2015年8月2日 星期日

太陽能板到底能不能踩?


太陽能板到底能不能踩?

太陽能板真的不能踩嗎?但雖然實務上拍到很多系統模組嚴重暗裂的情況但還是很多人半信半疑。

最常見的質疑就是模組可通過5400Pa機械負荷認證測試(相當於16級風的風壓乘以三倍安全係數),也就是890公斤平均分佈於標準模組上(1.65m x 1m,60 cell常見尺寸),而工人的體重頂多100公斤,為什麼人不能踩?


首先5400Pa均佈負荷測試後,多少會有部份電池片破裂,只是功率下降小於5%,所以視為通過測試,但是客戶應該不希望剛裝好的系統就因為電池片破裂而少了5%功率。其次,5400Pa風壓是均勻分佈在模組上,模組的變形是平緩均勻的;而腳踩是集中負荷,會造成模組更大的局部彎曲變形,使電池片發生更多暗裂。

用下面受力變形示意圖來解釋均佈負荷與集中負荷的差別。受集中負荷的變形比較集中在中央,最大彎曲點在中央。受均佈負荷的變形比較均勻,模組彎曲度比較小。而電池片破裂主要決定於玻璃彎曲度,曲率大的地方容易發生電池片破裂。因此,雖然人的體重遠小於890公斤,但是體重集中在腳上比均佈負荷更容易發生電池片破裂。



聰明的你可能發現另外一個事實,電池片破裂位置與外力負荷的形式有關,所以我們可以從電池片破裂型態、位置來判斷模組是受到哪一種外力而破壞。確實沒錯,不過提醒大家實際狀況沒有像上圖這麼單純,因為這個圖把模組簡化為一根樑,而實際模組則是一個面,電池片破裂模式更複雜多變。這個簡化圖是為了說明方便,不宜過度引申。若有遇到需要判斷破壞模式的問題,可以提供照片給我們做進一步分析,從隱裂位置、方向、數量等資訊,我們可以判斷缺陷的原因來自運輸、安裝還是出廠就有的問題。

如果你還是不相信,來看看我們做的實驗。我們請一位體重約75公斤的男性站在模組上,同時以EL相機拍攝(如下圖)。當第一腳踏上模組時,就聽到電池片碎裂的聲音,果然在EL影像上馬上看到嚴重破裂與暗區(如置頂圖)。


更有趣的是,當人離開時,本來變暗的區域又亮回來了(如下圖)。從連續動畫圖可以看出腳踏的外力使模組變形,造成電池片破裂且碎裂片與主體分離,電流進不去這個區域,就不會發出紅外光,所以EL拍攝出來呈現黑色暗區。當人離開模組時,模組又彈回原來的位置,剛剛分開的電池片碎片又與主體接觸了,所以電流又可以通過,在EL影像上又呈現通電發光的型態。


把圖片放大可以看出(如下圖,上圖為踩踏前,下圖為踩踏後),沒有踩踏時電池片上的隱裂還是存在。



這種隱裂我們在系統上常見,剛發生的時候碎片跟主體還微微相連,所以發電可以輸出,從監控系統看不出發電異常。但是經過日夜冬夏的熱脹冷縮變化後,碎片逐漸與主體分離,導致嚴重的功率下降,就成了我們在電站上看到的慘樣(如下圖)。



因此,奉勸各位千萬注意,模組是不能踩的,會造成肉眼不可見的電池片隱裂。一開始發電量沒有明顯減少,但是隨時間裂紋會成長並與電路分離,導致發電量下降。這個漸進的過程在監控系統上不容易被發現,但是若以EL檢測可以很容易地看出。

接著你要問,如果模組玻璃不能踩,那邊框能不能踩?模組摔到會不會壞?工具掉落模組上會不會打破電池片?請參考太陽能板上常見施工造成的缺陷」。



延伸閱讀:

關於作者:
林敬傑博士,業界朋友們暱稱為「傑博」
2004年在工業技術研究院從事太陽能模組研發,是國內最早開始研究太陽能的專家之一
2005年與德國萊因技術合作,在臺灣建立亞洲第一個太陽能檢測認證實驗室
2007年擔任德資企業a2pak Power茂暘能源技術長
2011年成立顧問公司PV Guider,提供專業諮詢與電站品質管控等服務

目前擔任:
PV Guider首席顧問
CNS國家標準審議委員
工研院量測中心顧問
SEMI產業標準工作小組召集人
Solar United國際太陽能產業聯盟工作小組技術專家
華聚基金會兩岸共通標準技術專家

13 則留言:

  1. 很棒的文章,至於邊框..何時分享呢?

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    1. 抱歉,颱風打亂了所有的計畫。前陣子因為受災系統檢測忙壞了,最近就會把邊框的部份分享出來。

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    2. 拜讀Jay文章著實獲益良多,請Jay一定要持續不斷分享有豐富內容深度好文

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    3. 請問~~邊框可以踩嗎?

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    4. 抱歉,承諾了要寫下一篇,卻一直忙到沒時間寫。
      簡單講一下目前得到的結論,踩邊框有沒有影響決定於鎖固位置。
      大部分的情況下,踩邊角是風險比較大的
      踩在鎖固的壓塊上則是比較安全的

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    5. 作者已經移除這則留言。

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  2. 請問是否可提供電廠EL檢測報價呢?
    單場約400~500KW

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    1. 您好,歡迎留下聯絡資料,我們盡快與您聯繫。

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  3. 很棒的測試報告,請問是否可提供電廠EL檢測服務費報價呢?

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  4. 您好,歡迎留下聯絡資料,我們盡快與您聯繫。

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  5. 請問此公司宣布推出太陽能步道,表示太陽能板可以踩,您怎麼看?

    綠能科技(3519TT)新聞稿
    宣布推出創新太陽能步道與行動電源
    輕量化系列產品【Light 2】
    http://www.getinc.com.tw/information/20170322.pdf

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    1. 模組踩踏造成隱裂是因為局部彎曲變形大,導致電池片破裂
      如果採用的玻璃夠厚,或有其他結構設計避免局部彎曲,就可以避免電池片破裂
      例如雙玻模組前後都用玻璃,讓整個模組的I值提昇,抵抗彎曲的能力也提昇,號稱可以踩踏(不過我還沒測試過,不掛保證)
      綠能的這個產品是在模組背面用比較強的結構抗彎曲,使模組踩踏時彎曲變形較小,所以是有可能踩踏時不發生隱裂。
      不過我在光電展看到綠能這個產品,覺得還是有一點隱憂
      因為正面不是玻璃,而是軟質的面材,外力比較容易影響到cell
      而且這樣的材質比較不耐刮耐磨,還蠻好奇實際使用的效果如何

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