組件隱裂的成因及防范措施

程鵬+趙俊

摘 要：隱裂是太陽能電池組件的一種不良現(xiàn)象，主要指組件內(nèi)部出現(xiàn)肉眼無法察覺的裂縫，是太陽能電池組件中被嚴格控制的缺陷。文章通過對隱裂成因進行分析，從而制定出防范措施，以求切實保護光伏運行能力，控制設(shè)備生產(chǎn)、運行過程中的風(fēng)險因素。

關(guān)鍵詞：光伏組件；隱裂；防治措施

中圖分類號：TM615 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0092-02

引言

自1954年D.M.Chapin，C.S.Fuller和G.L.Pearson在貝爾電話實驗室發(fā)明首款單晶硅電池組件以來，光伏行業(yè)在全球范圍開始了大規(guī)模的快速發(fā)展?，F(xiàn)如今市場競爭日趨激烈，各太陽能電池組件生產(chǎn)廠商無不在降低成本和提升質(zhì)量上精益求精，電池組件隱裂問題也受到越來越多的客戶及制造商的重視。隱裂是電池組件中較為常見的故障形式，由于其成因及表現(xiàn)形式多樣，對光伏項目投資收益影響巨大，現(xiàn)階段尚無有效控制隱裂的相關(guān)措施。故而加強避免電池組件產(chǎn)生隱裂的討論具有較高的實際意義。

1 電池組件隱裂的形成原理及危害

隱裂是一種無法通過肉眼直接發(fā)現(xiàn)的組件破損缺陷現(xiàn)象。目前較常用的檢測方法有EL成像、強光或沾酒精透過裂紋觀測。其中EL檢測儀利用晶體硅的電致發(fā)光原理檢測出隱裂等電池片內(nèi)部缺陷，是一種較為準確的方式[1]。

太陽電池組件通過副柵線收集光能產(chǎn)生的電流，然后將其匯聚到主柵線上。用互聯(lián)條連接電池組件的正負極主柵線，進而形成電池組件的物理集電電路。若如圖1中組件出現(xiàn)隱裂，導(dǎo)致組件其中一根副柵線斷裂，那么該副柵線將無法采集裂紋附近電池片所產(chǎn)生的電流，從而導(dǎo)致電池組件發(fā)電效率的降低。

光伏組件隱裂會導(dǎo)致組件發(fā)電效率降低，若隱裂情況較為嚴重時，可能會產(chǎn)生開路性故障，誘發(fā)熱斑效應(yīng)。使組件運行中局部區(qū)域過熱，發(fā)電功率內(nèi)部消耗，加速光伏組件老化及功率衰減，影響組件使用壽命，更有可能引發(fā)燃燒及火災(zāi)，給光伏電站帶來財產(chǎn)及收益損失，給運維人員人身安全帶來傷害。

2 電池組件產(chǎn)生隱裂的誘因

電池組件產(chǎn)生隱裂的原因較為復(fù)雜，本文從5個方面分析其成因：

（1）原料因素：原材料的缺陷是組件產(chǎn)生隱裂的主要因素，電池片原材料的好壞直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。電池片是由硅棒經(jīng)生長、切割、印刷、燒結(jié)等工序生產(chǎn)而成。晶體硅純度不夠，晶體硅電池片曲度過大，EVA材料橫、縱向收縮率過大等均會造成電池組件生產(chǎn)中發(fā)生隱裂。

（2）工藝因素：電池組件生產(chǎn)中要經(jīng)過分選、單串焊、疊層、層壓、裝框、清洗固化、測試、包裝等環(huán)節(jié)，具體詳見圖2。

在生產(chǎn)工序中使用不正確的工藝，同樣會造成電池組件的隱裂。例如：單焊時焊接加熱板溫度過低、焊接溫度過高、焊接速度過慢、層壓參數(shù)設(shè)置不合理、抽真空壓力過大、過快均會導(dǎo)致組件產(chǎn)生隱裂。

（3）設(shè)備因素：在電池組件生產(chǎn)過程中串焊機、層壓機、裝框機都對電池組件直接施加作用力，若設(shè)備出力設(shè)置不當或設(shè)備出現(xiàn)故障都將造成電池組件的隱裂。單串焊工序中使用的烙鐵頭若長時間使用下不及時處理，會導(dǎo)致烙鐵頭凹坑部分凹凸不平，造成焊接時用力不均，最終導(dǎo)致電池組件隱裂。

（4）人為因素：電池組件人為因素造成的隱裂比較多，生產(chǎn)、運輸、安裝、運維等各環(huán)節(jié)中均有發(fā)生。雖然現(xiàn)在生產(chǎn)中大量使用自動化設(shè)備，但在疊層、裝框、清洗等工序中，仍需人工搬運固定，在搬運過程中會因手指按壓、上下貨路途顛簸而造成隱裂。另外工人安裝、清洗過程中操作不規(guī)范也會造成組件發(fā)生隱裂，如施工人員踩在組件上安裝；運維人員站在組件上清理組件等不規(guī)范的操作。

（5）環(huán)境因素：最后在電池組件的使用過程中，由于受到環(huán)境的影響，也會造成光伏組件的隱裂。例如強風(fēng)天氣時組件的劇烈抖動；大雪過后組件表面承受積雪的不均勻壓力；冰雹天氣時組件受到冰雹的劇烈沖擊等都可能會產(chǎn)生隱裂。

3 避免隱裂的防范措施

（1）從原料因素上，采購時要嚴格控制電池片的質(zhì)量，互聯(lián)條與匯流條應(yīng)盡量使用軟態(tài)焊帶，降低電池片與硅片的熱應(yīng)力，同時厚度、硬度、抗腐蝕性和可焊性均應(yīng)嚴格滿足規(guī)范要求。

（2）從工藝因素上，應(yīng)從各工序環(huán)節(jié)嚴格把控生產(chǎn)質(zhì)量。焊接時應(yīng)保持焊接臺潔凈，及時清理焊渣。手工焊應(yīng)遵循輕、平、穩(wěn)的原則，避免產(chǎn)生虛焊、過焊、焊帶偏移等。疊層時應(yīng)使用吸盤工裝，輕吸輕放，不可用手直接轉(zhuǎn)移。層壓前的EL檢查應(yīng)尤為重視，發(fā)現(xiàn)隱裂需在立刻返修，以免層壓中隱裂擴大。層壓后的組件應(yīng)進行充分降溫后才能削邊和裝框，如裝框后邊緣有錯位、翹起的情況，切不可用錘子直接調(diào)整。接線盒盒蓋封蓋時應(yīng)小心謹慎，避免用力過猛，臺面下的支撐物面積應(yīng)足夠大。

（3）從設(shè)備因素上，應(yīng)精確控制串焊機、層壓機、裝框機等設(shè)備出力參數(shù)，避免壓力過大造成隱裂。焊機烙鐵頭應(yīng)及時清理，組件倒運的木質(zhì)托盤應(yīng)采用雙層結(jié)構(gòu)，并使用硬度較高的實木材質(zhì)，以防光伏組件受外力發(fā)生變形，產(chǎn)生隱裂。

（4）從人為因素上，在搬運過程中要讓搬運人員充分認識到光伏組件的特性，搬運中要注意輕拿輕放，必須將組件豎起搬運，減少震動與顛簸，不可用手指直接按壓電池片。在吊裝作業(yè)中，要嚴格執(zhí)行起吊規(guī)范要求，不可多個包裝箱一同起吊裝。安裝運維時，嚴禁人員倚靠、踩踏光伏組件，夾具應(yīng)在鋁制邊框處加緊，不可接觸玻璃表面。清洗組件時設(shè)備對組件的沖擊壓力必須控制在一定范圍內(nèi)，避免不當受力引起隱裂。

4 結(jié)束語

隱裂伴隨著整個光伏組件生產(chǎn)、使用過程而產(chǎn)生，若不能在各環(huán)節(jié)進行有效的控制，將會導(dǎo)致光伏組件發(fā)電效率降低，進而引起一系列的設(shè)備安全問題。本文簡單分析了隱裂的形成原因，并針對性的提出了一些隱裂防治措施，具有一定的可行性。但國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)方興未艾，行業(yè)內(nèi)對組件隱裂的認識還有待進一步提高，相關(guān)技術(shù)驗收規(guī)范也有待完善。相關(guān)工作人員還需繼續(xù)加深理解，加強質(zhì)量管控，協(xié)力推動光伏產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。

參考文獻：

[1]楊萍.光伏組件工藝對隱裂的影響和改善[J].科技資訊（工業(yè)技術(shù)），2014，21（17）：82-83.

[2]李長嶺.隱裂對光伏組件性能影響的研究[J].上海有色金屬，2012，33（4）：180-183.

[3]王盛強，李婷婷.晶體硅組件電致光（EL）檢測應(yīng)用及缺陷分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（01）：89-90.endprint