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  • 太陽能板隱裂的原因

延續太陽能板常見的失效模式,我們今天將探討太陽能板隱裂發生的成因和如何預防隱裂減少來太陽能系統的發電損失。

什麼是隱裂(micro cracks)?

隱裂(micro cracks)是太陽能電池破裂後產生肉眼無法辨識的裂痕,即使裂痕非常細小而且模組表面並無異狀,當太陽能模組受到外力而彎曲時,暗裂會順著彎曲而斷開,造成電池開路,降低模組的發電輸出。

隱裂(micro cracks)產生的原因?

現今量產的太陽能電池通常只有170微米的厚度,容易破碎所以需要玻璃、EVA、背板和框的保護,所以封裝後才能成為耐用的太陽能模組。雖然模組耐用度相較於單薄的電池要好的多,但如果受到強大的外在壓力,例如風壓和其他碰撞等,且當模組受到外力而變型彎曲時,其中封裝在內太陽能電池都可能會出現細小、肉眼看不到的裂痕。

隱裂(micro cracks)對太陽能模組有什麼影響?

太陽能電池片中的隱裂會降低太陽能模組的發電輸出。

一個正常的太陽能電池整個表面在吸收太陽光後會轉換光能成電流,經由最近的焊接點輸出直流電。

當暗裂出現時,從電池片表面的任一點到焊接點的距離可能被裂痕切斷造成開路,無法正常導電,研究單位指出隱裂可能造成將近20%的發電損失

太陽能板 隱裂 EL
太陽能板的EL照片顯示出因隱裂造成不發電的區域。

正常發電的電池片在EL照片中是明亮的,反之破裂的電池會出現黑暗的斷層,所以完美的太陽能模組EL照片應該是均勻且明亮的,而老舊、受損的模組EL照片會有分散、不規則的暗區。

隱裂(micro cracks)的太陽能板能維修嗎?

太陽能電池、玻璃、EVA、背板在模組製造過程中受高溫、加壓封裝成型,如果要將材料分開,太陽能電池會受到嚴重的破壞。因此如果電池隱裂發生了,並沒有辦法置換全新的電池片,所以保持太陽能模組持續正常發電的方式,只有盡全力預防暗裂的產生。

模組荷重(mechanical load) 測試跟隱裂的相關性?

隱裂的成因主要是受到外力擠壓、撞擊模組,所以在產品設計時透過強化玻璃和框增加模組強度,可有效降低暗裂的發生。

有成精密使用強化玻璃保護太陽能電池,並通過IEC 35釐米的冰雹測試,以直徑35釐米的冰球及時速100公里的速度撞擊在模組玻璃上至少9處,來確保玻璃的強度,此測試所需要承受的動能是IEC規範冰雹測試的四倍,讓有成精密的產品有信心能抵擋冰雹或高速高爾夫球體的衝擊。

此外,有成精密的模組設計使用L型的框角鎖附長短框來強化外框,強韌的外框設計有效降低模組受到強風或外力的變型擠壓,而減少模組電池片的暗裂,形成,通過5400帕的機械負荷,等於是將900公斤重物平均壓在模組上進行測試,透過測試了解模組受到重物擠壓後的衰退狀況,而通過測試的模組衰退需小於5%。

太陽能模組L型框角
L型框角提供模組最強壯的架構。

有成精密強壯的模組設計可有效降低太陽能系統安裝後產生隱裂的機率。

如何從製程預防隱裂?

在高自動化、高精準的太陽能模組產線,模組材料需要通過高溫、高壓的製程,所以偶爾會在生產過程出現隱裂。我們為了在產品出貨前排除所有的瑕疵,在產線特定的位置增加了EL檢測的站點,確保客戶收到的產品是最完美、沒有隱裂的太陽能板。

EL品質管理
EL品質管理檢測站。

如何在運輸過程預防隱裂?

錯誤的模組運輸方式會在太陽能模組中產生隱裂,我們偶爾會看到客戶貪圖方便將逆變器或其他工具綁在開放式的太陽能模組上,此舉可能會在運送模組的過程中,因為道路顛頗而造成模組暗裂。

為驗證我們對此運輸方式的假設,我們製作了以下的實驗:

  • 一個5千瓦、31公斤的逆變器放在一片320瓦的太陽能模組。
  • 使用一個堆高機舉起一個棧板支撐以上的貨物,並以時速10公里在停車場行駛1公里。
  • 在測試前後測量模組的發電效率。
逆變器壓在模組上堆高機
實地測試逆變器在運輸過程中壓在模組上是否會產生隱裂。

太陽能模組的發電輸出在測試前(323.9瓦)和測試後(316.0瓦)顯示2.44%的差異,可見以時速10公里移動1公里已可造成隱裂降低發電效率,如果系統商以50公里行駛30公里到案場,對模組產生隱裂造成的傷害一定更大。

如何在安裝系統時預防隱裂?

您知道有錯誤的方式搬運模組上樓梯嗎?

我們團隊為了瞭解搬運模組時可能會出現隱裂的狀況,我們設計了以下的實驗:

  • 肩膀和頭部頂住模組玻璃搬運上24個台階。
  • 肩膀和頭部頂住模組背板搬運上24個台階。
  • 在測試前後測量模組的發電效率。
搬運太陽能模組上樓梯
勿把肩膀和頭當作搬運模組的支撐點,在上樓梯後可能造成1%的發電損失。
正確的模組搬運方式可防止隱裂產生
正確的模組搬運方式可防止隱裂產生。

太陽能模組的發電輸出在測試前後顯示0.97%(頭支撐玻璃)到0.86%(頭支撐背板)的發電損失。根據經驗,最佳的模組搬運方式是將模組的重量分散在兩手支撐的框上,這樣不但能順利的移動模組也能確保最完善的系統安裝品質。

可以在太陽能模組上走動嗎?

不行,不論任何情形下都不能在模組上站立或走動。

即使在產品設計時考量到玻璃和框的強度、韌性,當一個成人的重量集中在站立的一點上,太陽能電池還是有機會破裂,以下NREL的EL影片完整描述踩踏模組可能產生的隱裂。

我們建議在設計太陽能系統時規劃適當的維修走道,降低維護系統時踩踏模組的風險。

如何偵測系統的隱裂?

當太陽能板安裝在系統後,偵測隱裂最有效率的方式為紅外線攝影機,當太陽光照射在破裂的太陽能電池上,隱裂的區域會成為高電阻和高溫的熱點,所以從模組表面偵測溫度差可有效判定熱斑和暗裂的位置。

當紅外線熱影像偵測出高溫度差的區域後,維運團隊可更有效率的定位缺陷模組的位置,並即時除錯。

當您了解隱裂可短時間降低模組功率約3%,長期可影響20%的發電輸出,使用正確的模組搬運和運輸手法變成安裝高品質系統的第一步。

如果您想多了解有成精密的太陽能技術,請聯絡我們。