颱風對太陽光電系統的影響（2/2）
-模組強度問題
3. 模組強度問題
模組強度的問題比支架更加複雜，主要決定於玻璃、鋁框與電池片易碎程度。
3.1 玻璃
目前模組廠都使用3.2 mm強化玻璃，因此各家差異不大。早期使用4.0 mm玻璃，模組強度比現在強很多，因為抗彎曲能力與厚度3次方成正比，(4/3.2)3 = 1.95，4.0 mm的抗彎曲能力是3.2 mm的將近兩倍。不過因為模組減重與成本下降的需求，且3.2 mm也可以達到5400 Pa的機械負荷，所以現在已經幾乎沒有人採用4.0 mm玻璃。還好這一次風災比較少看到因為玻璃強度不足造成的嚴重問題，所以使用3.2
mm玻璃強度應該還足夠。不過業界目前正在發展採用2.5 mm甚至2.0 mm玻璃，個人認為這種模組的強度不能再只靠現有鋁框，必須在結構上有更多補強措施，否則又是災難一場。
3.2 鋁框
鋁框看似簡單，其實有很多眉角。下圖是鋁框截面示意圖，有三大重點，分別是正面寬度D，側面高度H，底面寬度W。D的寬度不足時，玻璃夾持的深度不夠，會導致玻璃易與鋁框脫離，這次風災中看到很多模組框還在支架上，但是玻璃已經飛走了，多半與玻璃夾持強度不足有關（見下方圖）。
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鋁框仍在玻璃脫離
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側面高度H與寬度W則決定了支架強度與抵抗變形的能力。前面提過抗彎曲能力與厚度的三次方成正比，所以H越高抵抗彎曲的能力越強。W則與抗彎強度成正比，也有助於提昇模組強度。這一次風災看到很多模組鋁框彎曲變形，甚至斷裂（如下圖），這些缺陷與鋁框強度不足有關。最近有些設計把高度H再往下降低，以減少材料成本與運輸成本，但是這種對強度影響很大，必須注意從其他地方把強度補回來。
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模組鋁框變形
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為了降低鋁框成本，除了減少高度H與寬度W，還有一個常見做法就是降低鋁框肉厚。肉厚減薄外觀不明顯，所以客戶不太容易注意到。遇到強風時，則會因為應力集中造成安裝孔被撕裂（如下圖）。
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安裝孔撕裂
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高度H這一面的厚度更常被減薄，一方面它對結構強度影響較小，另一方面客戶也無從量測確認，所以常常變成cost down的犧牲者。這一面厚度減薄雖然對整體結構影響較小，但是遇到集中應力大的時候，很容易造成局部變形或甚至撕裂（如下圖）。
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鋁框側面撕裂
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另外一個比較少被注意到的問題是邊角的強度。鋁框邊角通常以L-key把鋁框長短邊固定住，而隨著鋁框成本降低，L-key的厚度也越來越薄，導致邊角的強度也越來越低。下圖可以看到這疊風災受損的模組，有很多邊角都開裂了，顯示邊角的強度不足。
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模組邊角開裂
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3.3 電池片易碎程度
模組受風壓時會產生變形，在實驗室中5400 Pa的壓力可以讓模組中央產生高達5~10公分的變形。如果模組的強度設計相近，變形量大致上差不多，接著就要比電池片易碎程度。電池片易碎程度決定於電池片本身的材質，也決定於模組生產中串焊造成的暗裂與內應力程度。下圖是我們在颱風過後用EL評估的一個案場，左上角模組受外力撞擊玻璃破裂，電池片也幾乎全碎。但是其他三片外觀完全沒有異狀的模組竟然也有電池片破裂，可以看出模組受到外力時，也有可能造成電池片嚴重破裂。而電池片的易碎程度就決定了功率衰減的程度。
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風災後系統EL評估
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綜上所述，在不同階段各有很多強度問題需要特別注意，只要特別注意這些問題，太陽光電系統是不怕颱風的。目前在支架方面還沒有看到供應商有特別的因應措施，但是有成精密（模組廠）已經在10月PV Taiwan展覽中推出「颱風系列」模組，反應速度之快值得嘉獎。特別向有成精密瞭解了一下颱風系列的具體設計，徵得有成精密同意在此也評論一下此產品。
颱風系列有三大特色：1. HeatCap cell防隱裂，2. 外L-key設計增加邊角強度，3. 鋁框強度增強。
據了解HeatCap是在電池片背面塗上特殊材料增加電池片抗隱裂的能力，從有成精密提供的工研院測試資料看起來確實有些效果，特別是針對單晶電池片隱裂容易快速成長的特性，HeatCap可以阻止隱裂分裂、成長，讓模組即使在大變形的情況下，產生的隱裂也比一般模組少。下圖的對照組是電池片沒有塗特殊材料的模組，在受外力的狀態下，一旦有隱裂就快速分支造成嚴重破裂，這種隱裂快速成長單晶電池片的特性。上圖抗颱風模組測試後也有一些隱裂，但是卻沒有嚴重分支破裂，從這裡可以看出特殊塗料的效果。
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| 工研院測試資料（有成精密提供） |
第二個特色外L-key設計則解決了前述模組鋁框邊角開裂的問題。下圖中局部放大了模組邊角，可以看到鋁框邊角有一小塊方形顏色略與邊框不同，那就是外L-key。一般的L-key寬度只有2 cm左右，但是有成精密的外L-key中央則做到與鋁框同寬，也就是有4 cm寬，強度當然遠高於一般L-key。
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| 有成颱風系列（有成精密提供） |
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內L-key（左）與外L-key（右）比較 （有成精密提供）
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另外在鋁框強度部份，鋁框底面的寬度W加寬至50 mm，鋁框肉厚也比一般模組厚，這些都使鋁框強度比一般模組更強。這三大特性加起來，確實讓這個颱風系列大大增強抗颱能力。
不過小小問題是成本也增加了一些，據了解這個模組價格大約會比一般模組每瓦高個幾美分。當然這也是可以理解的，品質向來不是免費的，當你要求更高強度的同時，也要多付出一些成本，但是可以給客戶更多的保障，怎麼選擇就留給各位去取捨了。
備註：
本文為說明分析各種損壞原因，將各照片中之系統損傷簡化為單一破壞模式案例，其真正原因可能由多個因素交互作用而產生，仍需更多現場勘查分析才可下定論。
關於作者：
很精闢的分析討論，讚! 日後請多多分享!
回覆刪除Jay兄有無意願探討一下Snail Trail 蝸牛紋
回覆刪除從一些文章上看到
分析蝸牛紋造成的原因可能為如下：
(1) 因模組的電池片cell上有隱裂,該隱裂為肉眼所無法辨識。
(2) 而少量水份子進入模組附在裂縫中產生氧化現象, 造成如水痕般的(Snail
Trail)外觀。
(3) 按文獻報導在太陽能業界一致認為該現象為 “An optical discoloration,
not a defect” 以文獻資料現示，該現象不會對模組效能產生影響。
真的不會對模組效能產生影響嗎?
有機會可以談談蝸牛紋，先簡單回答你的問題
刪除水氣由模組背面進入，通常會被cell阻隔，不太容易進到正面
但是有隱裂時，水氣會從隱裂穿過進到正面，與正面的銀膠、EVA產生一連串的話學反應
最後導致隱裂週邊的銀線表面變黑
因為只有表面變黑，對銀線的導電度沒有顯著影響
所以變黑本身對功率沒有什麼影響，這也是為什麼會聽到蝸牛紋不影響功率的說法
但是有蝸牛紋的前提是有隱裂，而隱裂是會影響功率的
所以影響功率的是隱裂，而不是銀線變黑的蝸牛紋現象
蝸牛紋只是讓本來看不到的隱裂變成肉眼看得到，本來應該是好事一件
但是發現有隱裂之後，就要追究隱裂從哪裡來，這對系統商跟模組廠來說就是個頭痛的事
所以我們一直提倡模組上架前要抽檢EL，確認模組沒問題
系統完工驗收時要做系統EL檢測，確認安裝沒問題
每隔幾年再定期EL檢測，確認維護、清洗沒有造成問題
這樣才能把每一個階段的責任釐清
否則安裝後過了一年才看到蝸牛紋，每個人都說不是自己的問題
業主求償無門，只能自己吞下發電損失了
請問系統完工驗收時要做系統EL檢測,可否分享此適用於現場之EL檢測設備?
刪除PV Guider有提供EL檢測服務，也有代理EL設備（不過最近缺貨嚴重，都要等幾個月才有貨）
刪除您可以聯絡info@pvguider.com
請教一個問題，畜牧設施中的豬寮，到底適不適合在屋頂上做太陽光電?
回覆刪除可以的，而且已經有很多豬寮屋頂安裝太陽能，除了發電之外，還可以避免太陽直射屋頂造成溫度上升，減少了降溫所需的成本，對養豬戶也有幫助。
刪除但是有一點要特別注意，因為豬的糞便會產生氨氣，這是一種腐蝕性的氣體，如果太陽能板選用的材料不耐氨氣腐蝕的話，會使太陽能板發生故障。因此要選用有經過耐氨測試的太陽能板，這樣就不用擔心了。
作者已經移除這則留言。
回覆刪除您好，由於要去立院給委員的助理上課，不知可否引用您的文章
回覆刪除好的，沒問題，有需要什麼協助或其他資訊，也請讓我知道，全力支持。理事長加油！
回覆刪除請問"經過耐氨測試的太陽能板" 要看哪一項item呢? 要跟廠商要哪一種檢驗報告?
回覆刪除耐氨測試是依據標準IEC 62716
刪除不過直接跟模組廠講提供耐氨測試報告也行
從報告的名稱跟內容也是可以看出測試項目