光伏组件蜗牛纹现象分析

光伏组件蜗牛纹现象分析中山大学太阳能系统研究所顺德中山大学太阳能研究院林豪2014-11-7南通目录一、什么是光伏组件蜗牛纹现象？二、蜗牛纹会引起光伏组件输出功率损失吗？三、蜗牛纹的形成机理分析四、总结与展望2014年11月11日-光伏组件蜗牛纹现象分析--2-什么是光伏组件的蜗牛纹现象？2014年11月11日-光伏组件蜗牛纹现象分析--3-光伏组件的蜗牛纹现象并非是由蜗牛引起的，而是在电池片的表面出现了细小变色的条纹，它是一种化学反应的结果[1]。由于其形状很像蜗牛的爬痕故称之为蜗牛纹（也有人将其称为闪电纹或蚯蚓纹）。什么是光伏组件的蜗牛纹现象？2014年11月11日-光伏组件蜗牛纹现象分析--4-这一现象最早是由德国哈默尔恩太阳能研究院（ISFH）的MarcKoentges[1]在2004年提出的，在国外被称之为snailtrails或snailtracks。但在近几年，这一现象才开始频繁地出现。在单晶硅和多晶硅组件上都有发现光伏组件的蜗牛纹现象。单晶硅组件蜗牛纹现象蜗牛纹会引起光伏组件输出功率损失吗？蜗牛纹会引起光伏组件的性能衰减吗？2014年11月11日-光伏组件蜗牛纹现象分析--6-光伏组件的蜗牛纹通常会沿着电池片的微裂纹出现，因此很难确定其到底是否会对光伏组件的性能衰减造成影响。当前阿特斯[2]等多家企业及科研机构都认为，受影响的光伏组件的性能衰减与蜗牛纹的关系不大，主要是受蜗牛纹下的微裂纹的影响。蜗牛纹会引起光伏组件的性能衰减吗？为研究蜗牛纹对光伏组件的性能衰退的影响，本人在顺德中山大学太阳能研究院屋顶挑选、安装了14块组件，这些都来自于同一厂家、同一批次的250Wp多晶硅组件，将其分为A、B两组，每组7块。其中A组7块组件串联开路暴晒，B组7块组件串联接入逆变器。这批组件放置于室外半年后有4块出现了蜗牛纹（安装时间为2014年2月26日）。为探究其功率衰减情况，使用国家太阳能光伏产品质量监督检验中心（广东)（本实验的所有测试数据都在该中心完成）的3A级瞬态光源对其进行了I-V测试，测试结果如下表所示：2014年11月11日-光伏组件蜗牛纹现象分析--7-蜗牛纹会引起光伏组件的性能衰减吗?-光伏组件蜗牛纹现象分析--8-2014年11月11日CommentPmpp测试时间2月26日9月5日衰减率1251.84244.47364812.93%2252.2248.44982911.49%3252.12248.47819521.44%4252.65248.16725161.77%5252.8247.49014282.10%6252.72247.32450872.13%7253.91248.76142882.03%8257.67249.34573363.23%9257.09250.31095892.64%10252.12246.21324162.34%11253.02248.09419251.95%12252.51247.57202151.96%13252.85247.42134092.15%14253.05248.04840091.98%蜗牛纹组件蜗牛纹会引起光伏组件的性能衰减吗?2014年11月11日-光伏组件蜗牛纹现象分析--9-从检测数据可看出，蜗牛纹组件的功率衰减明显快于无蜗牛纹组件。那是否是因为蜗牛纹组件的隐裂情况更加严重呢？蜗牛纹会引起光伏组件的性能衰减吗?-10-2014年11月11日1号组件（有蜗牛纹）5号组件（无蜗牛纹）为对比各组件的隐裂情况，进行了EL测试，部分结果如下图所示：-光伏组件蜗牛纹现象分析-蜗牛纹会引起光伏组件的性能衰减吗?2014年11月11日-并网光伏电站故障分析与系统发电性能研究--11-8号组件EL图（有蜗牛纹）13号组件EL图（无蜗牛纹）从上图可以看出，5、13号组件的隐裂情况皆比1、8号组件严重。2014年11月11日-光伏组件蜗牛纹现象分析--12-蜗牛纹会引起光伏组件的性能衰减吗?编号Pmpp（W）Uoc(V)Isc(A)测试时间2月26日9月5日衰减率2月26日9月5日衰减率2月26日9月5日衰减率1251.84244.472.93%37.3937.340.12%8.998.821.85%5252.80247.492.10%37.1537.140.02%8.998.900.99%8257.67249.353.23%37.5937.550.11%9.088.911.90%13252.85247.422.15%37.1837.160.06%8.988.861.28%从以上图、表可看出蜗牛纹组件的功率衰减并未完全决定于其隐裂的严重程度，蜗牛纹亦会加速光伏组件的功率衰减，对比发现出现蜗牛纹的光伏组件的短路电流衰减明显快于无蜗牛纹的光伏组件。2014年11月11日-光伏组件蜗牛纹现象分析--13-蜗牛纹的形成机理分析-光伏组件蜗牛纹现象分析--14-2014年11月11日蜗牛纹的形成机理分析本实验在将组件安装至户外后的第六个月部分组件表面出现了蜗牛纹。对比蜗牛纹组件照片和安装前的EL图发现，其蜗牛纹纹路和隐裂纹的纹路十分吻合。但部分存在隐裂的组件并未出现蜗牛纹，由此可知，隐裂并非组件出现蜗牛纹的根本原因，但其起到一定的诱导因素。编号安装条件差异总块数出现蜗牛纹组件块数A组户外串联开路73B组户外串联并网712014年11月11日-光伏组件蜗牛纹现象分析--15-在光照下A的组件平均比B组高了近2℃，由此看出高温会诱导光伏组件的蜗牛纹的形成。蜗牛纹的形成机理分析蜗牛纹的形成机理分析对于蜗牛纹形成的具体原因本人还未分析完全。以下是国外两家机构的蜗牛纹形成机理分析：1）滑铁卢大学peng[3]等人采用SEM对蜗牛纹组件的变色栅线进行研究分析，其发现在栅线的表面有大量的粒径小于30nm的小颗粒，他们认为蜗牛纹主要是由于这些纳米颗粒的纳米效应引起的，再通过EDS及XPS等检测手段，他们发现这些纳米颗粒主要是由AgCO3构成的。2014年11月11日-光伏组件蜗牛纹现象分析--16-蜗牛纹的形成机理分析2）德国的哈梅林太阳能研究所（SolarEnergyResearchHamelin）的Koentges等人[4]通过SIMS检测发现蜗牛纹处存在S、Cl、Br及少量的C元素。他们认为蜗牛纹主要是由于Ag与卤族元素反应造成的。2014年11月11日-光伏组件蜗牛纹现象分析--17-蜗牛纹的形成机理分析由本实验的结果可看出，光伏组件的隐裂及温度都对其蜗牛纹的产生有一定的诱导作用。对于具体导致蜗牛纹现象产生的物质及化学反应，本人将会在今后的实验中对其进行研究。2014年11月11日-光伏组件蜗牛纹现象分析--18-总结与展望总结与展望•光伏组件的蜗牛纹在组件安装至户外后的数月内出现。•由本实验的数据可知，光伏组件的蜗牛纹会造成输出功率的衰减。（由于本人的实验组件数量有限，此结论本人将会继续做实验来验证）•隐裂及高温虽然不是造成组件表面出现蜗牛纹的根本原因，但其存在一定的诱导作用。•光伏组件的蜗牛纹现象产生的具体原因还需进一步的研究。2014年11月11日-并网光伏电站故障分析与系统发电性能研究--20-参考文献•[1]InesRutschmann,Unlockingthesecretofsnailtrails,photon,114-121,1,2012•[2]=_s9UlV6ZTSUo-HKYMcp8yszRl66YAuZBzIwydr6kT0e1BwgfnIXRN6Wan2aWkDn8hmObG4vRbf9VEvT6kezmz23fXbFpsMpSw0BrlqCK•[3]P.Peng,etal.,Microscopystudyofsnailtrailphenomenononphotovoltaicmodules,RSCAdvances,11359-11365,2,2012•[4]M.Koentges,atal.,SnailTracks(Schneckenspuren),wormmarksandcellcracks,27thEU-PVSEC,WIP,Frankfurt,Germany,(2012)2014年11月11日-并网光伏电站故障分析与系统发电性能研究[e-mail]86-15975646290