光伏電站晶硅組件常見問題分析及優(yōu)化管理建議

張力夫 朱光輝 陳 貺

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

0 前言

隨著我國光伏發(fā)電站發(fā)展建設(shè)規(guī)模的擴大,部分光伏電站中光伏組件產(chǎn)品質(zhì)量問題逐漸突顯。根據(jù)近十幾年來國內(nèi)建成電站的統(tǒng)計數(shù)據(jù),在建成的并網(wǎng)光伏電站中,近半數(shù)電站的首年發(fā)電效率衰減為5.5%～11.5% (個別電站首年發(fā)電效率衰減超過15%)[1-2]。電站首年理論發(fā)電效率衰減應(yīng)為2.5%～3%,在壽命期內(nèi)逐年衰減不應(yīng)高于0.7%。

太陽能晶硅組件的造價成本在光伏項目的動態(tài)總投資中為47.5%～52.5%。與此同時,晶硅光伏組件在項目動態(tài)總投資里占全部設(shè)備投資的68.5%～79%。結(jié)合10 多年的工程建設(shè)經(jīng)驗和行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計數(shù)據(jù),在集中式地面電站、分布式電站、水面電站以及農(nóng)林結(jié)合的山地光伏發(fā)電站等眾多光伏電站中,太陽能組件發(fā)生質(zhì)量問題進而導(dǎo)致發(fā)電量下降的原因有兩方面:一是組件生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中發(fā)生的質(zhì)量品控問題,二是光伏系統(tǒng)設(shè)計或運行環(huán)境等因素造成的問題。本文將對影響太陽能晶硅組件的質(zhì)量問題進行深入分析和討論。

1 太陽能晶硅組件常見質(zhì)量問題與檢測方法

1.1 太陽能晶硅組件常見質(zhì)量問題

1)組件出現(xiàn)裂紋。裂紋包括肉眼無法識別的隱裂,會導(dǎo)致電池發(fā)電受阻,形成熱斑,甚至直接燒壞組件。

2)黑斑、黑團組件。經(jīng)太陽能晶硅組件電致發(fā)光缺陷檢測儀檢測,出現(xiàn)黑斑或黑團的組件無法如正常組件一樣發(fā)出紅外光,故紅外相片出現(xiàn)出黑心和黑斑。

3)機械損壞。在搬運或施工安裝運行中,晶硅電池組件由于外力的作用,出現(xiàn)表面破損、玻璃破裂、背板劃傷等損壞。

1.2 太陽能晶硅組件常用檢測方法

1)EL 檢測儀。太陽能晶硅組件電致發(fā)光缺陷檢測儀,是根據(jù)硅材料的電致發(fā)光原理對組件進行缺陷檢測及生產(chǎn)工藝監(jiān)控的專用測試設(shè)備。

2)熱斑檢查與紅外檢查。紅外檢查(IR)是發(fā)現(xiàn)問題組件的非常有效的方法,該檢查能夠發(fā)現(xiàn)組件是否存在功率損失并明確組件的熱斑位置。

3)組件I-V 性能檢測。光伏電站中的光伏組件的輸出性能存在差異,部分光伏組件的輸出功率接近或者低于額定功率。

2 太陽能晶硅組件問題原因分析

2.1 太陽能晶硅組件生產(chǎn)制造中常見問題及原因

正常晶硅組件是指EL 圖形中電池片亮度均勻、顏色基本一致、表面無明顯缺陷的組件[3-4]。以東北地區(qū)某項目為例,正常太陽能晶硅組件的EL檢測結(jié)果如圖1 所示。

圖1 正常太陽能晶硅組件EL 測試圖

在組件制造環(huán)節(jié)中,如果生產(chǎn)廠家選用的原材料品質(zhì)不佳,或受到其他雜質(zhì)污染,組件易出現(xiàn)黑心、黑團、黑斑等缺陷,EI 檢測圖如圖2 所示。

圖2 黑心、黑團、黑斑組件的EL 測試圖

在組件制造生產(chǎn)層壓組裝環(huán)節(jié)中,組件因各種受力擠壓碰撞會產(chǎn)生裂痕。如圖3、圖4 所示,組件的EL 檢測圖片會出現(xiàn)不均勻分布的黑色陰影區(qū)域(即組件受損或存在缺陷的癥狀)。

圖3 組件隱裂EL 測試圖

圖4 組件裂片EL 測試圖

2.2 太陽能晶硅組件在電站建設(shè)過程中常見問題分析

2.2.1 組件問題

在電站建設(shè)過程中,晶硅組件易因施工人員操作不規(guī)范而出現(xiàn)隱裂,背板劃傷等問題。以東北某大型光伏項目為例,項目建設(shè)期間運至現(xiàn)場的光伏組件共約20 萬塊,在建設(shè)前和建設(shè)中均按照規(guī)定進行了抽檢工作。對存在施工安裝人員不按規(guī)范安裝現(xiàn)象的區(qū)域進行重點抽查,發(fā)現(xiàn)了部分隱裂和碎片組件,比例約為萬分之一。此外,施工人員未按照施工技術(shù)方案進行搬運和組件安裝造成了背板劃傷問題組件的比例約為萬分之二,合計約40 塊。其中30 塊為施工人員未按照施工技術(shù)方案進行搬運和組件安裝而造成的問題組件。背板劃傷會影響組件及方陣的輸出功率。EL 檢測圖中黑色線狀陰影區(qū)域和組件背板劃痕的對應(yīng)關(guān)系如圖5 所示。

圖5 背板劃傷組件EL 測試圖和背板組件照片

2.2.2 組件試驗

2.2.2.1 EL 測試

為了驗證背板劃傷和暴力安裝會導(dǎo)致晶硅組件隱裂和裂片,進而影響組件發(fā)電效率,在電站建設(shè)期間,將備品組件進行了暴力破壞試驗[6-7]。選取了3 塊無隱裂、無劃傷的正常組件進行人工踩踏、背板劃傷的暴力破壞,并進行了EL 測試,發(fā)現(xiàn)組件出現(xiàn)隱裂和破壞(圖6)。

圖6 暴力踩踏和背板劃傷造成的隱裂、裂片組件EL 檢測圖

由圖6 可知,野蠻暴力施工作業(yè)如暴力踩踏、背板劃傷等會造成組件裂片和隱裂,使組件在運行過程中發(fā)熱出現(xiàn)熱班,降低發(fā)電功率,影響電站發(fā)電量。

2.2.2.2 光伏組件熱成像檢測

在東北某光伏電站的建設(shè)期,進行了熱成像抽檢檢測方案[5],抽撿200 塊組件均未發(fā)現(xiàn)熱斑,結(jié)果如圖7 所示。同時對抽檢合格組件進行暴力破壞,然后進行熱成像檢測,結(jié)果如圖8 所示。經(jīng)過破壞試驗后,組件熱斑明顯,表明組件性能遭到破壞。

3 太陽能晶硅組件質(zhì)量管理建議

圖7 正常組件熱成像檢測圖

從上述分析可知,太陽能晶硅組件產(chǎn)生缺陷進而影響項目正常運營的原因總體可以分為兩大類,即來料原因(即組件生產(chǎn)制造環(huán)節(jié))和后期人為原因(即電站施工建設(shè)及運維環(huán)節(jié))。太陽能晶硅組件作為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心元件,其質(zhì)量對于光伏電站投資者和總承包單位來說,至關(guān)重要。因此,在組件制造環(huán)節(jié)、后期建設(shè)安裝及運維過程中,一定要嚴格按照規(guī)定規(guī)范執(zhí)行。

圖8 暴力破壞性試驗組件熱成像檢測圖

3.1 把控產(chǎn)品源頭

首先,從選擇硅片的源頭嚴格把控,選用國內(nèi)或國際一線品牌廠商的電池片。組件制造的每個工序都要嚴格按照程序和規(guī)范執(zhí)行,并且做到及時發(fā)現(xiàn)問題及時反饋,嚴禁不良電池片流入下一道工序,同時將不良電池片退回供應(yīng)商以減少損失。其次,項目投資方或總承包建設(shè)方應(yīng)對入圍組件的供應(yīng)商名單嚴格把控。在組件招投標階段,對組件關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進行合理優(yōu)化并制定把控標準;在項目實施前期,選擇具有豐富經(jīng)驗和資質(zhì)的組件檢測單位和人員,駐廠監(jiān)造,這樣既保證產(chǎn)品質(zhì)量又能及時催促供貨,保證項目建設(shè)進度。

3.2 優(yōu)化管理現(xiàn)場施工安裝

在項目施工建設(shè)安裝過程中,光伏組件的運輸、吊裝、二次搬運、調(diào)試及安裝工作量較多,因此需要重點把控。

3.2.1 組件交接

1)在生產(chǎn)運輸環(huán)節(jié),要求制造商按照合同約定,明確責(zé)任,對光伏組件運輸保險按期如實投保,以保證雙方權(quán)益,保障設(shè)備質(zhì)量。

2)光伏組件設(shè)備運抵項目現(xiàn)場時,嚴格按照現(xiàn)場接收程序,交接驗收光伏組件設(shè)備。由于晶硅組件硬脆,應(yīng)嚴格按標準化“吊裝、搬運、存放”的流程進行。

3)為保證光伏組件后期的運行穩(wěn)定、平穩(wěn)發(fā)電,在開箱驗收外觀和合格性文件檢查的同時,嚴格執(zhí)行采用專業(yè)設(shè)備進行抽檢驗收工作。在光伏組件運抵施工現(xiàn)場后,根據(jù)到場時間、安裝部位、安裝方式的不同,進行隨機等比例抽檢,將不同批次的光伏組件送至專業(yè)檢測機構(gòu)檢驗。

3.2.2 組件存放

1)光伏組件需在現(xiàn)場指定區(qū)域或庫房單獨存放,并由保管員做好登記管理。

2)在施工安裝過程前,保管員需每日巡檢,避免組件出現(xiàn)丟失或人為損壞的現(xiàn)象。

3)室外存放組件時,需注意防雨、防潮;室內(nèi)存放需注意防火。

3.2.3 施工安裝

1)光伏組件安裝時不管采用螺栓連接還是壓塊連接的安裝方式,都應(yīng)連接牢固。同時需注意,對于帶邊框的光伏組件,必須嚴格按照圖紙執(zhí)行,有明顯的可靠接地。

2)光伏組件施工安裝時,除了要保護設(shè)備,還必須因地制宜,根據(jù)不同的安裝場景,制定相應(yīng)的施工組織方案和安全預(yù)案。例如,對于屋頂光伏項目、水面光伏項目等作業(yè)區(qū)域特殊的項目,必須嚴格審核施工組織方案。作業(yè)前,對作業(yè)人員進行安全教育和安裝方案的培訓(xùn);進行安裝作業(yè)時,對作業(yè)人員的安全文明施工實施檢查監(jiān)督,保障人員安全。

4 結(jié)束語

綜上所述,組件產(chǎn)品質(zhì)量及不良的原因繁多,包括生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的原材料問題和建設(shè)安裝環(huán)節(jié)的不規(guī)范操作,但是只要對組件的“生產(chǎn)-運輸-驗收-安裝-運維”環(huán)節(jié)進行科學(xué)管理,堅持“兩手同時抓,兩手都要硬”的原則,從組件制造源頭和項目建設(shè)運維角度對太陽能晶硅組件的質(zhì)量進行科學(xué)合理的質(zhì)量管理,就能保證電站組件的整體質(zhì)量,穩(wěn)定光伏電站發(fā)電量,保證建設(shè)方和投資者的收益。