浅析太阳能光伏组件隐裂的影响及控制措施

2020年第8期Green in stallation
绿色安装)
浅析太阳能光伏组件隐裂的影响及控制措施
徐惠
(中国十七冶集团有限公司安徽马鞍山243061 )
摘要：本文以某20M W p山地集中式光伏电站EPC项目为例，针对光伏组件隐裂导致发电功率下降问题，分析光伏组件隐裂产生的原因，并提出光伏组件全生命周期内加强隐裂的预控措施，为国内同类型工程的建 设提供了可行的技术实践。

关键词：光伏组件隐裂影响控制措施
中图分类号：TK519 文献标识码：B文章编号：1002-3607 (2020) 08-0070-03
光伏发电是基于半导体的光生伏特效应原理，将太阳辐射直接转换 为电能的过程。

光伏发电系统中的主 要设备包括光伏组件、汇流箱、逆 变器、升压变压器、电力电缆及监控 系统等，其中光伏组件是光伏发电系 统中最核心的设备，光伏组件光电转 换率的高低和使用寿命直接决定了光 伏电站的发电量和经济效益，因此提 高光伏组件的光电转换效率和使用寿 命是光伏发电项目成功的关键。

但是 在光伏电站建设和运营过程中，常会 出现一些影响光伏组件性能的质量问 题，其中隐裂是光伏组件中较为常见 的故障形式，已成为导致光伏组件发 电功率下降的主要因素。

北京鉴衡认证中心作为第三方检 测机构曾对国内32个省市，容量3.3GW 的425个地面光伏电站和分布式电站所 用光伏组件进行检测，结果显示，30%的光伏电站在投运3年后，都不同程 度出现发电功率衰减率过大的问题，有些组件一年衰减率超过5%,究其原 因，50%是因为光伏板隐裂导致。

1工程概况
本项目是利用山地建设的集中式
光伏电站，场区共计20个方阵，采用
集中式逆变器，总装机容量20MWp,
光伏组件采用单片容量255Wp的多晶
硅电池组，共有79000块电池组件，
每21块电池组件串联为一个电池组，
组件采取3行x7列的布置形式，光伏
板以36°固定倾角的方式安装。

电站
投运1年后，发现部分阵列的发电功率
衰减幅度较大，采用电致发光（EL)
测试光伏板发现，功率衰减幅度偏差
较大的均有不同程度的隐裂。

经对电
站发电功率
测试发现，
该阵列中无
隐裂组件平
均功率达到
251.225W,
较标称功率
255W偏差
3.775W,衰
减率1.48%。

根据2017年发布的《光伏制造行
业规范条件》要求，多晶硅电池
组件1年内衰减率应不高于2.5%,
该组件已经投运1年，考虑组件的光
致衰减影响，检测结果表明无隐裂组
件的功率特性较好。

而有隐裂组件的
平均功率仅为231.54W,较标称功率
255W偏差23.46W,衰减率9.2%;
特别是隐裂严重的第20号组件，其
功率仅为196.62W,功率偏差高达
58.38W,远低于标称功率。

部分光伏
组件发电参数实测结果见表1。

从表1可见，隐裂会对组件发电
表1部分光伏组件发电参数实测结果表
编号V j,y*5e p’a w L功率偏差
/W
L测试图片
隐裂分类
1252.1137.8430.278.338.92-2.89正常
2243.9237.7930.388.038.66-11.08i碎片
3245.6937.8630.498.068.69-9.31m碎片
5242.8637.7930.467.988.62-12.14J碎片
7243.0037.8030.278.038.67-12.00莖碎片
9240.3037.8230.387.918.68-14.70r i2碎片
10216.4737.7929.977.238.22-38.53J■碎片
16240.6937.8430.267.968.68•14.31J碎片
20196.6237.8229.32 6.717.65-58.38J m碎片
70
Green installation 总第339期
功率造成较大的影响，而且组件的隐 裂程度不同，对组件的发电功率影响 不同D
2隐裂现象的危害及检测方式
2.1隐裂现象的危害
隐裂是指光伏组件在封装之后受到较大的机械或热应力，在电池单 元上产生肉眼不易察觉的细微裂纹，隐裂可能造成电池片部分毁坏或电流 缺失。

电池片中电流传输路径是细栅线 收集光生电流，然后将其传导至主栅 线上，用互联条将若干电池片的正负 极主栅线焊接起来，形成光伏组件的 物理电路。

电池片的电流与电池片的 发电面积成正比，如果隐裂导致细栅 线断裂，裂纹电池片周边产生的电流 不能汇聚到主栅线上，使电池片形成 失效面积。

当电池组串中出现隐裂的 光伏板，则整个线路电流将由最小电 流的电池片，即隐裂电池片决定，若 电池片失效面积较大，不发电形成负 载，旁路二极管导通，则该电池组串 被短路（见图1 )。

速组件封装材料的老化，使整个组件 的电流输出受到影响，加速组件的功 率衰减，缩短正常使用寿命。

根据电池片隐裂的形状，大致 可分为6类：树状裂纹、综合型裂纹、+45° /-45°斜裂纹、平行于栅 线、垂直于栅线、贯穿整个电池片的 裂纹（见图2 >。

但并非所有裂纹对 组件性能都有严重的影响，从晶硅电 池板的结构来看，收集电流的细栅线 垂直于主栅线，当电池表面出现平行 于主栅线、垂直于细栅线的裂纹时，导致细栅线无法将收集的电流汇集到 主栅线，引起电池片部分甚至全部失 效。

德国ISFH研究所公布的研究数据 表明：50%的电池片受损与平行于主 栅线的隐裂有关，斜裂纹、树状裂纹、综合性裂纹影响都在14%-20%,
由垂直于主栅线的隐裂产生衰退的电 池片只有1%。

«t t«K B含》«»-»s--»5-1早r r于■!!■麄于檐《
图2电池片隐裂的形状
图1隐裂对组件发电功率影响示意图
此外，晶硅残渣在裂纹截面上搭 接形成局部短路，使主电路漏电，从 而影响光伏组件的输出功率。

不仅如 此，电池片隐裂还会在机械载荷作用 下扩大，可能会导致开路性的破损，隐裂情况严重时，可能发生热斑效应，使隐裂电池片局部温度升高，加2.2检测方式及结果
由于隐裂是出现在光伏组件内部
肉眼无法识别的裂纹，一般需要通过
仪器才能检测，目前隐裂检测的方法
有电致发光（EL )测试、电子散斑
干涉法、光致发光（PL )测试、超
声波谐振探测法等，其中最常用的方
法是电致发光（EL )测试，主要利
用晶体硅的电致发光原理检测组件内
部缺陷。

本项目对投运1年的光伏组件进
行EL检测，发现出现垂直裂纹几率
较小，只在组件边缘处发生，斜裂纹
主要出现在电池片角落，且出现斜裂
缝电池片的位置主要成对角线关系，
而相反方向对角线上的电池片则很少
出现，平行裂纹在组件各位置出现
概率较大，E L测试出的线性隐裂点
见图3〇
图3 EL测试出的隐裂点
3隐裂产生的原因
造成光伏组件隐裂的原因多种多
样，光伏组件生产、安装、运营期间
都可能产生隐裂，其中光伏组件不均
匀受力及被强力振动是造成光伏组件
隐裂的主要原因。

3.1原材料质量缺陷
制作光伏组件的主要原材料是单
晶硅或多晶硅硅片，硅片是由硅棒经
切割、制备绒面、印刷、烧结等工序
生产而成。

如果晶体硅纯度不够，晶
体硅电池片曲度过大，EVA材料横、
纵向收缩率过大等均会造成光伏组件
生产中发生隐裂。

3.2生产过程的隐裂风险
3.2.1工艺参数控制不严风险
光伏组件生产要经过分选、单
串焊、叠层层压、装框、清洗固化测
试、包装等环节，每道工序都有相应
的生产工艺和控制参数，如果不按工
艺流程控制参数，都会造成光伏组件
的隐裂，常见隐患问题如：焊接温度
异常、焊接速度过慢、层压参数设置
不合理、抽真空压力异常等。

71
2020年第8期Green in stallation
绿色安装〕
3.2.2生产设备风险
在光伏组件生产过程中，串焊 机、层压机、装框机等对组件直接施 加作用力，若设备控制参数设置不当 或设备故障都将造成电池组件的隐裂。

常见隐患问题如：焊带压紧机构 异常、木制托盘质地软弱变形、清洗 台震动过大、烙铁头长时间使用不清 理等。

3.2.3生产线人员风险
目前光伏组件生产过程大部分工 序已采用自动化流水生产线，但在叠 层、装框、清洗等工序中，仍有部分 工序需人工操作。

常见隐患问题如：清理组件玻璃面上残留的EVA胶点用 力过大、组件翻转时振动较大、人工 搬运过程中手指按压等。

3.3电站建设过程中的安装风险
光伏组件在运输路途中因颠簸振 动、野蛮搬运、工人安装、单阵列光 伏支架平整度超差、支架基础不均匀 沉降、清洗作业不规范也会造成组件 发生隐裂。

3.4环境天气风险
光伏电站建设地的环境天气影响，也会造成光伏组件的隐裂。

如沙 尘暴、台风等强对流天气可造成组件 的剧烈抖动；暴风雪造成组件表面承 受积雪的不均匀压力，冰雹天气受到 冰雹的剧烈冲击等都可能造成光伏板 隐裂。

4隐裂风险的控制措施
4.1原材料质量控制
严格控制电池片来料品质，合 理选择互联条厚度、硬度和可焊性。

4.2生产过程的风险控制
围绕严格控制工艺参数、加强 生产过程的检试验管理、改进生产设备、杜绝生产线工人违规操作等方面
进行控制，重点控制以下方面：
(1)层压前重点控制焊接质量，
电池片需经过充分预热后再实施焊
接，焊接时避免虚焊、过焊和焊带偏
移，避免按压电池片。

(2)加强层压前的EL检查，隐
裂尽量在层压前返修，以免层压造成
隐裂扩大。

(3)层压后的组件应充分降温
后才能进行削边，宜采用玻璃面向下
的方式削边和装框，装框前的层压件
应避免翻转和人工搬运。

(4)削边和预组框等工作台面
应足够大，组件居中放置后，其边缘
到台面边缘的距离应大于200mm。

(5)采用钢架托盘或双层木托
盘来周转平放的组件，使用叉车转运
时货叉应完全穿过托盘。

4.3光伏电站建设过程中的风险控制
4.3.1人工搬运过程中的隐裂风险控制
人工在水平方向搬运组件的过
程中，组件中间部位受重力作用往下
弯曲且上下抖动幅度较大，中间部位
的电池片弯曲的幅度也会比较严重，
进而引起隐裂。

因此，在短距离人工
搬运的光伏组件时，不能进行水平方
向的搬运，而应使用竖直搬运方法，
减少组件中心在搬运过程中的振动
幅度。

4.3.2现场存储过程的隐裂风险控制
现场存储光伏组件的地面必须平
整、结实无沉降，且需放置托盘，加
装海绵垫减少震动，组件采用短边垂
直地面的竖直堆放方式。

4.3.3组件卸车过程的隐裂风险控制
起吊前在光伏组件包装箱下设置
带有缓冲钢管的托板，起吊操作要平
稳有序，不要大幅度晃动；包装箱不
能长时间悬挂在空中，不允许卸货时
直接在沙石地上拖行包装箱。

4.3.4组件安装过程的隐裂风险控制
(1 )首先进行光伏支架基础的
验收。

检测基础混凝土强度，基础周
边地面的压实度，设置沉降观测点，
定期检测，防止因地基不均匀沉降造
成的光伏组件弯折。

(2)光伏支架材质、结构设计
时要考虑风载荷的影响。

在组件遭遇
强风时，支架不可摇晃、倒塌，同时
要考虑腐蚀环境因素对支架的影响，
如：在海岸滩涂建设光伏电站，要考
虑海水的侵蚀。

(3 >光伏支架安装验收。

对支架
的水平度、垂直度、间距，螺母紧固
验收，确保安装支架质量符合标准。

(4)安装时，严禁安装工人踩
踏、倚靠和躺卧在光伏组件上，不允
许在组件上放置物品，当安装位置和
角度有偏差时不能直接用锤子敲击进
行校正。

S结语
光伏组件隐裂问题是影响太阳
能发电效率的重要因素，隐裂风险贯
穿于光伏组件的生产、安装、运维各
阶段，由于隐裂肉眼不易察觉，因此
通过隐裂风险分析，并制订针对性的
控制措施，在光伏组件的全生命周期
内加强隐裂的预控.减少隐裂造成的
损失。

72。