光伏组件失效模式介绍

1、组件失效模式介绍,汇报人：徐连富 部门：品质中心,3.组件实验室常见失效模式,2.组件户外常见失效模式,1.前言,目录,前言,光伏组件失效模式分类,光伏组件失效浴盆曲线,晶体硅光伏组件的失效通常分为三类：早期失效、随机失效、损耗失效。我们推进的所有可靠性的改善都是为了： 1.减少早期失效， 2.减低随机失效， 3.推迟损耗失效。,前言,光伏组件介绍-结构及物料,光伏组件可以分为晶体硅光伏组件及薄膜组件，本文主要进行晶体硅光伏组件常见的失效模式分析。,光伏组件三明治结构,前言,光伏组件一般提供五年的产品质量保证和10-25年的产品功率保证，25年内产品最大功率衰减不超过20%。 组件户外使用受到

2、各种环境因素的侵蚀影响。,炎热，霜冻，日夜温差,风载，雪载，冰雹，踩踏,辐射 UV,温度,湿度,湿气,机械应力,灰尘，盐雾，风沙,大气,雨水，霜，露水,凝露,光伏组件户外常见失效模式,组件破碎 热斑 脱层 封装材料变色 闪电纹 背板开裂粉化 功率衰减,电池片隐裂碎片 焊带腐蚀 电池片氧化 白斑 线盒进水烧毁 焊接失败 PID效应,光伏组件户外常见失效模式,组件破碎,管控点： 1.提供组件安装手册 2.优化组件包装运输方式 3.组件制程工艺改善，减少热斑产生 4.玻璃来料质量管控，测试玻璃抗冲击性,失效原因： 1.外力冲击：冰雹，石头等造成玻璃破损，可以通过破裂的形状判断； 2.玻璃自身原因：例

3、如玻璃自爆主要为玻璃内硫化镍膨胀导致，自爆率约为0.3%； 3.不正确的安装方式：不可靠的搬运，安装方式，牢固度不足，受力不均等 4.高温：组件热斑等 失效影响： 发电量降低，火灾隐患，人身伤害,玻璃自爆,外力撞击,安装不当,热斑烧毁,光伏组件户外常见失效模式,热斑,当组件工作电流超过因为遮挡或是有缺陷的电池片或电池组的短路电流时，在组件中会发生热斑加热，受影响的电池或电池组被置于反向偏置状态，消耗功率，引起过热,失效原因： 1.硅片电池缺陷 2.电池表面有异物 3.电池之间不匹配：效率电流混档， 衰减不一致 4.二极管并联的电池片数目过多 5.阴影遮挡 6.焊接不良 失效影响： 1.焊接处融

4、化， 2.过高的温度导致封装材料加速老化 3.局部过热导致玻璃破碎 4.组件烧毁,管控方向 电池质量管控 1.包括硅片/电池片EL缺陷检测 2.电池片光衰一致性 3.电性能水位一致性 制程管控 1.焊接质量（虚焊，过焊） 2.制程隐裂EL检测 3.组件异物 4.换片补片档位一致性 组件安装维护 1.安全的包装运输防护 2.合理的安装角度距离 3.定期清理，避免遮挡,热斑正面,热斑背面,热斑起火,光伏组件户外常见失效模式,脱层,背板与EVA分层，EVA与玻璃分层，EVA与电池片间分层,失效原因： 1.湿气，紫外等导致封装材料间的粘粘力被破坏， 2.金属离子的污染 3.材料匹配性不好 4.层压参数

5、不合理 5.背板层间分层 6.硅胶密封性不好,失效影响： 1.焊带、电池片腐蚀，致使组件报废 2.影响组件外观 3.遮挡电池片，功率输出下降,管控方向： 物料管控 1.新材料导入流程 2.组件可靠性试验监控 制程控制： 1.层压参数管控 2.物料，人员5S管控 3.交联度，剥离强度管控 4.硅胶补胶量管控,脱层,脱层,脱层,光伏组件户外常见失效模式,封装材料变色,紫外照射或是添加剂导致EVA，背板材料老化变色,EVA失效原因： 1.温度过热或是UV照射 2.EVA交联度不足 3.EVA中添加剂导致变色 4.硅胶中成分导致 失效影响： 1.变色导致透光性下降，组件功率下降 2.影响组件外观,背板

6、失效原因： 1.EVA对紫外线截止失效 2.EVA中紫外吸收剂分解，加速紫外敏感背板变色 3.背板是紫外敏感材料 失效影响： 1.水汽隔离性能下降，焊带、电池片腐蚀 2.绝缘性能下降 3.组件功率轻微下降 4. 影响组件外观,管控方向： 1.新供应商导入的评审及稽核 2.工程变更管控（新材料，机台的导入，工艺参数的变更等） 3.原材料进料检验（剥离强度,交联度等） 4.车间层压等工序工艺监控（层压温度及均匀度，真空度，层压时间） 5.材料的可靠性试验（ “双85”，耐紫外试验等，参照IEC61215） 6.安装环境与物料匹配性,EVA黄变,EVA黄变,背板黄变,光伏组件户外常见失效模式,闪电纹

7、,EVA中的过氧化物在水汽的作用下与电池片栅线中的银发生反应，生成银的氧化物。电池片隐裂，背板EVA的透水率高加速了闪电纹的产生。,失效原因： 1.EVA中VA含量偏高，与银发生化学反应 2.背板、EVA透水率过高 3.使用环境湿度过大 4.组件隐裂,失效影响： 1.外观不良 2.栅线氧化，影响电流收集，功率下降 3.组件热斑风险,改善方向： 1.使用防闪电纹的EVA 2.提高层压温度，减少VA残留 3.减少组件EL隐裂 4.选用透水率低的封装材料,闪电纹,闪电纹/隐裂,闪电纹/热斑,光伏组件户外常见失效模式,背板龟裂粉化,在紫外和水汽的作用下，背板中的PET层或涂覆层发生降解，使背板呈现出开

8、裂或粉化问题。,失效原因： 1.背板透水率高，导致PET水解 2.背板防护紫外能力差导致降解 3.背板层间剥离力低,失效影响： 1.外观不良 2.栅线氧化，EVA水解， 组件寿命降低 3.组件绝缘性能下降,管控方向： 1.使用耐候性好的含氟型背板材料， 2.材料引进前进行可靠性试验，验证耐候性。 3.减少组件背板磨损或划伤。,背板开裂,背板开裂,背板粉化,光伏组件户外常见失效模式,功率衰减大,组件功率衰减是指光伏组件随着光照时间的增长，组件输出功率逐渐下降的现象。包括光致衰减和老化衰减。,失效原因： 1. 劣质的硅片或电池片，LID过大，硼氧复合体多导致少子寿命下降快。 2.组件质量问题导致，

9、例如隐裂、断栅，虚焊等 3.封装材料老化，包括玻璃，背板等透光率的下降等。,失效影响： 1.组件输出功率下降，发电量降低,管控方向： 1.使用N型电池片 2.减少硼氧复合体，使用LID小的电池片 3.加强过程控制，减少组件缺陷 4.使用耐候性优良的封装材料 5.规范电站组件维护操作，减少玻璃损伤及隐裂,单晶组件：第一年不超过3.5%，以后每年不超过0.68%，25年担保期结束时组件输出功率不低于标称功率的80% 多晶组件：第一年不超过2.5%，以后每年不超过0.70%，25年担保期结束时组件输出功率不低于标称功率的80%。,光伏组件户外常见失效模式,电池隐裂碎片,电池在生产运输安装过程中，因设

10、计，材料，运输，安装，维护缺陷导致电池出现不可目视的内部损伤。,失效原因： 1.原材料不良：电池片，玻璃减薄 2.制程不良：电池/组件生产制程不当 3.设计不良：边框强度不足 4.不正确的包装运输方式 5.安装不良：粗暴安装，踩踏 6.不恰当的维护方式，重压踩踏 失效影响： 1.组件电性能降低，输出降低 2.易产生热斑效应 3.闪电纹产生，影响外观,管控方向： 材料和设计： 1.铝合金力学结构强度设计优化 2.玻璃弯曲度监控优化 3.改进硅片质量，降低硅片TTV，避免使用线痕片等B级硅片 4.使用低翘曲度电池片。 制程控制： 1.优化焊接工艺及焊带选择，降低翘曲度及焊接应力 2.提升产线自动化

11、水平，减少搬运周转隐裂 安装运输管控 1.优化包装运输方式，减少运输隐裂 2.安装施工人员培训，避免保利安装,隐裂/碎片,隐裂热成像,光伏组件户外常见失效模式,焊带黄变腐蚀,失效原因： 1.助焊剂中有机卤化物残留引起电子迁移导致腐蚀 2.背板,EVA封装材料透水率高，导致焊带氧化腐蚀 3.EVA水解产生的乙酸腐蚀焊带 4.焊带中不同金属的平衡电极电位导致腐蚀 5.焊带受潮，裸手接触污染，残留汗渍导致腐蚀 失效影响： 1.黄变腐蚀，影响外观 2.电阻变大，影响功率输出 3.腐蚀严重，热斑烧毁风险。 管控方向： 1.减少助焊剂残留 2.选用低透水率的封装材料 3.开发添加其他微量元素制成的的焊带

12、4.拆封焊带进行密封保存，不能裸手接触,焊带腐蚀,焊带变色,光伏组件户外常见失效模式,失效原因： 1.焊接电池片存在氧化 2.背板,EVA封装材料透水率高，导致进水氧化腐蚀 3.助焊剂残留腐蚀栅线 4.EVA分解残留的醋酸类腐蚀栅线 5.员工使用含有硫的橡胶手套 6.组件在系统中正电压偏置，银浆发生电化学腐蚀,管控方向： 1.管控电池片存储环境 2.缩减电池焊接到层压间留存时间 3.使用透水率低的封装材料，降低VA残留 4.选用无硫橡胶手套 5.减少助焊剂残留,失效影响： 1.栅线变色，影响外观 2.电阻变大，影响功率输出,边缘氧化,整片氧化,主栅边氧化,电池片变色氧化,光伏组件户外常见失效模

13、式,白斑,电池焊接时助焊剂残留导致白斑产生。,失效原因 1.焊接使用过量助焊剂，未清理干净 2.返修涂抹过量助焊剂 3.助焊剂未及时更换,失效影响 1.电池片与EVA脱层，组件寿命降低,白斑,白斑,白斑,管控方向： 1.保证焊接效果前提下，减少助焊剂用量 2.人工返修使用助焊剂及时进行清理 3.助焊剂按照工艺要求进行更换,光伏组件户外常见失效模式,线盒进水烧毁,失效原因 1.线盒连接器密封性差，进水腐蚀金属部件 2.线盒汇流条接线不良或焊接不良，导致发热烧毁 3.二极管击穿，持续电流导致发热烧毁 4.使用环境超出防护等级规定，进水腐蚀 5.连接器金属插针接触面积小 6.连接器连接未到位，虚接,

14、失效影响 1.线盒烧毁，无功率输出 2.组件烧毁，报废 3.火灾风险。,线盒进水腐蚀,线盒烧毁,连接器烧毁,管控方向： 1.优化线盒打胶工艺，保证线盒密封性 2.提高线盒进料质量，检查线盒及端子的防护性 3.规范员工操作手法，保证接线焊线效果符合要求 4.根据使用环境选择线盒类型， 5.保证同一电站使用同型号线盒连接器 6.规范电站安装人员操作，保证接线质量,光伏组件户外常见失效模式,焊接失败,温度，机械电气等应力的变化导致焊点破坏,失效原因 1.虚焊，过焊 2.焊带与正银，背银焊接拉力不足，或是银浆与硅片之间附着力低 3.焊接面积过小,失效影响 1.易产生热斑，组件烧毁 2.电流或电压降低，

15、功率输出下降 3.易造成电池片隐裂碎片 3.组件断路,管控方向 1.电池片银浆与硅片附着力测试 2.焊接拉力监控 3.焊接效果的确认，保证焊接面积，避免虚焊过焊的产生,焊接失效,焊接失效,光伏组件户外常见失效模式,PID效应,失效原因： 1.外在原因：高温，潮湿和逆变器阵列接地方式 2.内部原因：组件封装材料和电池硅片质量,组件长期在高压作用下式的玻璃，密封材料之间存在漏电流，大量电荷聚集在电池片表面，使得电池片表面钝化效果恶化，导致Voc，Isc，FF降低，使组件性能低于设计标准,控制方向： 1.抗PID的EVA的使用 2.抗PID效应的电池片 3.逆变器负极接地 4.双波组件，透水率更低的

16、背板材料,失效影响： 1.组件功率衰减严重 损失功率可达50%以上。,PID效应,PID效应,PID效应,光伏组件实验室常见失效模式,IEC61215-2005中规定的试验项目及流程,光伏组件实验室常见失效模式,试验室中常见的失效模式有以下几种：,在实验室中，耐候性测试失败的比例较高，其中湿热试验，约占到失效次数的42%，热循环试验（200次），约占到失效次数的18%。,光伏组件实验室常见失效模式,电池片腐蚀,DH1000h后，电池片被腐蚀。 电池腐蚀的3种形式 -电池边缘开始腐蚀 -焊带处开始腐蚀 -电池中心开始腐蚀 产生原因： EVA在长期湿热条件下产生的醋酸是导致电池腐蚀的主要原因,焊带

17、腐蚀,DH1000h后，焊带被腐蚀。 失效原因： -背板透水率高，产生氧化 -EVA水解产生的醋酸腐蚀焊带,光伏组件实验室常见失效模式,Na+析出,通常发生在湿热测试后，主要原因是： Na+在高温高湿下迁移 玻璃中Na+含量过高,EVA气泡,通常发生在湿冻（HF)、湿热（DH)测试后，主要原因是层压不充分,光伏组件实验室常见失效模式,玻璃与EVA之间分层,EVA与电池片之间分层,通常发生在湿冻（HF)、湿热（DH)测试后，主要原因是： 1.在高温高湿条件下向组件内部迁移，导致EVA和玻璃之间粘结力变弱 2.玻璃内表面污染，导致EVA和玻璃之间粘结力不足 3.偏薄的EVA，导致焊带处胶不足。,EVA与电池之间剥离强度不足 只要原因： 1.层压参数不合适 2.被污染的电池或EVA 3.助焊剂残留过多，在高温时出现脱层,光伏组件实验室常见失效模式,背板与EVA之间分层,通常发生在湿冻（HF) 测试后，主要原因是： 1.背板与EVA间剥离强度不足 2.层压不充分,黄变,通常发生在长期紫外（UV)测试后，主要原因是： 1.EVA对紫外不截止 2.背板是紫外敏