关于光伏组件产生隐裂的原因及防治措施

王 超 姜玉立 庞茂蛟 井国顺 郭生全

1. 国能（共和）新能源开发有限公司 青海 西宁 810000

2. 山东电力建设第三工程有限公司 山东 青岛 266000

光伏组件是太阳能发电最最核心的部分之一，其质量的好坏直接决定了光伏系统的发电效率，影响光伏组件质量好坏的因素有多种，而其中一种比较重要的不良因素就是隐裂，由于光伏组件隐裂的成因及表现形式多种多样，且对光伏电站投资收益会产生十分巨大影响，这是一种用眼睛几近无法察觉的裂隙，假若不进行及时有效的处置，可能会造成光伏组件电池片部分损坏或者电流的缺失，乃至可能导致光伏组件电池片出现断路现象，将在很大程度上导致光伏组件的发电效力，目前暂时还没有比较好的控制隐裂的方法。本文主要针对出现隐裂的相关因素，从设备出厂、运输、储存、安装等阶段，提出控制隐裂产生的措施，防止隐裂的发生，检测组件的运行状态，以求切实保护光伏组件运行能力，从而确保工程质量，提升公司质量管理水平。

1 什么是光伏组件隐裂

隐裂是指太阳能电池片的一种比较常见的缺陷，通俗点来讲就是一些人眼无法看见的毛细裂纹，太阳能电池片因其本身晶体结构的独特性质，致使其十分容易产生裂纹，在太阳能晶体硅电池片生产工艺流程中，大多数工艺环节（比如受到较大机械力或热应力时）都有可能出现组件隐裂。

其隐裂产生的原理大致是由晶硅太阳能电池片工作产生的电流主要靠其自身相互垂直的主、副栅线收集和导流，光伏组件经过副栅线收集太阳光生伏打产生的直流电流，使电流汇流到电池片主栅线上，通过光伏电池片上的电流互联条连接电池片上的正负极栅线，然后形成电池片的物理集电电路。在光伏组件电池片中垂直于主栅线的隐形裂纹一般不会对副栅线造成影响，由此造成太阳能电池片失效的情况微乎其微。相关研究表明，太阳能电池片中某一个的失效不工作面积在8%以内时，对太阳能电池片的功率影响可以忽略不计，并且太阳能电池片中有大约2/3的斜条纹隐形裂纹对光伏板功率的影响基本不存在。

但是，当隐裂(多为平行于主栅线的裂纹)导致光伏电池片当中某一根副栅线断裂，则此副栅线不能采集裂纹周边电池片发出的电流，从而导致光伏组件电池片部分或者整片无法工作，同时引起组件的功率衰减，发电效率大幅度降低。

太阳能电池片隐形裂纹发展严重时，将会致使电池片功率出现不同程度的损失。裂纹对组件电性能的影响小，而裂片对组件功率损失非常大；老化试验，即组件在工作或非工作的情况下，温、湿度变化可能会引起电池片隐裂加剧；组件中没有隐裂的电池片比有隐裂的电池片抗老化能力强[1]。太阳能电池片隐形裂纹可能会使光伏组件发电效率降低，若太阳能电池片隐形裂纹情况发展比较严重时，也会产生组件电压开路故障，促使组件产生热斑效应，进一步加速太阳能电池片的衰减老化，从而影响太阳能电池片使用寿命，甚至还有可能引发电池片短路起火现象，给光伏电站造成极大损失，给相关运行维护人员的人身健康安全带来严重伤害。所以说，虽然光伏组件隐形裂纹是太阳能晶硅电池常见的问题，但应当对此高度重视。

2 光伏组件隐裂的形式

光伏组件隐形裂纹的形式多种多样，其中最为常见的有以下几种：

线性隐裂：以电池边沿、主栅线、圆弧角(倒角) 位置为起点，呈45°左右直线延伸裂开，裂缝及附近区域较暗或裂缝附近区域无明显异常。裂缝长度跨越两条主栅线或超过两个主栅线之间1/3距离。

缺角：指在EL图像中边角位置呈现的三角形黑色区域，但在外观检验中这一区域并未呈现缺损。

十字隐裂：在电池某区域，两条明显黑线呈十字架状向外延伸，或以主栅上一点为起点，两根黑线呈近90°向外延伸。

电池混档：电池之间电性能参数的不同导致EL图像明暗度呈现非常明显的差异。

碎片：电池呈现尖锐的三角或不规则黑色区域，整个电池EL外观极差。

电池短路：EL图像中单片电池或多片电池完全不发光。

黑芯片：EL图像中心区域呈现同心圆状暗色或黑色的电池。

黑线：电池上出现较细的黑线，任意角度，延伸方向略微弯曲，且不一定连续。与隐裂相比，线条颜色较浅。

虚焊：由于电池串焊工序操作不当导致的EL图像中电池主栅附近较亮，其他区域正常的现象。

工艺污染片：由于电池加工过程中导致的电池EL图像表面区域性发暗甚至发黑的电池。

网带印：由于电池烧结过程出现的缺陷，导致其EL图像呈现规律性的分布几个小黑点或波浪形网带印痕迹。

区域断栅：电池EL图像中沿着细栅所出现的笔直的黑色区域的现象。

3 光伏组件产生隐裂的原因

光伏组件产生隐裂的原因较为复杂，且表现形式较为多样化，它可产生于光伏组件寿命期的每个阶段，包括光伏组件的原材、设计、加工、打包、运输、存放、安装、运行维护，究其原因，主要表现在以下几个方面：

3.1 人为因素

人为因素产生的电池组件隐形裂纹较多，原材、设计、加工、打包、运输、存放、安装、运行维护等各环节中都有发生，大多数施工工人对光伏电池组件的物理、电化学性能认识不到位，在工作前未能按要求进行相关专业系统培训，致使光伏组件在各阶段过程中的质量控制不够严谨。尽管目前在光伏组件的生产制造中大量使用机械化设备，但是在光伏组件电池片的生产工艺中，无法避免人工大量参与，还有机械设备来回周转搬运、施工工人暴力装卸造成箱体歪斜，致使包装箱内部分组件分散，当二次搬运时包装箱体内的组件晃动十分容易造成组件的对角式隐形裂纹；运输、存放过程中的管理松懈，人为的组件包装箱体摆放倾斜、挤压，使组件受力不均匀产生局部挤压隐形裂纹；施工现场工人不规范拆箱，使组件任意零散堆放，磕碰受力产生隐裂；工人搬运、安装过程中的不规范操作，如单人背组件、利用头部顶组件，人为脚踏等，在光伏组件的二次挪运过程中也会因工人抬组件时的局部按压、暴力拖拽造成隐裂；组件安装完成后未紧固螺栓到规定扭矩值，易造成U型隐裂、平行分布隐裂等；在清洗太阳能电池组件时操作不当有时也会造成组件隐裂，如运行维护人员站在光伏组件上清理灰层杂物时导致组件局部受力不平衡产生的隐裂等。

3.2 机械设备因素

在太阳能组件生产制作过程中串焊、层压、装框皆会对太阳能组件产生一系列的外力，若机械设置不当或设备出现故障将会造成太阳能电池片的隐形裂纹。在电池组件运输安装过程中叉车设备装卸货暴力施工，运输车辆大幅度颠簸，施工场地内机械设备的二次倒运，木质托盘质地软弱易变性等，使得组件表面受力不均，造成组件线性隐裂、网状隐裂等。

3.3 组件原材料因素

光伏组件的原材料主要有电池片、涂锡铜带、EVA、背板、钢化玻璃、铝边框、硅胶、接线盒。倘若这些原材料存在缺陷将直接影响着太阳能光伏组件的产品质量，电池片是用半导体材料制成的，倘若晶体硅的纯净度不足，挠度变形过大；涂锡铜带生产时电极引出不牢固、韧性不足；EVA热熔胶粘剂材料侧向变形过大；背板耐老化、耐腐蚀性能降低；钢化玻璃承重和载荷性能不达标；铝边框密封性能和整体机械强度不够等都会使太阳能组件发生隐形裂纹。还有来料时电池片的挠度过大，在层压时受到抽真空的挤压就会产生隐裂。

3.4 管理因素

在施工管理过程中，存在很多不规范的操作，大多数是因为组织流程、技术交底不清引起的，如起吊流程存在问题易发生大幅晃动，产生隐裂；作业指导书编写过于繁杂，方法步骤不够清晰，工人不能深刻理解作业内容，容易造成操作失误，导致组件隐裂的情况产生。

3.5 环境因素

光伏组件需要长期暴露在户外恶劣的自然环境中，在这种不确定的环境中光伏组件隐裂的风险也大大提高，比如异常恶劣的大风天气会使组件产生剧烈反复的抖动、撕扯；雨雪、沙尘暴天气会使组件表面遭受不均匀外力作用；冰雹对组件造成局部剧烈冲击等都可能会使其产生隐裂，并有可能使已存在的隐裂继续延伸，最终出现失效面积，使组件功率降低。

总之，隐裂伴随着整个光伏组件寿命周期全过程，有着较为复杂的表现形式，隐裂发生的根源不可能消除，但可以从各阶段、多方面有效的控制。

4 光伏组件隐裂的控制措施

从上述全寿命周期影响太阳能光伏组件发生隐形裂纹的各种原因分析来看，人为因素是太阳能光伏组件产品质量最难把控的一环，成为太阳能光伏组件最容易发生隐裂的地方。由于本人一直从事现场施工管理工作，那么我就从现场施工过程管理中太阳能光伏组件的隐裂原因着眼，对怎样控制太阳能光伏组件隐裂进行详实分析，对人为因素实施重点控制：

4.1 光伏组件到货验收和卸货要点

太阳能光伏组件一般采用大型平板运输车辆，每车28箱左右，每包装箱31块左右，采用双层叠放运输，运送车辆到达现场安装指定卸货位置后，建设单位、监理公司、总包单位相关人员到场验收。第一步需要确认包装箱件数量型号与发货清单可否对应一致，随后对每一箱包装组件进行外观检查，确认是否存在变形、磕碰、破损、孔洞等，并安排物资人员或其他负责开箱人员做好相关验收记录。第二步组件卸货前，对太阳能光伏组件专业卸货工人进行安全技术交底，并签字确认，检查卸货工人相应劳保用品是否佩戴齐全（安全帽、对讲机、安全反光背心、劳动防护手套等），吊具吊带吊装扁担是否安全无隐患，防止非正常操作或设备异常导致组件损失；组件卸货推荐使用专用叉车或吊机，太阳能组件卸货务求安全平稳，每车第一吊应进行试调，起吊时应缓慢平稳，不得超重或跨越障碍物吊装作业，吊装组件应放置在平坦、坚固的地面上，现场材料堆放整齐，卸货后组件保证上下托整齐放置，倾斜角度＜15°，避免倾斜放置，防止倾倒以及组件的不均匀受力产生隐裂等，临时存放地点不得影响施工道路交通，尽量避免光伏组件不必要的二次倒运，减少隐裂风险。

4.2 光伏组件散料运输

太阳能光伏组件的散料运输是指通过现场施工机械车辆（叉车、吊车等）把整箱组件分散至组件需要安装的位置或临时存放地，便于组件施工过程的安装取用。

现场施工机械车辆二次散料倒运需按要求操作，组件推荐使用叉车二次倒运，禁止叉车尺臂接触箱体，叉车臂的高度一定大于组件上箱高度，所有机动车司机都应经专门培训并持证上岗，场内道路大多为进行修整，一般不会修建正式道路，场区地势崎岖不平坑坑洼洼，路况较差，为防止组件因颠簸可能出现的隐裂破损等，车辆行驶速度不得大于5km/h，严禁急刹车，组件整箱运抵施工安装位置后，应摆放在地势相对平坦的地方，避免放在倾斜位置或地势复杂的位置，减少应力集中。组件摆放整齐后，应用彩条布等材料进行铺盖，避免场地遭受连续雨水冲刷后，发生组件倾斜或侧翻而造成明显损坏或隐裂。

4.3 光伏组件开箱施工安装

光伏组件安装是现场工程量最大，工人数量最多，工作面相对集中的重要施工环节，如果交底培训不到位，十分容易出现安装问题，这一环节也是组件隐裂破损控制的最核心环节。

首先，组件开箱应在设备厂家、业主、监理及项目管理人员见证下开箱，使用美工刀或剪刀剪断外箱打包带，不可划伤背板或边框，开箱后及时确认箱内组件情况和数量，施工现场已见证开箱的光伏组件应及时安装，拆箱搬运组件前需确认每块组件状态，发现爆裂、破损等异常应立即停止搬运，通知监理、总包、业主拍照确认，保证现场不再移动本箱其余组件及包装箱，组件现场搬运时按照两人一块组件进行搬运，搬运人员应同时用力，组件正面玻璃朝上，抓住组件短边的边框内侧；在搬运过程过中严禁手接触玻璃面，同时防止尖锐物品磕碰组件，禁止单人背或扛组件，极易产生隐裂。如果现场有风需要特别注意安全，尤其是大风的情况下，建议不要开箱组件，并妥善固定好已拆开包装的组件。

其次，在光伏组件安装过程中，需严格遵守下列事项：1）应严禁安装工人倚靠、站立和躺卧在组件板上；2）组件背板若出现破损划伤后应禁止使用；3）禁止踩踏组件上端，在搬运过程中要轻拿轻放，建议双人抬组件，不可用手指直接按压电池片，以免造成光伏组件隐裂；4）禁止用刚性物体敲击、碰撞、刮划组件正反面，掌握安装夹具夹紧力度，不可使组件铝框变形；5）施工现场需加工拆箱防倒支架，防止开箱光伏组件倾倒破损，组件平放要求：第一块组件正面朝上，第二块开始正面朝下放置，最上面一块正面朝上放置，严禁将组件背面直接暴露在太阳光下；6）遵守从上至下，从左到右的安装顺序，严格按照施工规范要求执行，确保夹具或螺丝固定在正确的安装位置并拧紧牢靠，弹垫必须紧固到平整；7）安装时可制作专用安装操作平台稳固可靠。

最后，组件安装完成后，禁止敲打支架或者组件，每块组件护角都需要拿掉后进行安装，再次检查支架与组件连接的各部位螺栓是否拧紧，终拧螺栓，防止组件受外力持续震动，造成不必要的破损或隐裂等。

5 光伏组件隐裂的检测

EL（Electroluminescence电致发光）是光伏行业内公认的用来检测光伏组件隐裂最简单直接有效的方法，其工作原理是利用电致发光的原理对组件做了近红外成像测试，类似于人体的X光扫描成像原理，通过EL测试图像的明暗显现问题所在，人眼可以迅速发现组件中存在的隐裂质量缺陷，在太阳能光伏组件质量分析和控制中发挥了极其重要的作用[2]。

电致发光(EL)检测速度快、准确性高、造价低廉，通过对太阳能光伏组件EL电致发光成像分析，可以在极短时间内显现组件缺陷情况，从而判定隐裂类型。通过这种EL成像特点和影像分析，不仅可以帮助改进太阳能电池组件的生产工艺，完善生产流程，控制产品质量，进而提升太阳能光伏组件制作成品率，避免浪费，还可以在组件的运输倒运和安装方面有着较为广阔的应用意义。

加强太阳能光伏组件全寿命周期的隐裂检测工作：能及时、快速、准确的反映各阶段组件的成品质量，便于各阶段质量原因分析，进而可以对因厂商生产制作、打包成箱、物流运输等原因造成的隐裂或破损等及时进行更换或改进处理，有效的避免了到场安装前的发生的隐裂等质量问题，更有利于区分责任，及时定损，避免扯皮；还能及时反映组件的安装施工质量，对因现场运输、安装出现的不合格组件或造成的隐形裂缝，及时处理或更换，有利于现场规范施工，提升管理质量。

EL判定标准：1）单片电池隐裂失效面积不宜超过8%；2）不应存在贯穿性的裂纹；3）隐裂长度不宜超过电池片的五分之一；4）同一电池片不应大于一处隐裂；5）单块组件出现隐裂的电池片不应多于2块；6）针对栅线质量、黑板等详细标准，可参考供货方企业内部标准；需要说明的是，组件一旦安装完成后，多次拆卸会增加组件的隐裂比例或加重组件的隐裂程度，因此建议组件安装后隐裂特性检测采用不拆卸组件的测量方式。

6 结束语

国家提出“碳达峰、碳中和”的目标，光伏等新能源行业大发展是顺应时代要求，也是大势所趋，光伏行业的发展离不开核心要素——组件，隐裂又是影响光伏组件发电效率的重要因素之一，目前整个行业内对组件隐裂带来的危害重视程度不足，相关技术验收规范也有待进一步完善，因此，加强对光伏组件隐裂原因的防治分析十分必要且紧要，通过以上分析，可以便于对组件的隐裂实施更为精细化的控制措施，从而杜绝光伏施工项目重大质量问题的发生，减少一般质量问题出现的频次，提升项目各级管理人员和相关技术人员对组件隐裂的质量控制意识，建设满足业主合同要求的精品工程。