關(guān)于光伏組件產(chǎn)生隱裂的原因及防治措施

王 超 姜玉立 龐茂蛟 井國順 郭生全

1. 國能（共和）新能源開發(fā)有限公司 青海 西寧 810000

2. 山東電力建設(shè)第三工程有限公司 山東 青島 266000

光伏組件是太陽能發(fā)電最最核心的部分之一，其質(zhì)量的好壞直接決定了光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率，影響光伏組件質(zhì)量好壞的因素有多種，而其中一種比較重要的不良因素就是隱裂，由于光伏組件隱裂的成因及表現(xiàn)形式多種多樣，且對光伏電站投資收益會產(chǎn)生十分巨大影響，這是一種用眼睛幾近無法察覺的裂隙，假若不進行及時有效的處置，可能會造成光伏組件電池片部分損壞或者電流的缺失，乃至可能導(dǎo)致光伏組件電池片出現(xiàn)斷路現(xiàn)象，將在很大程度上導(dǎo)致光伏組件的發(fā)電效力，目前暫時還沒有比較好的控制隱裂的方法。本文主要針對出現(xiàn)隱裂的相關(guān)因素，從設(shè)備出廠、運輸、儲存、安裝等階段，提出控制隱裂產(chǎn)生的措施，防止隱裂的發(fā)生，檢測組件的運行狀態(tài)，以求切實保護光伏組件運行能力，從而確保工程質(zhì)量，提升公司質(zhì)量管理水平。

1 什么是光伏組件隱裂

隱裂是指太陽能電池片的一種比較常見的缺陷，通俗點來講就是一些人眼無法看見的毛細裂紋，太陽能電池片因其本身晶體結(jié)構(gòu)的獨特性質(zhì)，致使其十分容易產(chǎn)生裂紋，在太陽能晶體硅電池片生產(chǎn)工藝流程中，大多數(shù)工藝環(huán)節(jié)（比如受到較大機械力或熱應(yīng)力時）都有可能出現(xiàn)組件隱裂。

其隱裂產(chǎn)生的原理大致是由晶硅太陽能電池片工作產(chǎn)生的電流主要靠其自身相互垂直的主、副柵線收集和導(dǎo)流，光伏組件經(jīng)過副柵線收集太陽光生伏打產(chǎn)生的直流電流，使電流匯流到電池片主柵線上，通過光伏電池片上的電流互聯(lián)條連接電池片上的正負極柵線，然后形成電池片的物理集電電路。在光伏組件電池片中垂直于主柵線的隱形裂紋一般不會對副柵線造成影響，由此造成太陽能電池片失效的情況微乎其微。相關(guān)研究表明，太陽能電池片中某一個的失效不工作面積在8%以內(nèi)時，對太陽能電池片的功率影響可以忽略不計，并且太陽能電池片中有大約2/3的斜條紋隱形裂紋對光伏板功率的影響基本不存在。

但是，當(dāng)隱裂(多為平行于主柵線的裂紋)導(dǎo)致光伏電池片當(dāng)中某一根副柵線斷裂，則此副柵線不能采集裂紋周邊電池片發(fā)出的電流，從而導(dǎo)致光伏組件電池片部分或者整片無法工作，同時引起組件的功率衰減，發(fā)電效率大幅度降低。

太陽能電池片隱形裂紋發(fā)展嚴重時，將會致使電池片功率出現(xiàn)不同程度的損失。裂紋對組件電性能的影響小，而裂片對組件功率損失非常大；老化試驗，即組件在工作或非工作的情況下，溫、濕度變化可能會引起電池片隱裂加劇；組件中沒有隱裂的電池片比有隱裂的電池片抗老化能力強[1]。太陽能電池片隱形裂紋可能會使光伏組件發(fā)電效率降低，若太陽能電池片隱形裂紋情況發(fā)展比較嚴重時，也會產(chǎn)生組件電壓開路故障，促使組件產(chǎn)生熱斑效應(yīng)，進一步加速太陽能電池片的衰減老化，從而影響太陽能電池片使用壽命，甚至還有可能引發(fā)電池片短路起火現(xiàn)象，給光伏電站造成極大損失，給相關(guān)運行維護人員的人身健康安全帶來嚴重傷害。所以說，雖然光伏組件隱形裂紋是太陽能晶硅電池常見的問題，但應(yīng)當(dāng)對此高度重視。

2 光伏組件隱裂的形式

光伏組件隱形裂紋的形式多種多樣，其中最為常見的有以下幾種：

線性隱裂：以電池邊沿、主柵線、圓弧角(倒角) 位置為起點，呈45°左右直線延伸裂開，裂縫及附近區(qū)域較暗或裂縫附近區(qū)域無明顯異常。裂縫長度跨越兩條主柵線或超過兩個主柵線之間1/3距離。

缺角：指在EL圖像中邊角位置呈現(xiàn)的三角形黑色區(qū)域，但在外觀檢驗中這一區(qū)域并未呈現(xiàn)缺損。

十字隱裂：在電池某區(qū)域，兩條明顯黑線呈十字架狀向外延伸，或以主柵上一點為起點，兩根黑線呈近90°向外延伸。

電池混檔：電池之間電性能參數(shù)的不同導(dǎo)致EL圖像明暗度呈現(xiàn)非常明顯的差異。

碎片：電池呈現(xiàn)尖銳的三角或不規(guī)則黑色區(qū)域，整個電池EL外觀極差。

電池短路：EL圖像中單片電池或多片電池完全不發(fā)光。

黑芯片：EL圖像中心區(qū)域呈現(xiàn)同心圓狀暗色或黑色的電池。

黑線：電池上出現(xiàn)較細的黑線，任意角度，延伸方向略微彎曲，且不一定連續(xù)。與隱裂相比，線條顏色較淺。

虛焊：由于電池串焊工序操作不當(dāng)導(dǎo)致的EL圖像中電池主柵附近較亮，其他區(qū)域正常的現(xiàn)象。

工藝污染片：由于電池加工過程中導(dǎo)致的電池EL圖像表面區(qū)域性發(fā)暗甚至發(fā)黑的電池。

網(wǎng)帶?。河捎陔姵?zé)Y(jié)過程出現(xiàn)的缺陷，導(dǎo)致其EL圖像呈現(xiàn)規(guī)律性的分布幾個小黑點或波浪形網(wǎng)帶印痕跡。

區(qū)域斷柵：電池EL圖像中沿著細柵所出現(xiàn)的筆直的黑色區(qū)域的現(xiàn)象。

3 光伏組件產(chǎn)生隱裂的原因

光伏組件產(chǎn)生隱裂的原因較為復(fù)雜，且表現(xiàn)形式較為多樣化，它可產(chǎn)生于光伏組件壽命期的每個階段，包括光伏組件的原材、設(shè)計、加工、打包、運輸、存放、安裝、運行維護，究其原因，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 人為因素

人為因素產(chǎn)生的電池組件隱形裂紋較多，原材、設(shè)計、加工、打包、運輸、存放、安裝、運行維護等各環(huán)節(jié)中都有發(fā)生，大多數(shù)施工工人對光伏電池組件的物理、電化學(xué)性能認識不到位，在工作前未能按要求進行相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)培訓(xùn)，致使光伏組件在各階段過程中的質(zhì)量控制不夠嚴謹。盡管目前在光伏組件的生產(chǎn)制造中大量使用機械化設(shè)備，但是在光伏組件電池片的生產(chǎn)工藝中，無法避免人工大量參與，還有機械設(shè)備來回周轉(zhuǎn)搬運、施工工人暴力裝卸造成箱體歪斜，致使包裝箱內(nèi)部分組件分散，當(dāng)二次搬運時包裝箱體內(nèi)的組件晃動十分容易造成組件的對角式隱形裂紋；運輸、存放過程中的管理松懈，人為的組件包裝箱體擺放傾斜、擠壓，使組件受力不均勻產(chǎn)生局部擠壓隱形裂紋；施工現(xiàn)場工人不規(guī)范拆箱，使組件任意零散堆放，磕碰受力產(chǎn)生隱裂；工人搬運、安裝過程中的不規(guī)范操作，如單人背組件、利用頭部頂組件，人為腳踏等，在光伏組件的二次挪運過程中也會因工人抬組件時的局部按壓、暴力拖拽造成隱裂；組件安裝完成后未緊固螺栓到規(guī)定扭矩值，易造成U型隱裂、平行分布隱裂等；在清洗太陽能電池組件時操作不當(dāng)有時也會造成組件隱裂，如運行維護人員站在光伏組件上清理灰層雜物時導(dǎo)致組件局部受力不平衡產(chǎn)生的隱裂等。

3.2 機械設(shè)備因素

在太陽能組件生產(chǎn)制作過程中串焊、層壓、裝框皆會對太陽能組件產(chǎn)生一系列的外力，若機械設(shè)置不當(dāng)或設(shè)備出現(xiàn)故障將會造成太陽能電池片的隱形裂紋。在電池組件運輸安裝過程中叉車設(shè)備裝卸貨暴力施工，運輸車輛大幅度顛簸，施工場地內(nèi)機械設(shè)備的二次倒運，木質(zhì)托盤質(zhì)地軟弱易變性等，使得組件表面受力不均，造成組件線性隱裂、網(wǎng)狀隱裂等。

3.3 組件原材料因素

光伏組件的原材料主要有電池片、涂錫銅帶、EVA、背板、鋼化玻璃、鋁邊框、硅膠、接線盒。倘若這些原材料存在缺陷將直接影響著太陽能光伏組件的產(chǎn)品質(zhì)量，電池片是用半導(dǎo)體材料制成的，倘若晶體硅的純凈度不足，撓度變形過大；涂錫銅帶生產(chǎn)時電極引出不牢固、韌性不足；EVA熱熔膠粘劑材料側(cè)向變形過大；背板耐老化、耐腐蝕性能降低；鋼化玻璃承重和載荷性能不達標(biāo)；鋁邊框密封性能和整體機械強度不夠等都會使太陽能組件發(fā)生隱形裂紋。還有來料時電池片的撓度過大，在層壓時受到抽真空的擠壓就會產(chǎn)生隱裂。

3.4 管理因素

在施工管理過程中，存在很多不規(guī)范的操作，大多數(shù)是因為組織流程、技術(shù)交底不清引起的，如起吊流程存在問題易發(fā)生大幅晃動，產(chǎn)生隱裂；作業(yè)指導(dǎo)書編寫過于繁雜，方法步驟不夠清晰，工人不能深刻理解作業(yè)內(nèi)容，容易造成操作失誤，導(dǎo)致組件隱裂的情況產(chǎn)生。

3.5 環(huán)境因素

光伏組件需要長期暴露在戶外惡劣的自然環(huán)境中，在這種不確定的環(huán)境中光伏組件隱裂的風(fēng)險也大大提高，比如異常惡劣的大風(fēng)天氣會使組件產(chǎn)生劇烈反復(fù)的抖動、撕扯；雨雪、沙塵暴天氣會使組件表面遭受不均勻外力作用；冰雹對組件造成局部劇烈沖擊等都可能會使其產(chǎn)生隱裂，并有可能使已存在的隱裂繼續(xù)延伸，最終出現(xiàn)失效面積，使組件功率降低。

總之，隱裂伴隨著整個光伏組件壽命周期全過程，有著較為復(fù)雜的表現(xiàn)形式，隱裂發(fā)生的根源不可能消除，但可以從各階段、多方面有效的控制。

4 光伏組件隱裂的控制措施

從上述全壽命周期影響太陽能光伏組件發(fā)生隱形裂紋的各種原因分析來看，人為因素是太陽能光伏組件產(chǎn)品質(zhì)量最難把控的一環(huán)，成為太陽能光伏組件最容易發(fā)生隱裂的地方。由于本人一直從事現(xiàn)場施工管理工作，那么我就從現(xiàn)場施工過程管理中太陽能光伏組件的隱裂原因著眼，對怎樣控制太陽能光伏組件隱裂進行詳實分析，對人為因素實施重點控制：

4.1 光伏組件到貨驗收和卸貨要點

太陽能光伏組件一般采用大型平板運輸車輛，每車28箱左右，每包裝箱31塊左右，采用雙層疊放運輸，運送車輛到達現(xiàn)場安裝指定卸貨位置后，建設(shè)單位、監(jiān)理公司、總包單位相關(guān)人員到場驗收。第一步需要確認包裝箱件數(shù)量型號與發(fā)貨清單可否對應(yīng)一致，隨后對每一箱包裝組件進行外觀檢查，確認是否存在變形、磕碰、破損、孔洞等，并安排物資人員或其他負責(zé)開箱人員做好相關(guān)驗收記錄。第二步組件卸貨前，對太陽能光伏組件專業(yè)卸貨工人進行安全技術(shù)交底，并簽字確認，檢查卸貨工人相應(yīng)勞保用品是否佩戴齊全（安全帽、對講機、安全反光背心、勞動防護手套等），吊具吊帶吊裝扁擔(dān)是否安全無隱患，防止非正常操作或設(shè)備異常導(dǎo)致組件損失；組件卸貨推薦使用專用叉車或吊機，太陽能組件卸貨務(wù)求安全平穩(wěn)，每車第一吊應(yīng)進行試調(diào)，起吊時應(yīng)緩慢平穩(wěn)，不得超重或跨越障礙物吊裝作業(yè)，吊裝組件應(yīng)放置在平坦、堅固的地面上，現(xiàn)場材料堆放整齊，卸貨后組件保證上下托整齊放置，傾斜角度＜15°，避免傾斜放置，防止傾倒以及組件的不均勻受力產(chǎn)生隱裂等，臨時存放地點不得影響施工道路交通，盡量避免光伏組件不必要的二次倒運，減少隱裂風(fēng)險。

4.2 光伏組件散料運輸

太陽能光伏組件的散料運輸是指通過現(xiàn)場施工機械車輛（叉車、吊車等）把整箱組件分散至組件需要安裝的位置或臨時存放地，便于組件施工過程的安裝取用。

現(xiàn)場施工機械車輛二次散料倒運需按要求操作，組件推薦使用叉車二次倒運，禁止叉車尺臂接觸箱體，叉車臂的高度一定大于組件上箱高度，所有機動車司機都應(yīng)經(jīng)專門培訓(xùn)并持證上崗，場內(nèi)道路大多為進行修整，一般不會修建正式道路，場區(qū)地勢崎嶇不平坑坑洼洼，路況較差，為防止組件因顛簸可能出現(xiàn)的隱裂破損等，車輛行駛速度不得大于5km/h，嚴禁急剎車，組件整箱運抵施工安裝位置后，應(yīng)擺放在地勢相對平坦的地方，避免放在傾斜位置或地勢復(fù)雜的位置，減少應(yīng)力集中。組件擺放整齊后，應(yīng)用彩條布等材料進行鋪蓋，避免場地遭受連續(xù)雨水沖刷后，發(fā)生組件傾斜或側(cè)翻而造成明顯損壞或隱裂。

4.3 光伏組件開箱施工安裝

光伏組件安裝是現(xiàn)場工程量最大，工人數(shù)量最多，工作面相對集中的重要施工環(huán)節(jié)，如果交底培訓(xùn)不到位，十分容易出現(xiàn)安裝問題，這一環(huán)節(jié)也是組件隱裂破損控制的最核心環(huán)節(jié)。

首先，組件開箱應(yīng)在設(shè)備廠家、業(yè)主、監(jiān)理及項目管理人員見證下開箱，使用美工刀或剪刀剪斷外箱打包帶，不可劃傷背板或邊框，開箱后及時確認箱內(nèi)組件情況和數(shù)量，施工現(xiàn)場已見證開箱的光伏組件應(yīng)及時安裝，拆箱搬運組件前需確認每塊組件狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)爆裂、破損等異常應(yīng)立即停止搬運，通知監(jiān)理、總包、業(yè)主拍照確認，保證現(xiàn)場不再移動本箱其余組件及包裝箱，組件現(xiàn)場搬運時按照兩人一塊組件進行搬運，搬運人員應(yīng)同時用力，組件正面玻璃朝上，抓住組件短邊的邊框內(nèi)側(cè)；在搬運過程過中嚴禁手接觸玻璃面，同時防止尖銳物品磕碰組件，禁止單人背或扛組件，極易產(chǎn)生隱裂。如果現(xiàn)場有風(fēng)需要特別注意安全，尤其是大風(fēng)的情況下，建議不要開箱組件，并妥善固定好已拆開包裝的組件。

其次，在光伏組件安裝過程中，需嚴格遵守下列事項：1）應(yīng)嚴禁安裝工人倚靠、站立和躺臥在組件板上；2）組件背板若出現(xiàn)破損劃傷后應(yīng)禁止使用；3）禁止踩踏組件上端，在搬運過程中要輕拿輕放，建議雙人抬組件，不可用手指直接按壓電池片，以免造成光伏組件隱裂；4）禁止用剛性物體敲擊、碰撞、刮劃組件正反面，掌握安裝夾具夾緊力度，不可使組件鋁框變形；5）施工現(xiàn)場需加工拆箱防倒支架，防止開箱光伏組件傾倒破損，組件平放要求：第一塊組件正面朝上，第二塊開始正面朝下放置，最上面一塊正面朝上放置，嚴禁將組件背面直接暴露在太陽光下；6）遵守從上至下，從左到右的安裝順序，嚴格按照施工規(guī)范要求執(zhí)行，確保夾具或螺絲固定在正確的安裝位置并擰緊牢靠，彈墊必須緊固到平整；7）安裝時可制作專用安裝操作平臺穩(wěn)固可靠。

最后，組件安裝完成后，禁止敲打支架或者組件，每塊組件護角都需要拿掉后進行安裝，再次檢查支架與組件連接的各部位螺栓是否擰緊，終擰螺栓，防止組件受外力持續(xù)震動，造成不必要的破損或隱裂等。

5 光伏組件隱裂的檢測

EL（Electroluminescence電致發(fā)光）是光伏行業(yè)內(nèi)公認的用來檢測光伏組件隱裂最簡單直接有效的方法，其工作原理是利用電致發(fā)光的原理對組件做了近紅外成像測試，類似于人體的X光掃描成像原理，通過EL測試圖像的明暗顯現(xiàn)問題所在，人眼可以迅速發(fā)現(xiàn)組件中存在的隱裂質(zhì)量缺陷，在太陽能光伏組件質(zhì)量分析和控制中發(fā)揮了極其重要的作用[2]。

電致發(fā)光(EL)檢測速度快、準(zhǔn)確性高、造價低廉，通過對太陽能光伏組件EL電致發(fā)光成像分析，可以在極短時間內(nèi)顯現(xiàn)組件缺陷情況，從而判定隱裂類型。通過這種EL成像特點和影像分析，不僅可以幫助改進太陽能電池組件的生產(chǎn)工藝，完善生產(chǎn)流程，控制產(chǎn)品質(zhì)量，進而提升太陽能光伏組件制作成品率，避免浪費，還可以在組件的運輸?shù)惯\和安裝方面有著較為廣闊的應(yīng)用意義。

加強太陽能光伏組件全壽命周期的隱裂檢測工作：能及時、快速、準(zhǔn)確的反映各階段組件的成品質(zhì)量，便于各階段質(zhì)量原因分析，進而可以對因廠商生產(chǎn)制作、打包成箱、物流運輸?shù)仍蛟斐傻碾[裂或破損等及時進行更換或改進處理，有效的避免了到場安裝前的發(fā)生的隱裂等質(zhì)量問題，更有利于區(qū)分責(zé)任，及時定損，避免扯皮；還能及時反映組件的安裝施工質(zhì)量，對因現(xiàn)場運輸、安裝出現(xiàn)的不合格組件或造成的隱形裂縫，及時處理或更換，有利于現(xiàn)場規(guī)范施工，提升管理質(zhì)量。

EL判定標(biāo)準(zhǔn)：1）單片電池隱裂失效面積不宜超過8%；2）不應(yīng)存在貫穿性的裂紋；3）隱裂長度不宜超過電池片的五分之一；4）同一電池片不應(yīng)大于一處隱裂；5）單塊組件出現(xiàn)隱裂的電池片不應(yīng)多于2塊；6）針對柵線質(zhì)量、黑板等詳細標(biāo)準(zhǔn)，可參考供貨方企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)；需要說明的是，組件一旦安裝完成后，多次拆卸會增加組件的隱裂比例或加重組件的隱裂程度，因此建議組件安裝后隱裂特性檢測采用不拆卸組件的測量方式。

6 結(jié)束語

國家提出“碳達峰、碳中和”的目標(biāo)，光伏等新能源行業(yè)大發(fā)展是順應(yīng)時代要求，也是大勢所趨，光伏行業(yè)的發(fā)展離不開核心要素——組件，隱裂又是影響光伏組件發(fā)電效率的重要因素之一，目前整個行業(yè)內(nèi)對組件隱裂帶來的危害重視程度不足，相關(guān)技術(shù)驗收規(guī)范也有待進一步完善，因此，加強對光伏組件隱裂原因的防治分析十分必要且緊要，通過以上分析，可以便于對組件的隱裂實施更為精細化的控制措施，從而杜絕光伏施工項目重大質(zhì)量問題的發(fā)生，減少一般質(zhì)量問題出現(xiàn)的頻次，提升項目各級管理人員和相關(guān)技術(shù)人員對組件隱裂的質(zhì)量控制意識，建設(shè)滿足業(yè)主合同要求的精品工程。