太陽(yáng)能電池組件隱裂在清裝工序中的控制

呂 濤，趙科巍，申開愉，張 波，王 鈺

（山西潞安太陽(yáng)能科技有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

引言

伴隨社會(huì)不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)能源的需求不斷增加，由于石油、天然氣、煤炭等不可再生資源數(shù)量不斷降低，尋找新能源成為了有關(guān)人員重點(diǎn)關(guān)注問(wèn)題。作為地球最豐富的可再生資源之一——太陽(yáng)能備受有關(guān)人員關(guān)注。正因如此，太陽(yáng)能光伏行業(yè)發(fā)展速度得到了提高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，各大廠家對(duì)成本控制與質(zhì)量提高兩項(xiàng)工作關(guān)注度不斷提高。隱裂問(wèn)題是指太陽(yáng)能電池組件中的不良現(xiàn)象，可以影響組件性能，降低其使用壽命，有關(guān)人員應(yīng)提高對(duì)此問(wèn)題關(guān)注度，以保證太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展不受影響，發(fā)揮太陽(yáng)能電池組件最大價(jià)值。

1 太陽(yáng)能電池組件生產(chǎn)工藝流程

工藝流程：電池分選-單串焊-疊層-層壓-裝框-清洗固化-測(cè)試-包裝。

現(xiàn)階段，有關(guān)人員將太陽(yáng)能電池組件生產(chǎn)流程進(jìn)行了細(xì)化，將其分為層壓前、層壓后以及包裝前的EL測(cè)試三大部分，然后還包括有一些小工序。

在實(shí)際生產(chǎn)中，如果技術(shù)人員操作不規(guī)范將會(huì)出現(xiàn)隱裂問(wèn)題。而對(duì)存在隱裂問(wèn)題的太陽(yáng)能電池進(jìn)行返修，不僅會(huì)增加生產(chǎn)成本，應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)有所提高。假設(shè)以已完成層壓的組件為例，此工作階段太陽(yáng)能電池組件內(nèi)部玻璃、EVA、電池片、背板等材料已經(jīng)融合在一起，如果對(duì)隱裂位置進(jìn)行更壞，則需要廠家支付更多成本。也就是說(shuō)，在實(shí)際生產(chǎn)中，技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定，不定期進(jìn)行檢查，降低隱裂問(wèn)題發(fā)生概率，保證太陽(yáng)能電池組件生產(chǎn)質(zhì)量[1]。

2 太陽(yáng)能電池組件隱裂問(wèn)題出現(xiàn)原因及解決措施

2.1 太陽(yáng)能電池組件隱裂問(wèn)題出現(xiàn)原因

太陽(yáng)能電池組件各個(gè)生產(chǎn)流程都可能引發(fā)隱裂問(wèn)題發(fā)生。以某太陽(yáng)能光伏企業(yè)組件生產(chǎn)線某班組工作情況為例，對(duì)其進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在層壓前階段所產(chǎn)生隱裂情況，可以借助返工操作進(jìn)行彌補(bǔ)。基于此，在后續(xù)研究中，針對(duì)層壓后各道工序所產(chǎn)生的隱裂問(wèn)題進(jìn)行了具體分析，并針對(duì)所總結(jié)原因提出了具體意見(jiàn)。對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，因清裝工序所引發(fā)的隱裂問(wèn)題在所有隱裂問(wèn)題中的占比高達(dá)95.43%，即如何解決清裝工序隱裂問(wèn)題應(yīng)成為技術(shù)人員重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容[2]。

清裝工序主要作用是為完成層壓的半成品組件安裝鋁邊框與接線盒，對(duì)組件表面所黏附的EVA 溢膠以及組裝時(shí)溢出的硅膠進(jìn)行清理。操作結(jié)束后，需要將其送入加濕固化裝置等待硅膠固化，放置時(shí)間在10 h～12 h。清裝工序?qū)儆谧詣?dòng)線流水作業(yè)，如果傳輸設(shè)備不平整或在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生較大震動(dòng)，則都可能引發(fā)隱裂問(wèn)題。具體如下：

1）組框機(jī)頂升、翻轉(zhuǎn)機(jī)吸盤不平整，在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生較大沖擊力。在此次調(diào)查過(guò)程中，該班組共生產(chǎn)了540 塊組件，進(jìn)行了四次EL 測(cè)試，分別是組框前、組框后、翻轉(zhuǎn)機(jī)翻轉(zhuǎn)前以及翻轉(zhuǎn)后。對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，組框前與組框后共有33 塊太陽(yáng)能電池組件發(fā)生隱裂問(wèn)題，在總數(shù)中的占比為6.11%；翻轉(zhuǎn)機(jī)翻轉(zhuǎn)前以及翻轉(zhuǎn)后共有28 塊太陽(yáng)能電池組件發(fā)生隱裂問(wèn)題，在總數(shù)中的占比為5.19%。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于組框機(jī)頂升與翻轉(zhuǎn)機(jī)吸盤一直處于使用狀態(tài)，因此會(huì)產(chǎn)生不同程度磨損，以致于出現(xiàn)組框機(jī)頂升、翻轉(zhuǎn)機(jī)吸盤不平整問(wèn)題。如果發(fā)生此類問(wèn)題，則在后續(xù)生產(chǎn)時(shí)，對(duì)組件所造成的沖擊力也存在一定差異，以至于組件平面發(fā)生形變，出現(xiàn)隱裂問(wèn)題。

2）線體傳輸單元之間間隙過(guò)大。對(duì)翻轉(zhuǎn)機(jī)后方單元組件進(jìn)行分析可知，相關(guān)傳輸單元并未處于同一平面，以至于在流水線生產(chǎn)過(guò)程中組件會(huì)出現(xiàn)下墜情況，導(dǎo)致組件玻璃面與傳輸軌道線體發(fā)生碰撞，進(jìn)而產(chǎn)生形變。借助隨機(jī)抽取方法選擇100 塊組件進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)EL 測(cè)試后，共新增隱裂組件3 塊，隱裂問(wèn)題發(fā)生概率約為3%。

3）托盤組件數(shù)量較多。將所生產(chǎn)組件分成若干份放置在托盤中，然后開展EL 測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)托盤組件數(shù)量超過(guò)20 塊時(shí)，隱裂問(wèn)題發(fā)生概率明顯提高[3]。

2.2 太陽(yáng)能電池組件隱裂問(wèn)題解決措施

為解決上述問(wèn)題，在實(shí)際工作中，技術(shù)人員可以借助以下措施降低隱裂問(wèn)題發(fā)生概率：

1）借助水平儀等設(shè)備對(duì)組框機(jī)頂升進(jìn)行校準(zhǔn)，使用四角誤差法組成拼裝面積，提高組件與頂升二者的接觸面積，降低組件所承擔(dān)振動(dòng)，降低隱裂發(fā)生概率。

2）借助水平儀等設(shè)備對(duì)組框機(jī)頂升進(jìn)行校準(zhǔn)，調(diào)整固定吸盤所用螺母的位置，然后在其中增加一塊玻璃，調(diào)整吸附氣壓使其可以剛好完成玻璃吸附，降低隱裂發(fā)生概率[4]。

3）對(duì)線體傳輸單元支撐腳進(jìn)行優(yōu)化，借助水平儀等設(shè)備對(duì)傳輸軌道進(jìn)行校準(zhǔn)，提高組件傳輸過(guò)程穩(wěn)定性，降低組件所承擔(dān)震動(dòng)，降低組件磕碰概率，降低隱裂發(fā)生概率。

4）控制托盤組件數(shù)量，降低隱裂發(fā)生概率。

3 工程概況

3.1 工程實(shí)例

為驗(yàn)證前文所講述內(nèi)容，筆者借助工程實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。所選擇工程實(shí)例為在山地建設(shè)的集中式光伏電站，共擁有場(chǎng)區(qū)方陣20 個(gè)，所選擇逆變器為集中式逆變器，總裝機(jī)容量20 MWp，擁有太陽(yáng)能電池組件79 000 塊，每21 塊電池組件組成一個(gè)電池組，具體排列方式為3 行×7 列，表1 為太陽(yáng)能電池組件發(fā)電參數(shù)實(shí)測(cè)表[5]。

表1 太陽(yáng)能電池組件發(fā)電參數(shù)實(shí)測(cè)結(jié)果表

3.2 隱裂危害及檢測(cè)方式

3.2.1 隱裂危害

隱裂是指太陽(yáng)能電池組件在完成封裝后，由于所受機(jī)械力或熱應(yīng)力較大，導(dǎo)致電池電源出現(xiàn)肉眼無(wú)法發(fā)現(xiàn)的細(xì)微裂紋。隱裂的存在會(huì)對(duì)太陽(yáng)能電池組件性能造成影響。限制電池組件性能。

太陽(yáng)能電池組件電流傳輸原理為：由細(xì)柵線完成電流收集，然后將其傳遞給主柵線路，在借助互聯(lián)條將各個(gè)電池組件正負(fù)極主柵線路連接在一起，為光伏組件提供電能。太陽(yáng)能電池組件電流大小與電池片發(fā)電面積二者而反比關(guān)系，如果存在隱裂問(wèn)題，則可能會(huì)引發(fā)細(xì)柵線斷裂問(wèn)題，導(dǎo)致所產(chǎn)生電流無(wú)法及時(shí)傳遞給主柵線，導(dǎo)致電池片無(wú)法發(fā)揮自身實(shí)際作用[6]。當(dāng)太陽(yáng)能電池組件內(nèi)部光伏板存在隱裂問(wèn)題，則線路整體電能供應(yīng)效果由隱裂電池片決定。如果電池片失效面積較大，無(wú)法形成負(fù)載，則會(huì)引發(fā)短路情況，具體情況如圖1 所示。

圖1 隱裂對(duì)太陽(yáng)能電池組件發(fā)電功率的影響

除此之外，在裂紋截面的晶硅殘?jiān)鼤?huì)搭接在一起，導(dǎo)致出現(xiàn)局部短路問(wèn)題，導(dǎo)致主電路漏電，進(jìn)而對(duì)其輸出功率造成影響。并且，伴隨機(jī)械載荷不斷增加，電池組件隱裂程度也將持續(xù)增加，進(jìn)而會(huì)引發(fā)開路性的破損。當(dāng)隱裂情況增加到一定程度時(shí)，還會(huì)引發(fā)熱斑效應(yīng)，導(dǎo)致隱裂電池片局部溫度不斷提高，導(dǎo)致組件封裝材料老化速度不斷提高，對(duì)太陽(yáng)能電池組件電流輸出功能造成影響，降低組件使用壽命[7]。

對(duì)太陽(yáng)能電池組件隱裂問(wèn)題進(jìn)行收集可知，可以將其細(xì)化為六種，分別是樹狀裂紋、綜合型裂紋、+45°/-45°斜裂紋、平行于柵線、垂直于柵線、貫穿整個(gè)電池片的裂紋，具體情況如圖2 所示。不同裂紋形狀會(huì)對(duì)太陽(yáng)能電池組件造成不一樣的影響。對(duì)晶硅電池板結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可知：垂直于主柵線的細(xì)柵線主要功能為電流收集，因此當(dāng)太陽(yáng)能電池組件出現(xiàn)平行于主柵線、垂直于細(xì)柵線的裂紋，則會(huì)對(duì)太陽(yáng)能電池組件電流收集能力造成影響，導(dǎo)致電池片部分功能受損[8]。以德國(guó)ISFH 研究所研究成果為例：50%的電池片受損與平行于主柵線的隱裂有關(guān)，斜裂紋、樹狀裂紋、綜合性裂紋影響都在14%～20%，由垂直于主柵線的隱裂產(chǎn)生衰退的電池片只有1%。

圖2 太陽(yáng)能電池組件隱裂形狀

3.2.2 檢測(cè)方式

由于隱裂較小，工作人員無(wú)法借助肉眼進(jìn)行識(shí)別，因此在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，工作人員需要借助相關(guān)儀器設(shè)備。對(duì)現(xiàn)階段太陽(yáng)能電池組件隱裂檢查手段進(jìn)行收集可知，除前文所提到的EL 測(cè)試外，還有電子散斑干涉法、光致發(fā)光（PL）測(cè)試、超聲波諧振探測(cè)法等方法。在實(shí)際工作中，工作人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇[9]。

3.3 隱裂風(fēng)險(xiǎn)控制措施

3.3.1 原材料質(zhì)量控制

結(jié)合相關(guān)于要求對(duì)太陽(yáng)能電池組件生產(chǎn)原料進(jìn)行檢查，結(jié)合實(shí)際情況控制互聯(lián)通厚、硬度以及可焊性。

3.3.2 生產(chǎn)過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)控制

嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定，確保工藝參數(shù)符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、提高對(duì)生產(chǎn)過(guò)程檢試驗(yàn)管理關(guān)注度，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，提高生產(chǎn)線工人操作規(guī)范性，具體措施如下：

1）層壓前重點(diǎn)控制焊接質(zhì)量，電池片需經(jīng)過(guò)充分預(yù)熱后再實(shí)施焊接，焊接時(shí)避免虛焊、過(guò)焊和焊帶偏移，避免按壓電池片。

2）提高層壓前EL 檢查重視程度，盡量在層壓前完成隱裂返修，避免之后的操作導(dǎo)致隱裂擴(kuò)大[10]。

3）層壓后的組件應(yīng)充分降溫后才能進(jìn)行削邊，宜采用玻璃面向下的方式削邊和裝框，裝框前的層壓件應(yīng)避免翻轉(zhuǎn)和人工搬運(yùn)。

4）確保削邊和預(yù)組框等工作臺(tái)面積足夠大，在工作中，組件處于中間位置，組件邊緣與臺(tái)面邊緣之間的距離不得低于200 mm。

5）借助鋼架托盤或雙層木托盤來(lái)協(xié)調(diào)所存放組件關(guān)系，借助叉車進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，貨叉必須完全穿過(guò)托盤。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文論述可知，隱裂問(wèn)題是影響太陽(yáng)能光伏企業(yè)發(fā)展、限制太陽(yáng)能電池組件發(fā)揮自身價(jià)值的關(guān)鍵問(wèn)題。因此在實(shí)際操作中，除使用本文所講述內(nèi)容提高清裝工序工作質(zhì)量，降低隱裂問(wèn)題發(fā)生概率外，還應(yīng)用通過(guò)工作人員培訓(xùn)，提高實(shí)際工作質(zhì)量，提高操作規(guī)范性，以降低隱裂問(wèn)題發(fā)生概率，挖掘太陽(yáng)能光伏電池組件潛能。