂問題解決措施

為解決上述問題，在實際工作中，技術人員可以借助以下措施降低隱裂問題發生概率：

1）借助水平儀等設備對組框機頂升進行校準，使用四角誤差法組成拼裝面積，提高組件與頂升二者的接觸面積，降低組件所承擔振動，降低隱裂發生概率。

2）借助水平儀等設備對組框機頂升進行校準，調整固定吸盤所用螺母的位置，然后在其中增加一塊玻璃，調整吸附氣壓使其可以剛好完成玻璃吸附，降低隱裂發生概率[4]。

3）對線體傳輸單元支撐腳進行優化，借助水平儀等設備對傳輸軌道進行校準，提高組件傳輸過程穩定性，降低組件所承擔震動，降低組件磕碰概率，降低隱裂發生概率。

4）控制托盤組件數量，降低隱裂發生概率。

3 工程概況

3.1 工程實例

為驗證前文所講述內容，筆者借助工程實例進行了驗證。所選擇工程實例為在山地建設的集中式光伏電站，共擁有場區方陣20 個，所選擇逆變器為集中式逆變器，總裝機容量20 MWp，擁有太陽能電池組件79 000 塊，每21 塊電池組件組成一個電池組，具體排列方式為3 行×7 列，表1 為太陽能電池組件發電參數實測表[5]。

表1 太陽能電池組件發電參數實測結果表

3.2 隱裂危害及檢測方式

3.2.1 隱裂危害

隱裂是指太陽能電池組件在完成封裝后，由于所受機械力或熱應力較大，導致電池電源出現肉眼無法發現的細微裂紋。隱裂的存在會對太陽能電池組件性能造成影響。限制電池組件性能。

太陽能電池組件電流傳輸原理為：由細柵線完成電流收集，然后將其傳遞給主柵線路，在借助互聯條將各個電池組件正負極主柵線路連接在一起，為光伏組件提供電能。太陽能電池組件電流大小與電池片發電面積二者而反比關系，如果存在隱裂問題，則可能會引發細柵線斷裂問題，導致所產生電流無法及時傳遞給主柵線，導致電池片無法發揮自身實際作用[6]。當太陽能電池組件內部光伏板存在隱裂問題，則線路整體電能供應效果由隱裂電池片決定。如果電池片失效面積較大，無法形成負載，則會引發短路情況，具體情況如圖1 所示。

圖1 隱裂對太陽能電池組件發電功率的影響

除此之外，在裂紋截面的晶硅殘渣會搭接在一起，導致出現局部短路問題，導致主電路漏電，進而對其輸出功率造成影響。并且，伴隨機械載荷不斷增加，電池組件隱裂程度也將持續增加，進而會引發開路性的破損。當隱裂情況增加到一定程度時，還會引發熱斑效應，導致隱裂電池片局部溫度不斷提高，導致組件封裝材料老化速度不斷提高，對太陽能電池組件電流輸出功能造成影響，降低組件使用壽命[7]。

對太陽能電池組件隱裂問題進行收集可知，可以將其細化為六種，分別是樹狀裂紋、綜合型裂紋、+45°/-45°斜裂紋、平行于柵線、垂直于柵線、貫穿整個電池片的裂紋，具體情況如圖2 所示。不同裂紋形狀會對太陽能電池組件造成不一樣的影響。對晶硅電池板結構進行分析可知：垂直于主柵線的細柵線主要功能為電流收集，因此當太陽能電池組件出現平行于主柵線、垂直于細柵線的裂紋，則會對太陽能電池組件電流收集能力造成影響，導致電池片部分功能受損[8]。以德國ISFH 研究所研究成果為例：50%的電池片受損與平行于主柵線的隱裂有關，斜裂紋、樹狀裂紋、綜合性裂紋影響都在14%～20%，由垂直于主柵線的隱裂產生衰退的電池片只有1%。

圖2 太陽能電池組件隱裂形狀

3.2.2 檢測方式

由于隱裂較小，工作人員無法借助肉眼進行識別，因此在實際檢測過程中，工作人員需要借助相關儀器設備。對現階段太陽能電池組件隱裂檢查手段進行收集可知，除前文所提到的EL 測試外，還有電子散斑干涉法、光致發光（PL）測試、超聲波諧振探測法等方法。在實際工作中，工作人員應結合實際情況進行選擇[9]。

3.3 隱裂風險控制措施

3.3.1 原材料質量控制

結合相關于要求對太陽能電池組件生產原料進行檢查，結合實際情況控制互聯通厚、硬度以及可焊性。

3.3.2 生產過程的風險控制

嚴格遵守相關規定，確保工藝參數符合生產標準、提高對生產過程檢試驗管理關注度，對生產設備進行優化，提高生產線工人操作規范性，具體措施如下：

1）層壓前重點控制焊接質量，電池片需經過充分預熱后再實施焊接，焊接時避免虛焊、過焊和焊帶偏移，避免按壓電池片。

2）提高層壓前EL 檢查重視程度，盡量在層壓前完成隱裂返修，避免之后的操作導致隱裂擴大[10]。

3）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，裝框前的層壓件應避免翻轉和人工搬運。

4）確保削邊和預組框等工作臺面積足夠大，在工作中，組件處于中間位置，組件邊緣與臺面邊緣之間的距離不得低于200 mm。

5）借助鋼架托盤或雙層木托盤來協調所存放組件關系，借助叉車進行轉運時，貨叉必須完全穿過托盤。

4 結語

通過本文論述可知，隱裂問題是影響太陽能光伏企業發展、限制太陽能電池組件發揮自身價值的關鍵問題。因此在實際操作中，除使用本文所講述內容提高清裝工序工作質量，降低隱裂問題發生概率外，還應用通過工作人員培訓，提高實際工作質量，提高操作規范性，以降低隱裂問題發生概率，挖掘太陽能光伏電池組件潛能。