劣质EVA胶膜引发大批电站组件出现蜗牛纹问题
2014年11月的西北某地，20兆瓦的光伏电站施工现场一片火热，首席技术官张总监深呼一口气：马上10兆瓦装机就要并网成功了，今年的进度应该不会落后了。突然，一个电话打过来：“张总，你过来看看，情况紧急。”驱车赶到现场之后，现场的情况令张总目瞪口呆，只见电站组件大面积出现斑驳的花纹，似蜗牛爬行过一般。技术出身的张总监本身十分注重电站品质，此批组件全部采购的全球知名品牌厂商提供的组件。还未建成并网的组件就出现这样的品质问题，张总不由得心急如焚。进一步调查电站情况，发现问题更加严重，总计6000多片组件爆发此类状况，也就是未建成的电站32%的组件出现此类问题，建设成功的电站运营1年的，粗略估计46%的组件爆发此类问题。（以上人物名字为虚构，根据真实案例改编）
那么，问题就来了，蜗牛纹是如何爆发的，对电站运营又会带来哪些影响，今天我们就从组件生产封装来解释蜗牛纹的来世今生。蜗牛纹通常意义上的概念：太阳能组件经过一段时间（半个月或者几年）的暴晒，无需并网组件表面就开始局部出现色变，一个手指粗的的狭窄交错的暗线出现在组件的表面，从而造成外观严重瑕疵。经过笔者对国内多家光伏电站的调研，我们发现蜗牛纹爆发的区域广泛（从海南到新疆），温度系数相差甚大，装机时间（1个月-25年）先后都没有明显的差异，也就是说，蜗牛纹的爆发，贯穿着整个电站生命周期的问题。而且在25年组件使用寿命之内，业主都要战战兢兢的考虑组件爆发蜗牛纹的风险。
常见的蜗牛纹理图片：
几乎所有的组件制造商都告诉电站运营方，组件蜗牛纹只是伴随隐裂而发生，对组件的发电效率没有影响。理由基本类似：1）蜗牛纹是因为电池片栅线表面的银与EVA相互微量反应产生的，其不影响栅线导电，也不会造成光线遮挡，因此不会影响组件功率输出。2）蜗牛纹与电池片隐裂相对应，如果隐裂未造成电池片上局部面积的缺失就不会影响电池片的功率。目前对产生蜗牛纹的组件进行测试，也的确没有发现大幅度的组件效率下降。真是这样吗？
下图中图一
我们看一下欧洲最权威的太阳能认证检测机构之一：德国PIBerlin（德国普德光伏研究所）专题研究了光伏组件蜗牛纹（栅线腐蚀）问题的报告。下图中：图一、图二、图三、分别为低隐裂率、高隐裂率、以及无隐裂的组件，它们都出现了蜗牛纹现象。由此可见，蜗牛纹并非是由于隐裂产生的，而是由于EVA对电池栅线腐蚀而出现的，而隐裂会加剧蜗牛纹的产生速度与数量。
PIBerlin同时针对上述三类组件进行了功率损失测试，以判断蜗牛纹对组件功率衰减方面的影响，测试结果如下表：
结果表明，低隐裂率以及无隐裂的蜗牛纹组件，其组件功率都会出现一定幅度的衰减----如6.5%的衰减；而隐裂率高的蜗牛纹组件，其功率衰减甚至会达到19%。由此可见，组件出现蜗牛纹对于其功率及发电性能是有明显影响的。
那么，我们就需要分析一下组件用的EVA封装胶膜的性能与产生蜗牛纹之间的联系。
EVA树脂的正式名称为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，光伏组件用的EVA中的醋酸乙烯酯含量通常在28-33%。酯作为一种常见的化学键有一个最基本的性能，在有水的情况下会分解成酸和醇。
在光伏组件中慢慢积累的醋酸就变成了大部分光伏组件质量问题的重要诱因。日本Chemitox实验室将电池片浸泡在一定浓度的稀醋酸溶液中观察银栅线的变化，发现醋酸可以逐步将电池片表面的银栅线腐蚀变窄。而随着银栅线的变窄，组件的发电效率逐渐下降。目前大部分组件厂自行模拟的蜗牛纹实验采用暴晒实验，将正负极用二极管连接，实验周期很少有超过一年的。而使用快速模拟的测试会使在85%湿度85℃环境下用外接电压或电流的方法模拟实际发电时的测试，也很少有超过1个月的。这些实验是否能真正说明实际问题，尚无定论，而醋酸腐蚀银线最终会导致光伏电池发电效率下降是一个确定的现象。
EVA树脂中是否产生产生醋酸和生产方式、配方有很大的关系。EVA在加工过程中易降解，所以加工方式要尽量做到缓慢。如下图，挤出过程中的螺杆挤出机挤出过程十分重要，如果发生EVA树脂的降解就会发生在这个阶段。
一些EVA胶膜制造商成为了从成本考虑使用挤出量大的双螺杆挤出机并使用计量泵控制挤出量，挤出机中剪切大容易有死角，是非常冒险的做法。而另一些工厂使用小车拉大马的方式，单螺杆挤出机匹配过小，挤出时的转速过高，导致EVA树脂受到的剪切过大，也是容易造成EVA降解的原因之一。比较合理的做法是使用大直径的单螺杆挤出机，低转速加工，使EVA树脂均匀的受热融化，整个过程尽量少的受到剪切。EVA本身的配方也是非常重要，如何降低EVA胶膜在使用中产生酸的速度也是技术关键之一。单纯提高电阻率只是表面现象。由于PID衰减与EVA胶膜中的酸含量也有密切的关系，所以PID表现优异的EVA胶膜同样在抗蜗牛纹方面也会表现优异。
笔者咨询海优威公司的市场总监全杨先生，其表示目前蜗牛纹与PID衰减极已成为光伏电站的质量杀手，海优威自成立起就从EVA配方优化方面做了深入研发，避免了EVA胶膜腐蚀银栅线而导致蜗牛纹现象，因此，海优威至今几乎未收到任何有关组件蜗牛纹方面的投诉。但由于过去几年激烈的市场竞争，导致许多电站投资者以及组件制造商往往偏爱从低价入手，不愿意采用质量更好的EVA产品，哪怕只是每瓦多了三分钱的成本。目前行业内大多数客户所选用的EVA胶膜厚度从最初的0.6mm厚度以上，已降低到0.45mm甚至更低的厚度，使用这些更薄的EVA胶膜封装组件会大幅度增加电池的隐裂比率、同时也会减少封装胶膜对电池的钝化和保护作用，其非常担心由此引起的大规模光伏电站质量问题会直接影响到大批电站投资者的收益、进而影响到整个光伏行业的持续健康发展。
根据国家能源局发布的数据显示，2014年上半年，中国新增光伏发电并网容量332万千瓦。比去年同期增长约100%，甘肃，新疆，青海累计光伏电站并网容量最多，分别达到445万千瓦，367万千瓦和365万千瓦。自从2013年以来，光伏电站建设规模显著扩大，但是，随之带来的一系列电站质量问题，特别是组件品质问题，越来越突出。高衰减率、PID、蜗牛纹组件等频发质量问题正在各类电站不断蔓延。第三方检测机构北京鉴衡认证中心副主席纪振告诉记者：“对国内32个省市，容量3.3GW的425个包括大型地面电站和分布式电站所用组件检测发现，光伏组件主要存在热斑，衰减，隐裂，蜗牛纹等一系列问题”。甘肃某电站，抽检更是发现高达60%的光伏组件功率出现明显衰减。业内分析表示，通常而言，组件光电转换效率年均衰减应该控制在0.8%以内，然而上述组件衰减已经远远超过这一范围。
作为保障光伏组件品质的重要的辅材，劣质EVA在组件蜗牛纹，功率衰减中起着不容忽视的作用，在山东，盐城等光伏电站实际使用反馈过来的报告显示，采用劣质EVA的组件最早3个月内就出现明显的功率衰减，盐城某电站在1年以内的功率衰减更是高达60%。笔者认为尽管使用劣质EVA减少了每瓦三分钱的装机成本，但却同时大幅度减少了电站的使用年限，导致电站在运行初期就发生明显衰减，甚至提前导致电站提前报废。电站的投资商应该重视光伏组件使用材料的BOM清单，选择更加可靠的封装材料，加强针对选用组件的质量管控，从而降低电站度电成本，以保障光伏电站的长期稳定运营和收益。
