2016年6月13日 星期一

太陽能板上常見施工造成的缺陷



太陽能板上常見施工造成的缺陷

之前刊出「太陽能板到底能不能踩?」之後,很多人來問邊框能不能踩?搬模組的時候摔到會不會壞?工具掉落在上面會不會造成電池片破裂?在此以一篇德國研究報告[1]加上我們自己內部測試結果跟大家分享。


太陽能板在安裝過程中,經常遇到的外力有以下這些:

模組安裝過程常見外力
1
模組由直立傾倒
2
整個模組棧板傾倒
3
叉車刺穿棧板
4
運輸過程模組掉落
5
搬運時邊角刮傷其他模組背板
6
模組放頭上搬運
7
踩在模組框上
8
踩在模組玻璃上
9
工具掉落在模組上
10
搬運模組時放下重摔
11
抽出模組間墊片造成的撞擊

其中16是不允許發生的,這些情況通常被視為「意外」,一旦發生就要好好檢查模組損傷程度。建議安裝前要做單片模組EL檢查(詳見電站EL檢測),以避免安裝後造成系統功率低下。79則是應該盡量避免的情況,但是現實上在安裝現場經常發生。10-11也是應該盡量避免,但事實上難以避免的情況。
為了了解這些狀況對模組造成的影響,國際能源署(IEA)成立了一個工作小組來做這個研究[1]。規劃的測試如下:

測試條件

1. 模組邊角施力
2. 模組長邊框中央施力
3. 模組玻璃中央施力

4. 重物掉落模組中央與邊角

5. 模組正面朝上摔落
6. 模組背面朝上

測試的模組都是60電池片的標準模組。有趣的是,這個實驗在兩個不同溫度下測試,一個溫度是25°C,另一個溫度是-5°C。先講結論,-5°C的電池片破裂情況都比25°C嚴重,這是因為模組的封裝材料EVA在低溫下比較硬,材料變得沒有彈性而使吸收外力的緩衝作用大幅降低。台灣雖然沒有-5°C這種溫度,但是冬天低於10°C也蠻常見,低溫下施工要特別注意。

模組踩踏的影響
這個實驗用了兩種不同廠牌的模組來做測試,實驗結果如下圖表:

模組型號1
25°C踩踏測試結果
-5°C踩踏測試結果


模組型號2
25°C踩踏測試結果

-5°C踩踏測試結果


結論如下:
1. 踩模組中央:所有情況都會電池片破裂,兩種溫度,兩種模組都有電池片破裂。
2. 踩邊角:25°C沒有電池片破裂,-5°C兩種模組都有電池片破裂。
3. 踩長邊:25°C沒有電池片破裂,-5°C有一種模組有電池片破裂,另一種沒有。
由此實驗可以歸納出風險最大的是踩模組中央,其次是踩邊角,再其次是踩長邊框。雖然如此,還是要提醒所有安裝者注意,低溫下破裂的機率會上升很多,盡量避免踩踏模組邊角。必要時踩安裝夾具的位置對模組傷害最小。

以上踩模組中央的結果與我們之前所作的測試結果相符(太陽能板到底能不能踩?)。我們也嘗試做踩邊框的測試,結果也與上述測試結果相符(照片如下)。在室溫下踩長邊框、短邊框與邊角都沒有發現電池片破裂。

踩長邊中央EL照片(動畫)

踩短邊中央EL照片(動畫)
踩邊角EL照片(動畫)


不過有一個有趣的意外發現,這個模組內有一個空焊的ribbon,在踩踏時ribbon與電池片的接觸變緊密,導電變好使得EL影像也變亮了。但是腳離開之後EL又變暗了(見下方照片),可以看出這個空焊造成的導電不佳是常態,在外力壓迫下才會暫時接觸良好。這種缺陷除了功率較低之外,還會有模組發熱的風險。經過長時間戶外曝曬,ribbon與cell間的電阻會越來越大,造成更嚴重的問題。

空焊因外力而暫時導電(動畫)

工具掉落的影響

實驗時將木球墜落到模組上,觀察電池片破裂狀況。木球條件為1515±30g,直徑130±0.2 mm,硬度75±5 grad shore D。測試時木球都在同一個位置撞擊,每次將木球高度升高一些,直到發生電池片破裂為止。模組溫度同樣是25°C-5°C。測試結果如下:

木球墜落測試
模組型號1

模組型號2

實驗結論如下:
1. 模組在-5°C下,50cm以內就開始有嚴重電池片破裂,不管掉落在中央或邊角都有。
2. 模組在25°C下,50cm以內就會有輕微電池片破裂。
3. 整體來說,掉在邊緣造成的影響比掉在中央還大。

木球衝擊邊角時,因為邊緣有鋁框支持模組玻璃,受衝擊時無法透過變形吸收撞擊能量,所以內部電池片受損較嚴重。衝擊中央時則相反,模組中央容易有較大變形,吸收了撞擊能量,使衝擊對電池片影響縮小。我們在案場拍攝時經常看到單片電池片嚴重碎裂(如下圖),可能與這種工具掉落造成的缺陷有關。

單點撞擊碎裂EL圖(此模組外觀無缺陷)


模組摔落的影響


實驗時將模組單邊撐高後,把支撐架移除讓模組一端自由摔落。實驗分為背面朝上與正面朝上兩種測試,背面朝上測試時模組摔落到下方模組上,模組邊角有保護墊片。正面朝上測試時模組直接落在棧板上(因為大部分模組包裝最下面一片是正面朝上,底下就是棧板)。

模組型號1

模組型號2


實驗結果如下:
1. -5°C25°C嚴重,在第二種模組差別尤其大。
2. 背面朝上摔落影響比較小,因為下方的模組也是背面朝上,鋁框所圍著的空氣形成氣墊,讓模組落下速度減緩,高度到30cm都還不會造成電池片破裂。
3. 正面朝上摔落的影響明顯較大,高度超過5cm就開始會造成電池片破裂。

總結
看了以上的分析,是否覺得模組比想像中脆弱?其實只要安裝者小心處理,避免在安裝過程中造成模組損傷,正常的安裝並不會出現這些缺陷。但是反過來,案場擁有者應該多注意安裝時工班是否照規矩工作,避免因為安裝失誤而造成自己的損失。完工驗收時,如果能夠加上系統EL檢測,對業主也多一層保障。

參考文獻:
[1] Influence of PV Module Handling on Solar Cell Cracking, ISFH, Hanwha Qcells GmbH, IEA INTERNATIONAL ENERGY AGENCY Task 13 Workshop @ Intersolar 2015, Munich, Germany



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

3 則留言:

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  2. 您好 :
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