电池组件

电池片、焊带、EVA/背板、玻璃硅胶、接线盒、边框——光伏组件常见问题及修复

2019-11-05 08:38:37 光伏們 作者:马召宁

作为光伏电站中最重要的设备,组件出现各种各样问题的频率相对较高,其中有些可以修复,有些无法修复。在中国光伏行业协会、光伏們主办的第四届光伏发电运营及后服务研讨会上,Intertek天祥集团大客户经理马召宁就光伏组件常见问题及修复进行了总结与分享,以下根据马召宁演讲内容整理。

(来源:微信公众号“光伏們”ID:pv_men 作者:马召宁)

组件常见问题汇总

——电池片常见问题

组件表面出现网状隐裂的原因主要是由于电池片在焊接或搬运过程中受外力作用,或者电池片在低温下没有经过预热在短时间内突然受到高温后出现膨胀造成隐裂现象。网状隐裂会影响组件功率衰减,长时间后出现碎片、热斑等直接影响组件性能。

电池片表面出现网状隐裂质量问题需要人工巡检去发现,表面网状隐裂一旦出现,三四年后会大面积出现。网状隐裂从肉眼看前三年很难看出来,现在一般通过无人机拍摄热斑图像,对出现热斑的组件测EL就会发现隐裂已经产生了。

电池片裂片一般由焊接过程中操作不当、人员抬放时手法不正确或层压机故障造成,裂片部分失效、单片电池片功率衰减或完全失效都会影响组件功率衰减。

现在大多组件厂都有半片高功率组件,总体来说半片组件的破损率更高一些。目前五大四小等企业都要求不允许存在这种隐裂,他们会在各个环节测试组件EL。首先从组件厂发货到现场后测试EL图像,确保组件厂发货、运输过程中没有产生隐裂;其次安装之后再测EL,确保工程安装过程中没有产生隐裂问题。

电池片混档一般是低档次电池片混放到高档次组件内(原材混料/ 或制程中混料),易影响组件整体功率变低,组件功率在短时间内衰减幅度较大,且低效片区域会产生热斑甚至烧毁组件。

由于组件厂对电池片分档一般是一百片或两百片是一个功率档,不会每片电池都做功率测试,而是抽检,因此会导致有低档位电池在自动化流水线出现这种问题。现在电池片混档一般可以通过红外成像判断出来,但是红外图像具体是由混档、隐裂还是其他遮挡物因素造成的还需要进一步EL分析。

闪电纹一般是电池片隐裂造成,或者负电极银浆、EVA 、水汽、空气和阳光等共同作用的结果,EVA与银浆不匹配和背板透水性过高也会造成闪电纹。闪电纹处发热量增加,热胀冷缩导致电池片隐裂,易造成组件热斑,加快组件衰减,影响组件电性能。有实际案例表明,电站没有通电运行的情况下,组件在外暴晒4年之后也出现了很多闪电纹。尽管测试功率的话误差很小,但EL图像还是会差很多。

导致PID与热斑的原因有很多,异物遮挡、电池片隐裂、电池片自身缺陷、高温潮湿环境下光伏逆变器阵列接地方式引起的光伏组件严重的腐蚀和衰退都可能造成热斑与PID。近几年随着电池组件工艺的改造进步PID现象已经很少,但是早年间的电站都无法保证PID不存在。PID的修复需要整体技术改造,不仅从组件本身,还要从逆变器侧改造。

——焊带、汇流条和助焊剂常见问题

焊接温度过低或助焊剂涂抹过少或速度过快会导致虚焊,而焊接温度过高或焊接时间过长会导致过焊现象。虚焊、过焊现象在2010年~2015年间生产的组件中出现较多,主要是由于这段时期是中国制造厂流水线设备开始从国外进口向国产化转变,且当时企业的工艺标准会放低一些,导致期间生产的组件质量较差。

虚焊会导致短时间内出现焊带与电池片脱层,影响组件功率衰减或失效;过焊会导致电池片内部电极被损坏,直接影响组件功率衰减,降低组件寿命或造成报废。

2015年之前生产的组件经常会大面积出现焊带偏移现象,一般是由焊接机定位出现异常造成,偏移会导致焊带与电池面积接触减少,出现脱层或影响功率衰减。另外温度过高焊带弯曲硬度过大会导致焊接完后电池片弯曲,从而造成电池片碎片。现在随着电池片栅线的增多,焊带宽度越来越窄,要求焊接机精度更高,焊带偏移的现象也越来越少。

汇流条与焊带接触面积较小或虚焊出现电阻加大发热易造成组件烧毁,短时间内组件严重衰减,长时间工作会被烧坏最终导致报废。这种问题目前没有有效的办法进行前期预防,因为在应用端没有实际手段可以测汇流条跟焊带之间的电阻。只能在表面明显出现烧焦时拆除更换组件。

焊接机调整助焊剂喷射量过大或人员在返修时涂抹助焊剂过多会导致主栅线边缘黄变,影响组件主栅线位置EVA脱层,长时间运行后出现闪电纹黑斑,影响组件功率衰减,使组件寿命减少或造成报废。

——EVA/背板常见问题

造成EVA脱层的原因有EVA交联度不合格,EVA、玻璃、背板等原材料表面有异物,EVA原材料成分(例如乙烯和醋酸乙烯)不均导致不能在正常温度下溶解等。脱层面积较小时影响组件大功率失效,当脱层面积较大时直接导致组件失效报废。EVA脱层一旦产生是非可修复性的。

EVA脱层在前几年的组件中出现比较普遍,一些企业为了降低成本,EVA交联度不够,且厚度从0.5mm降到0.3、0.2mm,没有经过老化实验就投入工厂使用,导致出现脱层。

EVA气泡一般产生的原因是层压机抽真空温度时间过短,温度设定过低或过高会出现气泡,或者内部不干净有异物也会出现气泡。组件气泡会影响EVA背板脱层,严重会导致报废。这种问题一般是组件生产过程中出现的,如果是小面积的可以进行修复。

EVA绝缘小条黄变一般是由于长时间暴露在空气中变异造成,或EVA受助焊剂、酒精等污染造成,又或是与不同厂商EVA搭配使用发生化学反应造成。一来外观不良客户不接受,二来可能会造成脱层现象,导致组件寿命缩短。

——玻璃、硅胶、型材常见问题

镀膜玻璃表面膜层的脱落是不可逆的。在组件厂镀膜工艺一般可以提升组件功率3%,但是在电站运行两到三年后会发现玻璃表面膜层脱落,而且是不均匀脱落,影响组件玻璃透过率,降低组件功率,影响整个方阵发电量。这种衰减一般在电站运行前几年很难看出来,因为衰减率和辐照波动性误差不大,但是如果和没有出现脱膜的电站对比,还是能看出来发电量的差异。

硅胶气泡主要是硅胶原材内有气泡或气枪气压不稳造成,缝隙主要原因是员工手法打胶不标准造成。硅胶是组件边框跟背板、玻璃之间的一层胶膜,将背板和空气隔离,如果密封不严会导致组件直接脱层,而且下雨会有雨水进入,绝缘性不够出现漏电。

组件边框型材变形也是常见问题,一般是型材强度不合格造成,铝合金边框材料强度下降,直接造成光伏板阵在强风发生时的边框脱落或撕裂。型材变形一般会出现在技改时方阵挪移过程中,如使用安装孔的组件装卸过程中出现下图这种问题,再安装时绝缘性会失效,而且接地连续性无法达到同样的数值。

——接线盒常见问题

接线盒起火的发生率很高,原因包括引线在卡槽内没有被卡紧出现打火起火、引线和接线盒焊点焊接面积过小出现电阻过大造成着火、引线过长接触接线盒塑胶件长时间受热会造成起火等。接线盒起火直接造成组件报废,严重可能引起火灾。

现在一般大功率双玻组件会一块组件分三个接线盒,这样会好一点。另外接线盒也分半封闭、全封闭的,有的烧毁还能修复,有的修复不了。

运维过程中还会遇到接线盒灌胶问题,生产不认真造成漏打胶,人员作业手法不规范或不认真造成漏焊等,如全密封灌胶用AB胶固化的,如果AB胶配比不对,那么很难固化,可能使用一年后打开接线盒发现其中A胶全部蒸发了,密封性不够。未打胶会进入雨水或湿气造成连电组件起火现象,连接不良出现电阻加大,打火造成组件烧毁。

接线盒导线断裂和MC4头的脱落也是常见问题,一般由于导线未按照规定位置放,导致被压坏或MC4头机械连接不牢固。导线损坏会导致组件功率失效或出现漏电连电危险事故。,MC4头虚接易导致线缆着火。这种问题在现场比较容易进行修复和改造。

组件的修复及未来设想

上述组件的各种问题中,有些是可以修复的,组件的修复可以快速解决故障,减少发电损耗,有效利用原有材料。其中,接线盒、MC4接头、玻璃硅胶等一些简单的修复可在电站现场实现,而且由于一个电站配备的运维人员不多,修复的体量不大,但必须熟练和了解性能,例如换接线盒,如果切割过程中划到了背板,那么还需要换背板,整个修复会更复杂。

而电池、焊带、EVA背板的问题在现场是无法修复的,因为环境、工艺和设备的限制,需要在工厂级别进行修复。因为大部分修复工艺需要在洁净的环境里修复,要把边框拆掉,割离背板后通过高温加热把存在问题的电池片切下来,最后焊接恢复,只能在工厂的返修车间实现。

移动化组件修复站是关于未来组件修复的一种设想。随着组件功率和工艺的提升,以后大功率组件的问题会越来越少,但是早年间组件的问题正逐渐显现。

现在有能力的运维方或者组件承担方会给运维专业人士配备工艺技术改造能力培训,在大型地面电站中一般都有工作区和生活区,可以提供修复场所,基本上配备一台小型层压机即可,这对大部分运营方和业主都在可承担范围内。那么,后期对于小部分电池片出现问题的组件不再是直接换下来放一边,而是有专门的员工进行修复,这在光伏电站比较集中的地区是可以实现的。

例如青海共和有一个专门的组件修复站,负责给共和地区拆下来的库存组件进行修复再送回电站。因为随着组件的功率不断提升,早年间如240W功率的组件现在已经很少,一旦出现问题不可能用目前300W的组件替换,这就体现了组件修复的意义。

利用组件修复站快速解决组件本身故障及性能,不仅可以降低成本,减少组件备品备件,使不同规格及淘汰产品的适应性更强,也能减少发电损耗,提高运维效率,有效利用原有材料,优化退役组件的利用率。

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