非正常衰減和失效現(xiàn)象的原因較多，涉及的責(zé)任方主要有組件制造方、運(yùn)輸方、安裝方、運(yùn)維方、電站設(shè)計(jì)方等等。只有分清責(zé)任方，才有利于解決非正常衰減和失效的問題，延長組件的使用壽命，為投資者帶來更多的效益。
1.問題的提出：
隨著光伏發(fā)電裝機(jī)容量的迅速增長，業(yè)主對(duì)晶體硅光伏組件質(zhì)量的要求越來越高。我們經(jīng)常可以看到，組件生產(chǎn)工廠內(nèi)，業(yè)主雇傭的第三方質(zhì)量檢驗(yàn)人員一絲不茍地在線檢驗(yàn)組件。甚至發(fā)貨前還要重新進(jìn)行外觀檢查、功率復(fù)測和EL測試，生怕出廠到光伏電站項(xiàng)目的組件出現(xiàn)問題。于是乎，對(duì)組件的要求越來越高，檢驗(yàn)越來越嚴(yán)。首先，筆者對(duì)于第三方檢驗(yàn)人員的工作態(tài)度和敬業(yè)精神表示贊賞和尊重。但是，盡管經(jīng)過如此嚴(yán)格檢驗(yàn)的組件產(chǎn)品，經(jīng)出廠運(yùn)輸、安裝建成電站后、組件輸出功率衰減塊、組件質(zhì)量出現(xiàn)各種問題的現(xiàn)象依然存在，這是為什么呢?
其實(shí)，組件外觀、出廠前功率和EL測試各自分別表明了組件質(zhì)量的一個(gè)方面，外觀和測試看不到的內(nèi)在質(zhì)量也很重要。外觀良好，測試合格的組件并不一定就衰減不快，出廠時(shí)完美無缺的組件到了電站并不一定沒有質(zhì)量問題，我們只有充分了解組件從生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝到運(yùn)維各個(gè)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問題，并嚴(yán)格分清這些問題的責(zé)任方，發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)由責(zé)任方處理和解決問題，才能使光伏組件在它的生命周期內(nèi)發(fā)揮最大效能，為投資者創(chuàng)造更大的效益。
那么，導(dǎo)致電站發(fā)電不足的原因都有哪些呢?又都應(yīng)該由誰來負(fù)責(zé)?由誰來處理和解決問題呢?光伏電站發(fā)電量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求和衰減快的原因很多，我們不談電站設(shè)計(jì)、選址、陣列朝向、陰影遮擋、電纜損失、匯流箱和逆變器損耗、氣象條件等因素對(duì)光伏電站發(fā)電量的影響，也不涉及組件正常初始衰減和長期自然衰減，只對(duì)組件非正常衰減和失效做分析，希望能找出原因，分清責(zé)任，各負(fù)其責(zé)，解決問題。
2.晶體硅光伏組件非正常衰減和失效的原因：
2.1組件的PID現(xiàn)象：
這是近幾年討論較多的話題，筆者認(rèn)為，如果光伏電站的組件發(fā)生了PID現(xiàn)象，其責(zé)任首先在電站設(shè)計(jì)方。
若設(shè)計(jì)方要求組件制造方提供抗PID的組件，而在電站實(shí)際運(yùn)行中還是產(chǎn)生了PID現(xiàn)象，則組件制造方應(yīng)承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。
我們知道，晶體硅光伏組件電位誘發(fā)衰減效應(yīng)簡稱PID(Potential Induced Degradation)，在負(fù)高偏壓下使用任何工藝生產(chǎn)的P型電池常規(guī)組件和在正高偏壓下使用任何工藝生產(chǎn)的N型電池常規(guī)組件都存在發(fā)生PID現(xiàn)象的極大風(fēng)險(xiǎn)，那么安裝在現(xiàn)場的組件可能產(chǎn)生PID現(xiàn)象的必要條件是什么呢?在實(shí)際的應(yīng)用條件下，上午太陽初升后的一段時(shí)間內(nèi)，往往是PID現(xiàn)象相對(duì)強(qiáng)烈的時(shí)段，原因是組件在經(jīng)歷了一個(gè)不發(fā)電的夜晚后，其表面會(huì)有凝露現(xiàn)象發(fā)生，會(huì)造成光伏系統(tǒng)在早晨太陽初升后的一段時(shí)間內(nèi)，其表面較為潮濕的情況下，承受前面提及的系統(tǒng)偏置電壓。
組件發(fā)生PID現(xiàn)象必須滿足以下幾個(gè)條件：
1)P型硅電池組件正極接地，或N型硅電池組件負(fù)極接地。
2)組件表面有一層水膜(一般清晨會(huì)有露水)。
3)有能使組件產(chǎn)生高電壓的陽光;
4)組件封裝材料用的是常規(guī)鈉鈣玻璃和常規(guī)EVA，電池是常規(guī)工藝制成。
組件在滿足以上四條時(shí)就有產(chǎn)生PID現(xiàn)象的可能。也就是說，PID現(xiàn)象的產(chǎn)生是玻璃表面與組件內(nèi)部電路的高壓，導(dǎo)致玻璃中鈉離子遷移到電池，破壞PN結(jié)的結(jié)果，與組件邊緣和背板滲水等并無直接關(guān)系。2、3條是自然現(xiàn)象，無法避免，1、4條則可以人為控制。
圖(1) PID示意圖
組件產(chǎn)生PID現(xiàn)象后，經(jīng)EL測試，一般可見電池片衰減發(fā)黑的現(xiàn)象首先在靠近鋁邊框處發(fā)生，因?yàn)檫@些地方的電壓較高。另外，與逆變器輸入端相鄰的組件電路通常承受著最大系統(tǒng)電壓，所以這些位置的組件也最容易產(chǎn)生PID現(xiàn)象。
設(shè)計(jì)電站的人員若了解了電站內(nèi)的組件有可能滿足以上幾個(gè)條件時(shí)，就應(yīng)該采取相應(yīng)措施，以防止組件產(chǎn)生PID現(xiàn)象?？刹扇〉拇胧┯校簭南到y(tǒng)上而言，可以采用串聯(lián)組件的負(fù)極接地或是在晚間對(duì)可能產(chǎn)生PID現(xiàn)象的組件和大地之間施加正電壓(對(duì)P型硅的組件而言)。另一個(gè)可能的情況是，隨著微逆變器的使用，系統(tǒng)電壓降低，產(chǎn)生的PID效應(yīng)是否可以忽略不計(jì)。以上的三個(gè)方案都會(huì)帶來額外的設(shè)備成本和效率的下降。從組件和電池而言，電池端采用不同折射率或雙層減反射鈍化膜和組件端使用高電阻率的膠膜都可有效減緩PID 現(xiàn)象的產(chǎn)生。
雙玻組件無邊框，組件本身無需接地，使雙玻組件在有晨露等濕氣的情況下，由于與支架相連的卡簧或掛鉤面積較小，連通接地支架的阻抗較常規(guī)組件大的多，所以其產(chǎn)生PID現(xiàn)象的可能性要比常規(guī)組件小的多。
2.2電池的蝸牛紋和隱裂：
組件內(nèi)的電池產(chǎn)生蝸牛紋是多個(gè)因素共同作用下的綜合結(jié)果，但必要條件是電池隱裂或者電池刻蝕工藝導(dǎo)致的PN結(jié)裸露，一般輕微隱裂不會(huì)導(dǎo)致電池和組件輸出功率下降，但隨著隱裂程度的加劇和時(shí)間的推移，隱裂對(duì)組件衰減的作用會(huì)逐漸顯現(xiàn)，嚴(yán)重隱裂必然導(dǎo)致電池和組件輸出功率下降，甚至?xí)馃岚?，直至燒毀組件。而電池隱裂又有先天和后天之分。
組件出廠前的EL測試，是檢驗(yàn)組件先天隱裂的關(guān)鍵工序，它可以保證組件出廠時(shí)無隱裂，若有不影響電性能輕微隱裂的組件將會(huì)被降級(jí)，有嚴(yán)重隱裂的組件則會(huì)被返修和再降級(jí)。出廠組件若有可能影響電性能的隱裂是組件制造方的責(zé)任。
由于每個(gè)組件都有自己的身份證——條碼，掃描條碼可以得到該組件的所有信息，包括生產(chǎn)工廠、出廠日期、所用物料、測試數(shù)據(jù)、EL圖像等，若想知道組件出廠時(shí)是否有隱裂存在，只需通知組件生產(chǎn)工廠的質(zhì)量部門，調(diào)取EL圖像一看便知。
造成組件后天隱裂可能性的地方很多，主要是運(yùn)輸、安裝過程中要遵循相關(guān)規(guī)則，輕拿輕放，不讓組件受到人為傷害是關(guān)鍵。這個(gè)階段電池若產(chǎn)生隱裂，則是運(yùn)輸和安裝方的責(zé)任。
組件安裝到位后，在運(yùn)維、保養(yǎng)、清洗等過程中，電池依然有可能產(chǎn)生隱裂，若是人為因素，則是運(yùn)維方的責(zé)任。若是因風(fēng)大、雪壓等組件變形引起的隱裂，則是電站設(shè)計(jì)方的責(zé)任，早知有此風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)采用抗變形能力強(qiáng)的組件，如小面積組件、加厚玻璃或帶背面支撐的組件等。
至于蝸牛紋，有蝸牛紋的電池一定有隱裂，有隱裂的電池不一定有蝸牛紋。筆者認(rèn)為，讓蝸牛紋顯示隱裂的存在并不一定是壞事，它提醒我們要善待組件，從組件的設(shè)計(jì)到制造，電站運(yùn)輸、安裝組件到運(yùn)維都要防止電池隱裂的產(chǎn)生。無論如何，隱裂對(duì)組件長期可靠性帶來了嚴(yán)重的威脅。
雙玻組件具有天生的抗隱裂性能，采用雙玻組件只要保證出廠時(shí)電池?zé)o隱裂，后續(xù)幾乎沒有產(chǎn)生隱裂的可能性。
圖(2)蝸牛紋
2.3 熱斑：
組件熱斑在兩種情況下回產(chǎn)生：
1)被陰影樹葉鳥糞灰塵等部分遮擋電池產(chǎn)生的熱斑，此時(shí)只需去掉遮擋物即可;
2)組件中一塊或幾塊電池的溫度在工作狀態(tài)下比其它電池高出許多，說明這些電池是問題電池，例如混入的低檔電池或并聯(lián)電阻小、漏電電流較大的電池，長期下去熱斑處封裝材料老化加快、電池更快衰減形成惡性循環(huán)，直至造成組件整體衰減或報(bào)廢，這類缺陷的情形應(yīng)由組件制造方負(fù)責(zé);
圖(3)熱斑組件
2.4背板問題：
目前市場上背板種類繁多，選擇合適的背板成為電站設(shè)計(jì)者的必修課，因背板問題引起的組件衰減、報(bào)廢的實(shí)例也很多，如背板開裂、脫層、氣泡、黃變等。由于不同氣候地區(qū)對(duì)材料老化有一定差異，電站設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)不同地區(qū)氣候特點(diǎn)選取最適合的背板材料。因選取背板材料不當(dāng)引發(fā)的背板問題應(yīng)由電站設(shè)計(jì)者負(fù)責(zé)。電站設(shè)計(jì)者選取了合適的背板材料，背板仍在組件壽命期內(nèi)出了問題，應(yīng)由組件制造方負(fù)責(zé)。
要想防止背板開裂、氣泡、黃變并阻止水汽透過，雙玻組件則是最佳選擇。
圖(4)背板收縮和斷裂
2.5 EVA問題
在上世紀(jì)80年代，國外開始研制、生產(chǎn)EVA膠膜，在太陽電池封裝和戶外使用上均獲得相當(dāng)滿意的效果。本世紀(jì)初國內(nèi)的EVA膠膜并不成熟，存在黃變嚴(yán)重、加熱收縮等問題，經(jīng)過國內(nèi)EVA膠膜生產(chǎn)企業(yè)不斷努力，先如今我國已成為世界上產(chǎn)量第一，質(zhì)量上乘EVA膠膜生產(chǎn)大國，品種也越來越多，高透、高阻、白色反光、波長轉(zhuǎn)換、抗蝸牛紋等EVA膠膜都很成熟，所以組件若是EVA膠膜出現(xiàn)了超出標(biāo)準(zhǔn)要求的氣泡、脫膠、黃變等問題，應(yīng)由組件制造方負(fù)責(zé)。
圖(5)EVA黃邊和脫層
2.6 焊接問題
焊帶與電池片虛焊、焊帶與匯流條虛焊會(huì)導(dǎo)致組件輸出功率下降，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)打火、燒穿背板甚至引起火災(zāi)，其責(zé)任是組件制造方。
2.7 接線盒問題
2.7.1
接線盒內(nèi)焊點(diǎn)虛焊或卡簧式接線盒中卡簧未卡緊匯流條，輕則脫開少一路，重則出現(xiàn)打火、燒毀接線盒甚至引起火災(zāi)，此類失效應(yīng)由組件制造方負(fù)責(zé)。
2.7.2
旁路二極管燒毀一般有兩個(gè)原因：
1)電站組件安裝完成后，接線時(shí)將一串組件正負(fù)極接反，瞬間其它組串的大電流通過接反組串接線盒內(nèi)的二極管，燒毀二極管、燒毀接線盒，嚴(yán)重時(shí)引起火災(zāi)，這種現(xiàn)象應(yīng)由電站的施工方負(fù)責(zé);
2)接線盒內(nèi)二極管焊接不良，反向耐壓不足，甚至二極管極性裝反，都可能造成二極管燒毀，這種現(xiàn)象應(yīng)由組件制造方負(fù)責(zé)。
2.7.3
接線盒進(jìn)水可能導(dǎo)致內(nèi)部短路、發(fā)熱甚至燒毀，嚴(yán)重時(shí)引起火災(zāi)，除去施工方操作不當(dāng)拉扯接線盒導(dǎo)致底部開裂或者損壞等原因外，應(yīng)由組件制造方負(fù)責(zé)。
2.8 連接器問題
組件連接器可能出現(xiàn)的問題有：接觸不良、電阻過大、發(fā)熱、打火甚至燒毀嚴(yán)重時(shí)引起火災(zāi)，若是因?yàn)椴褰硬坏轿粚?dǎo)致的問題應(yīng)由電站安裝方負(fù)責(zé)。如虛焊或自身接觸不良、電阻過大導(dǎo)致的問題應(yīng)由組件制造方負(fù)責(zé)。
這里需要重點(diǎn)說一下，電站在組件安裝后連接器可能并沒有馬上接好，而是過了若干天后才連接，此時(shí)連接器有可能暴露在室外，連接器內(nèi)下雨進(jìn)水，刮風(fēng)進(jìn)沙，造成此后連接器接觸不良的現(xiàn)象。為了防止此類問題的發(fā)生，組件制造方應(yīng)在組件出廠時(shí)給連接器添加防塵、防水、防沙帽，封閉連接器插口端。
圖(6)接線盒燒毀、二極管失效
2.9 玻璃爆裂
玻璃爆裂問題一般有兩個(gè)：
1)玻璃自身內(nèi)部硫酸鎳膨脹引發(fā)產(chǎn)生強(qiáng)大內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致的自爆，自爆點(diǎn)處應(yīng)有明顯的“蝴蝶斑”，此種問題應(yīng)由組件制造方負(fù)責(zé);
2)施工方安裝時(shí)人為導(dǎo)致組件爆裂，爆點(diǎn)處會(huì)有明顯受力點(diǎn)，此種問題應(yīng)由電站施工方負(fù)責(zé)。如圖(7)，左邊圖片為自爆爆點(diǎn)，右邊圖片為外力導(dǎo)致的爆裂爆點(diǎn)，具有明顯區(qū)別;
3)問題電池引發(fā)組件熱斑現(xiàn)象，繼而背板發(fā)熱、燒毀，局部的大溫差還可能導(dǎo)致玻璃爆裂，此種問題應(yīng)由組件制造方負(fù)責(zé)。
圖(7)“自爆”和受外力的爆裂
2.10 自然災(zāi)害
我們知道自然災(zāi)害是不可避免的，如雷擊、臺(tái)風(fēng)等主要靠設(shè)計(jì)方預(yù)防，地震、泥石流、洪水、龍卷風(fēng)等不可抗力就要靠保險(xiǎn)了。
當(dāng)然也有一些特殊情況，比如水位上漲后淹沒組件，待退水后組件經(jīng)過清洗是不影響使用的，清洗雙玻組件較常規(guī)組件要容易的多。
3.結(jié)論
綜上所述，組件非正常衰減和失效的原因較多，涉及的責(zé)任方主要有組件制造方、運(yùn)輸安裝方、運(yùn)維方、電站設(shè)計(jì)方等等。筆者認(rèn)為只有分清責(zé)任方，才有利于解決非正常衰減和失效的問題，延長組件的使用壽命，為投資者帶來更多的效益。
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