楊曉君，任現(xiàn)坤*，韓玉杰，陳沖

(1.山東力諾太陽(yáng)能電力股份有限公司，山東 濟(jì)南 250103；2.山東力諾光伏高科技有限公司，山東 濟(jì)南 250103)

晶體硅光伏組件在使用過程中會(huì)出現(xiàn)電池片隱裂、破片等問題，會(huì)大為降低光伏組件的發(fā)電性能[1-2]。中山大學(xué)的孫曉等[3]對(duì)該現(xiàn)象做了詳細(xì)的研究，通過對(duì)安裝在我國(guó)海南省一光伏電站上組件的失效問題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出了組件常見的缺陷問題及占比，如表1所示。由數(shù)據(jù)可以看出，光伏組件的隱裂問題占比較大，達(dá)到23.6%。光伏組件隱裂問題的出現(xiàn)，不僅影響到光伏電站的發(fā)電量，而且會(huì)形成“熱斑效應(yīng)”，影響光伏組件的使用壽命[4]。因此，光伏組件制造商亟需提升產(chǎn)品性能來改善此問題。

表1 光伏電站組件外觀缺陷統(tǒng)計(jì)

隱裂是晶體硅光伏組件生產(chǎn)過程中的一種常見的問題，主要是指光伏組件封裝后內(nèi)部的電池片出現(xiàn)微小裂紋的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象沒有辦法用肉眼分辨[5]。李長(zhǎng)嶺等[6]研究了隱裂對(duì)光伏組件性能的影響，發(fā)現(xiàn)組件的隱裂問題，會(huì)造成光伏組件的功率損失，一般情況下，裂紋對(duì)組件電性能的影響小，而裂片對(duì)組件功率損失非常大。在光伏組件使用時(shí)，電池片出現(xiàn)的微小裂紋在外力的作用下逐步放大，進(jìn)而影響光伏組件的發(fā)電性能和使用壽命[7-9]。常見的組件隱裂分為線狀隱裂、叉狀/網(wǎng)狀隱裂等，不同隱裂類型的EL測(cè)試圖如圖1所示。

(a)線狀隱裂 (b)網(wǎng)狀隱裂

本文主要針對(duì)光伏組件出現(xiàn)的隱裂問題，從組件封裝材料互聯(lián)條和鋁邊框結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了不同互聯(lián)條拉伸比例、互聯(lián)條彎折和鋁邊框加橫梁等條件對(duì)光伏組件中電池片隱裂的影響，提出了提升組件抗隱裂性能的方案。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

實(shí)驗(yàn)中使用的設(shè)備有全自動(dòng)串焊機(jī)(CH56型，寧夏小牛自動(dòng)化設(shè)備有限公司)；EL檢測(cè)機(jī)(EL-Z4 Plus，沛德光電科技(上海)有限公司)。實(shí)驗(yàn)材料分別是太陽(yáng)能組件(1650 mm×992 mm×35 mm，山東力諾光伏高科技有限公司)；互聯(lián)條(0.25 mm×0.9 mm，蘇州賽歷新材料科技股份有限公司)；鋁邊框(結(jié)構(gòu)如圖1所示，濟(jì)南桑尼光優(yōu)科技有限公司)。

圖2 光伏組件用鋁邊框結(jié)構(gòu)圖

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

本文針對(duì)光伏組件的封裝工藝和鋁邊框結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別研究了互聯(lián)條拉伸比例、互聯(lián)條彎折、鋁邊框加橫梁對(duì)組件隱裂的影響。具體方案如下：

實(shí)驗(yàn)1：為了保證光伏組件焊接質(zhì)量，全自動(dòng)焊接機(jī)在焊接前需要對(duì)互聯(lián)條進(jìn)行拉伸[10]，一般行業(yè)內(nèi)互聯(lián)條的拉伸比例在0.5%～1.0%。為了驗(yàn)證不同拉伸比例對(duì)組件隱裂的影響，本文把串焊機(jī)的互聯(lián)條拉伸比例分別設(shè)定為0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%，采用同一臺(tái)設(shè)備按照每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件生產(chǎn)1000板組件，統(tǒng)計(jì)層壓前隱裂數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)2：采用0.7%的互聯(lián)條拉伸比例，對(duì)比組件和實(shí)驗(yàn)組件中的互聯(lián)條工藝分別按照?qǐng)D3(a)、(b)所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝。

圖3 互聯(lián)條有無彎折示意圖

實(shí)驗(yàn)3：實(shí)驗(yàn)組光伏組件背面長(zhǎng)鋁邊框的中間位置增加一橫梁，如圖4所示，對(duì)比組無橫梁。

圖4 鋁邊框加橫梁組件實(shí)拍圖

對(duì)實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3的光伏組件進(jìn)行負(fù)載質(zhì)量測(cè)試，如圖5所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)在光伏組件的中心位置加載不同質(zhì)量的負(fù)載，選定標(biāo)識(shí)兩側(cè)電池片為實(shí)驗(yàn)區(qū)域,加載不同質(zhì)量的負(fù)載，負(fù)載質(zhì)量從20 kg加到90 kg，步長(zhǎng)10 kg。每次實(shí)驗(yàn)后測(cè)試組件EL，統(tǒng)計(jì)不同負(fù)載下組件中新增電池片隱裂數(shù)量及位置，不同實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，取最大極限值進(jìn)行對(duì)比。

圖5 負(fù)載質(zhì)量測(cè)試實(shí)驗(yàn)示意圖

2 結(jié)果分析

2.1 互聯(lián)條拉伸比例對(duì)光伏組件隱裂的影響

互聯(lián)條在使用時(shí)需要進(jìn)行拉伸以保證其垂直度和平整性。圖6給出了實(shí)驗(yàn)1不同互聯(lián)條拉伸比例下光伏組件生產(chǎn)過程中的隱裂情況，從圖中可以看出，0.7%的拉伸比例下組件隱裂率最低。這是因?yàn)樵?.5%的拉伸比例下，互聯(lián)條的厚度比其他拉伸比例略大，較厚的互聯(lián)條在與電池片焊接時(shí)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，這種作用力會(huì)造成電池片出現(xiàn)壓隱裂；而隨著拉伸比例增加，互聯(lián)條變薄，其橫截面積也逐漸減小，互聯(lián)條造成隱裂的作用力減弱，光伏組件隱裂率降低[11]。隨著拉伸比例的增加，焊接后互聯(lián)條回拉力逐漸加大，并造成光伏組件出現(xiàn)隱裂。由此可見，串焊機(jī)設(shè)置合適的互聯(lián)條拉伸比例可以改善光伏組件生產(chǎn)過程中電池片的隱裂率。

圖6 互聯(lián)條拉伸比例對(duì)光伏組件隱裂率的影響

2.2 互聯(lián)條彎折對(duì)光伏組件隱裂的影響

圖7給出了實(shí)驗(yàn)2互聯(lián)條有彎折和無彎折光伏組件在不同負(fù)載質(zhì)量時(shí)組件中電池片的隱裂數(shù)量。從圖中可以看出，當(dāng)負(fù)載質(zhì)量達(dá)到30 kg及以上時(shí)，互聯(lián)條有彎折組件中電池片的隱裂數(shù)量要低于互聯(lián)條無彎折組件。這是因?yàn)楣夥M件受到外力作用時(shí)，電池片間的互聯(lián)條可以分解電池片上互聯(lián)條產(chǎn)生的應(yīng)力。而電池片間互聯(lián)條長(zhǎng)度有彎折組件略大于無彎折組件，當(dāng)光伏組件所受外力達(dá)到一定程度時(shí)，相對(duì)于無彎折組件，有彎折組件中電池片間的互聯(lián)條可以分解更多電池片上的應(yīng)力，從而減少了電池片的隱裂數(shù)量。所以，互聯(lián)條彎折有助于減少光伏組件受壓時(shí)電池片的隱裂率。

圖7 有無互聯(lián)條彎折對(duì)組件隱裂的影響

2.3 鋁邊框加橫梁對(duì)光伏組件隱裂的影響

實(shí)驗(yàn)3驗(yàn)證了光伏組件鋁邊框有無橫梁對(duì)組件隱裂性能的影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖8所示。從圖中可以看出，在同樣的負(fù)載質(zhì)量下，有橫梁組件中電池片的隱裂數(shù)量明顯低于無橫梁組件。在光伏組件的中心位置增加抗壓橫梁，可以明顯降低組件中心區(qū)域受外力作用時(shí)的彎曲形變量，提高組件的機(jī)械強(qiáng)度，降低組件在中心位置受外力作用時(shí)的電池片的隱裂率。另外，根據(jù)光伏組件中電池片出現(xiàn)隱裂的位置發(fā)現(xiàn)，隱裂的電池片集中在橫梁區(qū)域，這主要是因?yàn)楫?dāng)外力作用于橫梁上方時(shí)，在橫梁與組件的接觸區(qū)域產(chǎn)生較大的剪切力，造成了該區(qū)域電池片的隱裂。

圖8 不同鋁邊框?qū)M件隱裂的影響

3 結(jié)論

本文主要研究了降低光伏組件隱裂的方法，針對(duì)組件用互聯(lián)條和鋁邊框結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出了以下結(jié)論：設(shè)置合適的互聯(lián)條拉伸比例、增加電池片間互聯(lián)條的長(zhǎng)度以及增加組件的機(jī)械強(qiáng)度均有助于降低光伏組件中電池片在受外力作用時(shí)的隱裂率，提升組件的可靠性能。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的工藝方案為互聯(lián)條拉伸比例為0.7%，互聯(lián)條彎折和組件用長(zhǎng)鋁邊框的中間位置加一條橫梁。