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1、All Rights Reserved Suntech 太阳能光伏组件失效模式介绍太阳能光伏组件失效模式介绍 无锡尚德太阳能电力有限公司 朱景兵博士 R&D副总裁 2012-12-06 1 All Rights Reserved Suntech 内内 容容 2 引言引言 太阳能光伏组件失效模式太阳能光伏组件失效模式 太阳能光伏组件长期可靠性测试太阳能光伏组件长期可靠性测试 All Rights Reserved Suntech 01 引言 3 All Rights Reserved Suntech 4 辐射：辐射： 太阳、天空太阳、天空 大气：大气： 盐雾、灰尘、盐雾、灰尘、 沙、污染沙、污染
2、 温度：温度： 热、霜冻、日热、霜冻、日 夜温差变化夜温差变化 机械应力：机械应力： 风载、雪载、风载、雪载、 冰雹冲击冰雹冲击 湿气：湿气： 雨、露水、霜雨、露水、霜 湿度湿度 环境因素对光伏组件的影响环境因素对光伏组件的影响 太阳能光伏组件的质保是25年最大功率衰减不超过20%。 在实际户外使用时光伏组件会受到各种环境因素的侵蚀。 All Rights Reserved Suntech 太阳能光伏组件失效模式太阳能光伏组件失效模式 5 All Rights Reserved Suntech 失效浴盆曲线失效浴盆曲线 6 All Rights Reserved Suntech 02 太阳能光
3、伏组 件失效模式 7 All Rights Reserved Suntech 1. 室外失效模式室外失效模式 互联条断裂互联条断裂 电池隐裂电池隐裂/裂片裂片 电池片腐蚀电池片腐蚀 分层分层 封装材料变色封装材料变色 焊带处白斑焊带处白斑 蜗牛纹蜗牛纹 8 焊接失败焊接失败 热斑热斑 接线盒失效接线盒失效 打弧打弧 PID现象现象 玻璃碎裂玻璃碎裂 飓风破坏飓风破坏 其他其他 All Rights Reserved Suntech 互联条断裂互联条断裂 9 材料热应力不匹配或是反复的 机械应力导致互联条断裂。 失效原因 热膨胀系数不匹配 电池片尺寸过大 焊带厚度不匹配 层压过程中焊带变形、扭曲
4、 电化学过程 影响 组件开路。 系统工作电流从二极管流过， 容易导致二极管过热损坏。 All Rights Reserved Suntech 电池隐裂电池隐裂/裂片裂片 10 机械应力导致晶体硅电池隐裂 失效原因 电池片、玻璃减薄 电池/组件生产制程不当 边框强度不够 不正确的包装方式导致运输过 程中易隐裂 粗暴安装 踩踏 All Rights Reserved Suntech 11 隐裂的分类隐裂的分类 A类型的隐裂，功率损失与电池片隐裂数量成线性关系，通常功率损失小于 2.5%； B类隐裂，可能会演变为C类隐裂； C类型的隐裂，不工作的区域小于电池面积的8%，对功率的影响是可接受的。 M.
5、Kontgess presentation NREL PV Module Reliability Workshop, 2011 All Rights Reserved Suntech 电池片腐蚀电池片腐蚀 12 湿气进入组件内部导致电池的金属化 部分腐蚀 失效原因 封装材料水汽渗透率过高 封装材料吸水性强 EVA水解产生的醋酸对电池金属化 材料的腐蚀 电池金属化材料对水汽较为敏感 影响 腐蚀导致电阻增加，从而影响输 出功率 All Rights Reserved Suntech 分层分层 13 玻璃和EVA之间分层，EVA和电池之间分层，背板和EVA之间分层 失效原因 封装材料对紫外、湿气等敏
6、感导致材料之间的粘接力被破坏 金属离子的污染（如：玻璃中过量的Na+析出） All Rights Reserved Suntech 封装材料变色封装材料变色 14 EVA变色 过热或UV照射 EVA交联度不足会加速EVA变色 EVA中的添加剂导致变色 背板变色 背板是紫外敏感的材料 EVA紫外高透，从而加速紫外 敏感的背板材料变色 EVA中紫外吸收剂分解，从而 加速紫外敏感的背板材料变色 EVA变色可能会影响透光率有一些， 从而导致功率轻微下降 背板变色不会影响功率，但是可能 会导致粘接力及绝缘性能劣化 All Rights Reserved Suntech 焊带处白斑焊带处白斑 15 助焊剂
7、残留导致焊带处出现白斑 解决方法 提高助焊剂烘干温度 延长助焊剂烘干时间 All Rights Reserved Suntech 蜗牛纹蜗牛纹 16 All Rights Reserved Suntech 17 根据目前的研究，蜗牛纹可能产生的原因如下： Refer to Abu Dhabu, Unlocking the secret of snail trails, science & technology. All Rights Reserved Suntech 18 目前，PI Berlin提出了如下 的测试程序，用以验证蜗牛纹。 All Rights Reserved Suntech
8、焊接失败焊接失败 19 温度、机械电气等应 力的变化导致焊接点破坏 失效原因 虚焊 焊带与银浆或是银 浆与硅片之间附着力不足 焊接点减少 影响 容易导致打弧，组件 烧毁；或是组件开路 All Rights Reserved Suntech 热斑热斑 20 当组件的Imp超过被遮挡的电池或是有缺陷的电池的Isc 时，容易导致热斑过热现象的产生 失效原因 电池表面有异物 电池之间不匹配 电池缺陷如右下图所示 二极管并联的电池片数量过多 部分遮挡 焊接不良 影响 焊接处融化 过高的温度导致封装材料和背板的老化 局部过热导致玻璃碎裂 反向反向EL图图 对应的对应的IR图图 All Rights Res
9、erved Suntech 21 A: Bypass Diode B: Hot Cell C: Interconnect D: Hot-spot E: Broken Cell F: Hot Cell Array G: Front Contact H: Partial Shadow 组件各类热效应与电气性能失效的对应关系组件各类热效应与电气性能失效的对应关系 Refer to Christian Vodermayer, Marcel Mayer, Maurice Mayer etc., “First Results- Correlation between IR Imaging and Elec
10、trical Behavior and Energy Yield of PV Modules”. Hot bypass diode Hot cell array Hot cell Hot Spot Def. Interconnect Diode short circuit Cell mismatch Cell internal def. Def. front contact Partial shadowing Broken cell All Rights Reserved Suntech 接线盒发热接线盒发热 22 接线盒失效有几种： 粘接胶与盒体材料不匹配或 是粘接胶固化不充分导致接线盒 从
11、背板脱落。 接线盒密封性能差，水汽渗 入，导致接线盒内部金属部件腐 蚀。最好的方案是接线盒内部注 入灌封胶，提高接线盒IP等级。 接线盒与组件之间的连接差， 导致打弧起火。 热斑或是不良的焊接导致二 极管过热。 All Rights Reserved Suntech 打弧打弧 John Wohlgemuths presentation at SUNTECH, 2011 23 All Rights Reserved Suntech PID现象现象 24 对于传统的晶体硅组件，PID产生的条件： 组件工作在负的系统电压 高的环境湿度和高的系统电压 All Rights Reserved Sunte
12、ch 25 Electrons (-ve) Holes (+ve) 传统P型晶体硅光伏组件PID产生的过程： 1、P型晶体硅电池在负电压的作用下，玻璃中的钠离子迁移积聚到电池的 ARC(SiNx)表面； 2、钠离子为正电荷会吸附来自电池的负电荷，形成电场破坏PN结，形成EL 黑片，从而导致组件功率的下降。 如有机会如有机会,将来另开专题再详细讲解将来另开专题再详细讲解! All Rights Reserved Suntech 玻璃破裂玻璃破裂 26 失效原因 冲击（如石头、冰雹等物理） 导致玻璃碎裂，可以从碎裂的形状 判断 玻璃质量问题（如玻璃自爆） 不当的安装方式 高温（如热斑、打弧等） A
13、ll Rights Reserved Suntech 27 不当的安装方式导致玻璃破裂不当的安装方式导致玻璃破裂 All Rights Reserved Suntech 28 过热导致玻璃破裂过热导致玻璃破裂 All Rights Reserved Suntech 29 组件承载能力组件承载能力 风载风载/雪载雪载 All Rights Reserved Suntech 安装支架强度不够安装支架强度不够 30 All Rights Reserved Suntech 系统支架强度不够系统支架强度不够 Hans Urbans presentation at TUV Sponsored Module
14、 Workshop, 2006 31 All Rights Reserved Suntech 2. 实验室内失效模式实验室内失效模式 32 根据美国PTL实验室测试失败统计数据显示20052007年期间，晶硅组件的失效频 率最高的是DH1000和二级管测试，达30%。其次是HF10和TC200达12%左右。 All Rights Reserved Suntech 33 晶体硅光伏组件在室内测试的失效模式主要有以下几种晶体硅光伏组件在室内测试的失效模式主要有以下几种: 电池 片腐 蚀 机械 载荷 失败 热斑 过热 接线 盒变 形 分层 EVA 气泡 Na+ 析出 All Rights Reser
15、ved Suntech 电池片腐蚀电池片腐蚀 34 2000小时的湿热测试后，电池腐蚀 电池腐蚀有3种形式 电池边缘开始腐蚀 焊带处开始腐蚀 电池中心开始腐蚀 EVA在长期湿热条件下产生的醋酸是 导致电池腐蚀的主要原因。 Initial 2000hrs Initial 2000hrs Initial 2000hrs All Rights Reserved Suntech 焊带腐蚀焊带腐蚀 35 通常发生在高温高湿（DH）测试之后，主要是由于： 背板透水率过高 EVA与焊带之间的化学反应 All Rights Reserved Suntech Na+析出析出 36 通常发生在高温高湿（DH）测试之后，主要原因是： Na+在高温高湿条件下迁移 玻璃中Na+含量过高 All Rights Reserved Suntech EVA气泡气泡 37 通常发生在湿冻（HF）、高温高湿（DH）测试之后，主要原因是层压 不充分。 All Rights Reserved Suntech 玻璃与玻璃与EVA之间分层之间分层 38 通常发生在湿冻（HF）/高温高湿（DH）之后，主要原因是： Na+在
