近几年来,随着越来越多的企业加入到光伏发电这个大家庭,为了在竞争中取得优势,晶硅组件制造商纷纷增大研发力度,以求降低成本,晶硅组件也越做越薄,这在一定程度上降低了电池片抗击机械破坏的能力,进而导致了在组件在装箱、运输和安装过程中易产生隐裂、破片等问题。
华阳检测作为国家认可与计量校准资质的光伏全产业第三方权威检测机构,自2017年初至今,已完成光伏组件到货检测服务和光伏组件实验室检测项目总容量4.5GW以上,检测中心依据大量的光伏实验室检测经验及丰富电站检测经验,对如何发现组件隐裂、隐裂的产生及其影响进行了分析总结。本期将这一总结与大家进行分享。
光伏组件隐裂的形成及分类
外力:电池片在焊接、层压、装框或搬运、测试等过程中会受外力作用,当参数设置不当、设备故障或操作不当时会造成隐裂。
高温:电池片在低温下没有经过预热,然后在短时间内突然遇到高温后出现膨胀会造成隐裂现象,如焊接温度过高、层压温度等参数设置不合理。
原材料:原材料的缺陷也是导致隐裂的主要因素之一。
根据电池片隐裂的形状,大致可分为5个种类:树状裂纹、综合型裂纹、斜裂纹、平行于主栅线、垂直于栅线和贯穿整个电池片的裂纹。
隐裂对光伏组件的影响
电池片产生的电流要依靠表面的主栅线及垂直于主栅线的细栅线进行汇集和导出。当隐裂导致细栅线断裂时,细栅线无法将汇集的电流输送到主栅线,那么就会导致电池片部分甚至于全部失效。
因此,我们可以得出对电池片功能影响最大的,是平行于主栅线的隐裂(细栅线多数断裂)。根据华阳检测实验室研究发现,50%的失效电池片来自于平行于主栅线的隐裂。45°倾斜裂纹的效率损失是平行于主栅线损失的1/4。垂直于主栅线的裂纹几乎不影响细栅线(主栅线未断裂的情况下),因此造成电池片失效的面积几乎为零。
华阳检测通过对多年的检测经验及“互联网+检测云平台”收集的数据进行验证后得出:组件隐裂严重时,会导致组件功率的损失,损失的大小由隐裂的类型和面积决定。裂纹对组件电性能的影响相对较小,而裂片对组件功率损失非常大;华阳光伏检测中心实验室通过进行组件老化试验比对了正常组件与隐裂组件抗老化能力,证明了组件在工作或非工作的情况下,温、湿度变化都可能会引起电池片隐裂的加剧,而组件中没有隐裂的电池片明显比有隐裂的电池片抗老化能力要强。
光伏组件隐裂如何检测
形成隐裂的因素很多,而隐裂的产生是肉眼难以发觉的,对于检测隐裂,目前EL(Electroluminescence,电致发光)是最简单有效的检测方法。其检测原理如下。
电池片的核心部分是半导体PN结,在没有其它激励(例如光照、电压、温度)的条件下,其内部处于一个动态平衡状态,电子和空穴的数量相对保持稳定。如果施加电压,半导体中的内部电场将被削弱,N区的电子将会被推向P区,与P区的空穴复合(也可理解为P区的空穴被推向N区,与N区的电子复合),复合之后以光的形式辅射出去,即电致发光。当被施加正向偏压之后,晶体硅电池就会发光,波长1100nm左右,属于红外波段,肉眼观测不到。因此,在进行EL测试时,需利用CCD相机辅助捕捉这些光子,然后通过计算机处理后以图像的形式显示出来。给晶硅组件施加电压后,所激发出的电子和空穴复合的数量越多,其发射出的光子也就越多,所测得的EL图像也就越亮;如果有的区域EL图像比较暗,说明该处产生的电子和空穴数量较少,代表该处存在缺陷;如果有的区域完全是暗的,代表该处没有发生电子和空穴的复合,也或者是所发光被其它障碍所遮挡,无法检测到信号。
如何预防隐裂的产生
引发组件隐裂的因素很多,隐裂种类也很多,但不是所有的隐裂都会对电池片有影响,更不用谈“隐”色变,只要科学的预防就能适当避免组件产生隐裂。在生产过程中,应避免电池片受到不当的外力介入,也注意储存环境温度变化范围。在焊接过程中电池片要提前保温(手焊)烙铁温度要符合要求。在组件生产、运输、安装和维护过程中,考虑到晶硅组件的易裂特征,需要在安装电站的各个过程注意并改进作业流程,尽量减少组件隐裂的产生。
华阳检测作为国家认可与计量校准资质的光伏全产业第三方检测机构,是国内最专业的光伏电站检测、验收、评估机构,并组织编写了《中国光伏电站单元工程质量评定规范》等国家行业标准。自2017年至今,华阳检验检测中心为行业内光伏电站检测及尽调评估服务项目达2000余个,光伏组件到货检测服务和光伏组件实验室检测项目总容量4.5GW以上,光伏设备监造项目累计总容量3.5GW以上。在2016年正式涉及光伏扶贫电站的验收与建设质量监控,目前已累计完成超过1500MW的光伏扶贫项目的检测验收。
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