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1～6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。7～9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. 模組背面朝上摔落

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與-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°C比25°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：

·      太陽能板到底能不能踩？

·      電站EL檢測將掀起太陽能品質革命

·      EL檢測技術介紹

·      太陽能系統IR熱影像空拍服務

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