1、All Rights Reserved Suntech 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 容 2 引言 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 All Rights Reserved Suntech 01 引言 3 All Rights Reserved Suntech 4 辐射： 太阳、天空 大气： 盐雾、灰尘、沙、污染 温度： 热、霜冻、日夜温差变化 机械应力： 风载、雪载、冰雹冲击 湿气： 雨、露水、霜 湿度 环境因素对光伏组件的影响 太阳能
2、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 5 All Rights Reserved Suntech 失效浴盆曲线 6 All Rights Reserved Suntech 02 太阳能光伏组件失效模式 7 All Rights Reserved Suntech 1. 室外失效模式 互联条断裂 电池隐裂 /裂片 电池片腐蚀 分层 封装材料变色 焊带处白斑 蜗牛纹 8 焊接失败 热斑 接线盒失效 打弧 PID现象 玻璃碎裂 飓风破坏 其他 All Ri
3、ghts Reserved Suntech 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 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 /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 A类型的隐裂，功
4、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.Kontgess presentation NREL PV Module Reliability Workshop, 2011 All Rights Reserved Suntech 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 Ri
5、ghts Reserved Suntech 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 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
6、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 15 助焊剂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 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 Suntec
7、h 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 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 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
8、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 EL图 对应的 IR图 All Rights Reserved 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 Refer to Christian Vodermayer, Marcel Mayer, Maurice Mayer etc., “First Results- Corr
9、elation between IR Imaging and Electrical 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 22 接线盒失效有几种：
10、 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 John Wohlgemuths presentation at SUNTECH, 2011 23 All Rights Reserved Suntech PID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
11、Rights Reserved Suntech 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 ,将来另开专题再详细讲解 ! All Rights Reserved Suntech 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） All Rights Reserved Suntech 27 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 All Rights Reserved Suntech 29 组件承载能力 风载 /雪载 All Rights Reserved Suntech 安装支架强度不够 30
