光伏组件隐裂的危害及预防措施.pdf

光源与照明 总第 178 期 2023 年 3 月 超越照明121光伏组件隐裂的危害及预防措施郑文山福建永福电力设计股份有限公司，福建 福州 350000摘要：为解决光伏组件安装环节存在的隐裂频发、寿命缩短问题，文章以案例工程为研究对象展开研究。先简要介绍了案例工程概况，然后探讨了光伏组件隐裂后可能带来的危害，在此基础上归纳可行的预防措施，提出了强化原材料管控、规范组件安装流程等建议。关键词：分布式光伏发电；光伏组件；隐裂分类号：TM6150 引言我国高度关注节能减排、环境保护问题，于 2020 年正式提出“碳达峰、碳中和”的发展目标，将助推新能源产业发展放在了关键地位。分布式光伏发电就是其中颇具代表性的方向之一，相较于集中式光伏发电，它更多地采用了用户主导、分散供电的设计理念，能够提高供电灵活性。在分布式光伏发电项目大量兴建的同时，一些潜在的技术问题也逐渐浮现出来，如光伏组件隐裂，亟须通过深入研究进行防范。1 案例工程概况为直观说明光伏组件隐裂的危害和预防措施，文章以福建华电宁德时代产业园区二期 70 MW 分布式光伏发电项目为例进行阐述。项目总规划容量为 69.267 42 MWp，主要建设目标是增加区域太阳能光伏供电能力，缓解区域供电紧张问题，建设内容包含工程勘察、配套并网设施安装、保护计量系统安装和系统检测调试等。项目对光伏组件的需求量较大，分析后发现光伏组件隐裂是较为常见的风险隐患，需要从技术、管理等层面加以预防。隐裂是一种典型的隐性裂纹病害，通常在电池片组件遭受巨大机械、热应力影响后才会出现。与碎片、缺角等病害相比，其主要具备以下特征。（1）损坏部分并未完全断开。从以往的 EL（电致发光）检测结果上看，隐裂后的光伏组件通常不会完全断裂，而是会在局部产生形态不一的细小裂纹，带来功率输出下降、电流缺失等问题。（2）用肉眼无法准确识别。隐裂病害的隐蔽性较强，仅凭外部观察很难发现，但在 EL 测试中，会出现明显的明暗差异纹路（见图 1），实践中可以利用该种特性进行检测和缺陷品筛选。图 1 隐裂在 EL 测试中的表现（3）形态和分布类型较为多样。隐裂类型较为多样，根据形状、分布不同，可以大致划分为 6 种，除树状裂纹、综合型裂纹、斜裂纹外，还有平行于主栅线的裂纹、垂直于主栅线的裂纹和贯穿整个电池片的裂纹。2 光伏组件隐裂问题的危害2.1 增加电池失效风险在光伏组件运行过程中，其表面的主栅线和垂直于主栅线的细栅线是非常关键的，可以收集、导出电路，只有确保栅线完好无损，电流才能顺利运送到主栅线之中，进而顺利完成发电任务。发生隐裂病害之后，这些栅线很可能出现损坏，一旦发生栅线损坏，将会显著增加电池失效风险，风险的大小与隐裂形式存在很大关联，并非所有隐裂均会造成失效。从已有研究作者简介：郑文山，男，本科，工程师，研究方向为光伏项目 EPC总承包管理。文章编号：2096-9317（2023）03-0121-03 超越照明 2023 年 第 3 期 总第 178 期 光源与照明122成果上看，平行于主栅线的隐裂的危害是最大的，有近 50%的失效问题与该种隐裂有关；45倾斜裂纹的危害次之，约有 12.5%的失效问题与该种隐裂有关1；垂直于主栅线的裂纹危害最小，几乎不会对细栅线造成明显损伤，导致电池失效的概率很低。2.2 缩短组件使用寿命光伏组件隐裂较为细微，整体的识别检查难度较大，部分情况下隐裂的出现还会导致晶硅残渣增多，如果残渣处理不及时，随意搭接在裂纹截面之上，很容易导致局部短路，甚至引发主电路漏电，漏电后光伏组件的输出功率明显下降，会给分布式光伏发电项目的运行带来不利影响。在光伏组件持续运行时，如果发生隐裂，局部机械载荷会更加集中，长此以往很容易带来开路性破损风险，有时还会进一步造成热斑效应。在太阳长时间照射下，热斑部位局部温度快速升高，不仅容易影响组件输出电流，还会影响封装材料状态，进一步加剧其老化速度，进而缩短光伏组件整体的使用寿命，给后期的运维保养带来阻碍，给经济效益的下降埋下隐患。2.3 导致电池组串短路光伏组件安装调试、投产运行之后，会持续收集太阳能，并在细栅线帮助下源源不断地收集光生电流，将之传递给主栅线，完成物理电路的接通任务和电站发电任务。在该种结构中，主栅线通过焊接和互联条实现联通，电流和电池片发电面积之间存在正相关关系，其他因素不变时，扩大发电面积可以增大发电电流。在正常状态下，组件内的电池片是均匀分布的，且并联 1 个二极管，旁路二极管反向截止，不会对电路产生影响。组件发生隐裂病害后，整个线路的电流运行方式发生改变，将由最小电流电池片决定，如果隐裂问题发展严重，电池片损坏面积过大，则会形成负载，引发旁路二极管导通问题，最终造成电池组串短路（见图 2）。损坏电池片电池片旁路二极管导通不导通不导通图 2 隐裂导致电池组串短路的示意图3 光伏组件隐裂的预防措施导致光伏组件隐裂的原因非常多样，电池片焊接、层压不当，或者工艺参数控制不当均会造成隐裂，低温条件下未对电池片进行预热，或者焊接温度设置过高等，也会加剧隐裂风险，因此在采购、安装过程中需要采取必要的预防措施，减少劣质产品应用带来的不利影响。3.1 强化原材料质量管控生产工艺控制不严是导致光伏组件隐裂的重要原因之一，部分工厂在加工过程中风险把控意识较为薄弱，串焊接时未能彻底清除焊渣、杂物，焊接设备与组件接触之后，很容易发生线性、十字隐裂，后续压层工序推进时，同样会在杂物影响下导致隐裂。组框、传输不当，或者清洗用力过大，也会带来隐裂风险。基于此，在实践中要强化原材料质量管控力度，组件进场后统一开箱检验，从侧面查看组件外观状态，确认没有破损后方可使用，若有破损要及时记录，并交由物料员处理。由于隐裂病害表现较为隐蔽，仅凭肉眼无法准确识别，因此施工过程中可以借助专业测试仪器抽样检测。现阶段便携式 EL 测试仪技术愈发成熟，能够较好地满足光伏组件移动检测需求。施工单位可以提前与厂家签订质量保证合同，明确工序标准，如电池片充分预热后方可焊接、层压前务必进行 EL 检查2等，尽可能减少隐裂残次品占比。近年来我国科技产业快速发展，有关抗隐裂光伏组件的学术研究也取得了一定成果，如薄膜电池表面进行了特殊处理，覆盖的导电膜可以起到保护作用，与晶硅电池相比，隐裂风险明显下降。实践中可以适当引入新技术、新材料，选取综合质量更优、经济效益更好的原材料，为光伏组件安装质量的提升奠定坚实基础。3.2 优化运输和存储操作运输和存储不当也是加剧光伏组件隐裂问题的重要因素，在实际操作过程中应当强化对搬运操作、卸车操作等的风险管控。要正视光伏组件易产生隐裂的特性，在搬运环节尽可能地轻拿轻放，防止因强烈冲击、振动损坏组件，严禁横置重压等违规操作，一旦发现要立即制止并予以处罚。光伏组件运至现场后，要按照品种、规格等分类存放，存放场地要足够平整、结实，避免存在不均匀沉降等问题，可以临时放置垫木或者搭建特种架子，以短边垂直地面的方式将光伏组件逐光源与照明 总第 178 期 2023 年 3 月 超越照明123一堆放整齐，避免存储不当导致光伏组件滑落。用于存储的特种支架应当经过严格验收，水平度、垂直度等均要符合安全要求，螺母紧固度、间距等同样要满足设计需求。需要挪动光伏组件时，禁止采用单人搬运的方式，务必由 2 人或 2 人以上辅助操作。人工搬运光伏组件时，组件中间部分可能会在重力作用下出现明显的向下弯曲趋势，再加上上下抖动幅度增大3，电池片弯曲隐裂的风险会明显上升，因此搬运时要尽可能避免水平方向搬运，采取竖直搬运方法可以减小振动幅度，保证光伏组件完好性能。现阶段分布式光伏组件多安装在屋面等部位，施工过程中可能涉及组件吊装问题，要提前检查工具、钢丝绳等的质量，确保其安全系数符合要求，承重能力通常不能小于待吊装物品重量的5 6 倍。需要提前查验屋面承重情况，找出承载力最大的钢梁，将之作为堆放点以确保安全。3.3 规范光伏组件安装流程在光伏组件安装过程中，要遵循“自下而上、逐块推进”的基本原则，先准备好光伏组件边框，按照设计要求将固定螺栓安装妥当，再将组件、螺栓杆等逐一安装上去，与竖梁上的安装槽相契合，最后紧固螺栓。整个安装过程中应轻拿轻放，防止损坏光伏组件保护层。在紧固螺栓的过程中，要始终注意用力状态，禁止将全部重量压在光伏组件上，可以在安装前采取一定的防护措施，割取泡沫板垫放在组件之间，用以分散支撑压力，降低光伏组件隐裂风险。工程采用的泡沫板规格为 500 mm1 000 mm，厚度为 100 mm，上方另外固定了厚度为 20 mm 的模板，能够满足防护需求。每安装完 1 个单元的组件，要及时检测其水平高度、左右间隙距离等，看误差值是否在设计允许范围之内，应随检随调，避免误差累积影响后续施工。为避免光伏组件表面杂物附着，导致应力集中或者磨损剐蹭，安装后还应当进行系统的组件清扫工作，严格审查清洁剂类型，并开展清洁剂腐蚀性检查，确认没有危害之后方可用于清扫，结束后也要及时用清水冲洗，防止遗留，表面覆盖遮挡物进行保护，方便后期调试应用。所有安装工作完毕后按照光伏发电工程验收规范（GB/T 507962012），开展严格的验收检验工作，为光伏发电站的平稳运行提供保障。3.4 开展技术培训交底技术培训工作应当贯穿光伏组件检查、运输、存储、安装、验收的全过程。在检查环节，要明确电池组件不合格判定标准，以片状隐裂为例，单片电池组件上，存在面积大于 12 cm2的隐裂问题，且分布多于 5 处时，判定为不合格，坚决禁止应用到分布式光伏发电项目中来。在运输环节前再次复核组件状态，看玻璃部分是否有崩边、裂纹等状况，接线盒部分是否有松动、脱胶等问题，以及光伏电缆是否存在变形、破损等情况，及时抽检组件，开路电压不得低于设计标准 4 V。存储环节使用的支架必须经过检验，其中使用的木料、钢材和连接螺栓等构件均需要符合设计要求，支架外观也必须横平竖直、整齐美观，能够较为稳固地承接光伏组件重力。设计时综合考虑风载荷因素4，遇到强风天气时，要确保支架稳固，不能出现摇晃、倒塌等问题。在安装环节，严禁直接踩踏、倚靠，或者躺卧在光伏组件之上，禁止在光伏组件上放置工具、私人物品等，若安装过程中出现角度偏差，要借助固定杆、放线绳等构件的调整来达到校准目的，严禁使用锤子暴力校正。在沙尘暴、台风等恶劣天气下，光伏组件可能会出现剧烈抖动状况，在暴风雪天气下，积雪也可能带来不均匀压力，进而造成光伏组件隐裂病害，因此要尽可能避免在恶劣天气施工，最大限度地保障组件完好性。4 结束语综上所述，光伏组件隐裂带来的危害是较大的，可能导致电池组串短路、输出功率下降等问题，在实践中要充分重视。结合实际情况完善原材料管控程序，在开箱检验的基础上，运用便携式 EL 测试仪等展开抽样检测，对于不符合使用标准的光伏组件一律进行淘汰或返厂处理，禁止使用存在缺角、隐裂等病害风险的组件。同时明确光伏组件安装流程、做好运输存储环节的风险防范工作，轻拿轻放、逐块安装，做好存储支架的搭建验收工作，确保其垂直度、水平度满足要求，从全过程质量管控视角入手降低隐裂概率，保障分布式光伏发电项目的平稳运行。参考文献1 郭清华,曾礼丽.基于U-Net网络的光伏组件缺陷检测方法J.光源与照明,2021(5):49-50.2 荆帅.光伏组件质量问题及安装质量控制策略探析J.电子质量,2021(11):85-88.3 杨晓君,任现坤,韩玉杰,等.抗隐裂光伏组件的研究与应用J.山东科学,2020,33(6):126-130.4 徐惠.浅析太阳能光伏组件隐裂的影响及控制措施J.安装,2020(8):70-72.