Следы улиток на солнечных панелях: причины и профилактика
Содержание
Следы улиток на солнечных панелях: причины и профилактика
Серая или жёлто-коричневая линия появляется вдоль трещины в ячейке через несколько месяцев после установки, и модуль обвиняют. Следы улитки обычно косметические. Трещина под ними — нет. На линии производства модулей именно трещина — то, что вы контролируете.
Производство PV-модулей · Надёжность и инспекция модулей · автор Jerry, Ooitech
1. Что такое след улитки и чем он не является
След улитки, также называемый следом улитки или червячной меткой, — это серое, жёлто-коричневое или тёмное обесцвечивание на лицевой стороне модуля из кристаллического кремния. Обычно он идёт вдоль серебряной токосъёмной шины, края ячейки или по пути трещины в ячейке. Именно последний узор дал название: обесцвечивание повторяет трещину так, как след пересекает стекло.
IEA PVPS, международная совместная программа по фотоэлектрическим энергетическим системам, описывает след улитки как обесцвечивание лицевой металлизации и сообщает, что он обычно становится видимым примерно через три месяца — год после установки. Сроки зависят от конструкции модуля и условий эксплуатации, поэтому две внешне одинаковые установки могут различаться.
Различие, которое решает большинство коммерческих споров, таково: видимый след и лежащий в его основе электрический дефект — не одно и то же. Текущее руководство IEA PVPS утверждает, что сами следы улитки не оказывают доказанного прямого влияния на характеристики модуля. Снизить выход или вызвать аномальный нагрев может сопутствующее состояние: трещина в ячейке, разделяющая активную область, повреждённая токосъёмная шина, неисправное межсоединение или рассогласование тока внутри подстроки.
Рис. 1: Встроенная станция EL-инспекции на линии производства модулей. На мониторе отображается изображение электролюминесценции, где трещина видна как тёмная линия. След улитки, наблюдаемый в поле, часто идёт точно по этой линии.
| След улитки — это | След улитки — это не |
|---|---|
| Обесцвечивание лицевой металлизации, видимое глазом | Доказательство того, что модуль потерял мощность |
| Узор, обычно идущий вдоль трещины, края ячейки или токосъёмной шины | Доказательство того, что трещина возникла на вашей производственной линии |
| Свидетельство того, что присутствовали и путь, и химия | Тот же режим отказа, что PID, LID или LeTID |
| Часто медленно развивается и часто стабилен после формирования | Автоматическое основание для отклонения партии |
2. Как формируется след улитки: трещина, химия и перенос
Ни одна отдельная причина не создаёт след улитки. Опубликованные данные указывают на взаимодействие, и три условия должны совпасть, прежде чем что-либо станет видимым.
| Условие | Что это означает на модуле | На что вы можете влиять |
|---|---|---|
| Путь | Микротрещина, край ячейки или зазор между ячейками, позволяющий частицам перемещаться вдоль металлизации | Обращение с ячейками, резка, стрингование, укладка, ламинирование и нагрузки при обрамлении |
| Химия | Реакция серебряной металлизации с реакционноспособными частицами с образованием обесцвеченных соединений серебра | Состав инкапсулянта и заднего листа и их добавки |
| Перенос | Газы и летучие продукты, перемещающиеся через полимерные слои, плюс УФ и температура, движущие реакцию | Барьерные свойства ламината и спецификация материалов как системы |
Химические данные более конкретны, чем популярное объяснение. Микроскопия и химические исследования связали обесцвечивание следа улитки с изменениями в системе серебряной металлизации. Meyer и соавторы обнаружили наночастицы серебра в инкапсулянте непосредственно над поражёнными токосъёмными шинами. Peng и соавторы обнаружили наночастицы карбоната серебра на обесцвеченных серебряных сетках. Другие исследования сообщали об ацетате серебра, фосфате серебра, карбонате серебра и сульфиде серебра на модулях, экспонированных в поле. Fan и соавторы обнаружили ацетат серебра и предложили механизм с участием серебряной сетки, кислорода и уксусной кислоты вблизи микротрещины.
Эти находки не складываются в один универсальный путь, и это важно для того, как вы прописываете материалы. Термин «след улитки» описывает визуально похожее обесцвечивание, которое может быть вызвано более чем одним взаимодействием материалов.
Один результат в особенности должен изменить то, как вы читаете заявления поставщиков. Fan и соавторы смоделировали процесс и провели ускоренные испытания. В их результатах микротрещина вместе с зазором в ячейке действовала как путь переноса. Проницаемость кислорода через задний лист оказала важное влияние на образование ацетата серебра. В пределах исследованного в той работе диапазона проницаемости по водяному пару проницаемость по водяному пару не была признана контролирующей образование следа улитки.
Трещина — это обычное предварительное условие для трейла, выровненного по трещине, но его недостаточно. Многие ячейки с трещинами никогда не образуют видимый трейл. IEA PVPS называет сочетание материалов модуля, УФ-излучения и температуры важной причиной того, почему восприимчивость различается между конструкциями модулей.
3. Snail Trail, PID и LID: три режима старения, три пункта
Эти три термина смешиваются в спецификациях, и такая путаница обходится дорого. У них разные движущие факторы, разные доказательства и разные пункты испытаний. Написание одного общего пункта «без деградации» не охватывает должным образом ни один из них.
| Snail trail | PID | LID / LeTID | |
|---|---|---|---|
| Основной движущий фактор | Путь плюс химия серебряной металлизации, с переносом кислорода, УФ и температурой | Напряжение системы в сочетании с влажностью и температурой, вызывающее миграцию ионов и шунтирование | Кинетика дефектов, связанных с объёмным кремнием и водородом, под воздействием освещения и тепла |
| Как это проявляется | Видимое изменение цвета вдоль трещины, токопроводящей шины или края ячейки | Потеря мощности и шунтирование, часто с акцентом на края ячеек рядом с рамкой | Потеря мощности без характерного видимого рисунка |
| На EL-изображении | Часто совпадает с трещиной; неактивные области там, где трещина разделяет активную область | Тёмные, часто привязанные к краям области, затрагивающие многие ячейки | Постепенная потеря контраста, а не один локализованный рисунок |
| Доказательства, которые нужно запросить | Визуальная запись плюс EL-изображение плюс кривая I-V относительно базовой линии | Данные испытаний на влажное тепло и напряжение по IEC TS 62804 | Измерение при освещённой выдержке и в тёмном хранении на типе ячейки, который вы покупаете |
Для LID и LeTID в частности поведение зависит от технологии ячейки и не может быть перенесено с одного типа ячейки на другой. Наши собственные измерения на n-тип ячейках с обратным контактом связывают стационарный температурный коэффициент, динамику LeTID и тёмную утечку вместе, и вывод явно ограничен измеренной ячейкой, а не семейством технологий. Если вы покупаете другую ячейку, вам нужны данные именно этой ячейки. Мы более подробно рассматриваем подход к измерениям в исследование температурной деградации и LeTID на n-тип ячейках с обратным контактом.
Для PID характеристики стойкости к деградации инкапсулянта обычно указываются по IEC TS 62804, и сравнение инкапсулянтов на этом сайте перечисляет этот параметр для каждого типа плёнки. Это правильное место для привязки пункта о PID, потому что отказ обусловлен электрической средой и средой влажности, которые инкапсулянт должен выдерживать.
4. Где ваша линия создаёт предварительное условие: трещины ячеек
Snail trail нужен путь. На производственной стороне этот путь — трещина, и трещины возникают в коротком списке мест. IEA PVPS называет обращение с ячейками, резку, стрингирование, пайку, укладку, ламинирование, обрамление и локальное механическое давление потенциальными источниками, а также добавляет упаковку, транспортировку и монтаж как основные источники после производства.
Рис. 2: Ламинатор модулей с открытой камерой. Ламинирование применяет тепло и давление ко всему ламинату, поэтому любая трещина, присутствующая при укладке, переносится в готовый модуль и её уже не так дёшево устранить.
Стоит следить за двумя эксплуатационными сигналами. Во-первых, повторяющиеся картины трещин на нескольких модулях обычно указывают на производственный механизм, а не на случайное повреждение при обращении. Во-вторых, появление трещины само по себе не идентифицирует событие, которое её вызвало, поэтому полезный вопрос не «есть ли трещина», а «на каком этапе она появилась».
На этот вопрос можно ответить, если проверять более чем в одной точке. Ooitech создаёт EL-инспекцию для трёх позиций на линии, и именно различия в спецификациях между ними позволяют локализовать трещину, а не только обнаружить её.
| Модель | Позиция | Визуализация | Охватываемый размер модуля |
|---|---|---|---|
| OPT-M950B | Встроенная, автоматическая, до или после укладки | 8 камер (4 EL + 4 VI); 0,5 мм/пиксель EL, 0,1 мм/пиксель VI; цикл испытания ≤20 с | Длина 1650-2500 мм, ширина 992-1400 мм |
| OEL-CCD2400 | Автономная, полуавтоматическая, до или после ламинирования | 6 × 4 МП (всего 24 МП), экспозиция 1-60 с | До 2600 × 1500 мм |
| OEL-S2400 | Автономная, полуавтоматическая, до или после ламинирования | 2 камеры, 6000 × 4000, экспозиция 1-60 с | До 2500 × 1400 мм |
| OPT-S110H | Уровень стринга, до укладки | Инспекция стринга ячеек | Стринг, не модуль |
5. Что EL может и не может доказать о трейле
Электролюминесцентная визуализация — самый информативный единичный метод для определения того, совпадает ли видимый трейл с трещиной и присутствует ли электрически неактивная область. Это также метод, которому чаще всего чрезмерно доверяют.
EL-изображение — это не фотография с автоматическим проходом или отказом. Приложенный прямой ток, чувствительность камеры, экспозиция, фокус, окружающий свет, температура модуля и нормализация изображения — всё это меняет вид изображения. IEC TS 60904-13 определяет, как EL-изображения должны быть получены и обработаны, и даёт руководство для качественной интерпретации. Тёмная область может указывать на трещину, дефект межсоединения, шунтирование или разрыв токопроводящей шины. Правильное прочтение означает сопоставление EL-изображения с визуальным изображением, конструкцией модуля и данными I-V.
Рис. 3: Автономная EL-станция со стеклянным столом. Поскольку модуль загружается вручную, станция не ограничена тактом линии, что делает её практичным местом для повторной инспекции подозрительного модуля или возвращённого изделия.
| Метод | Что это устанавливает | Основное ограничение |
|---|---|---|
| Визуальный контроль | Документирует трейл, расслоение, пузыри, состояние заднего листа и следы прожига | Не может показать, изолировала ли трещина активную область ячейки |
| ЭЛ-визуализация | Показывает трещины, неактивные области и разрывы пальцев | Внешний вид зависит от тока, оборудования, экспозиции и обработки |
| Измерение I-V | Количественно определяет мощность, ток, напряжение, коэффициент заполнения и изменение формы кривой | Требует надёжных данных об облучённости и температуре, а также корректной базы для сравнения |
| Инфракрасная термография | Локализует аномальные температуры ячеек, подстрок, диодов, кабелей или соединительных коробок | Не выявляет геометрию трещин или химическую причину |
| УФ-флуоресценция | Выявляет старение полимера и картины фотобличинга вокруг трещин и краёв ячеек | Не является количественным измерением влажности и не доказывает путь реакции |
| Лабораторный анализ | Идентифицирует соединения серебра, продукты коррозии и состав полимера | Может быть разрушающим и дорогостоящим; непригоден для скрининга всей электростанции |
Стоит прямо назвать два ограничения, потому что именно они определяют, что вы можете обещать заказчику. ЭЛ-визуализация не видит за алюминиевой рамкой или под соединительной коробкой, поэтому всё в этих зонах нужно проверять до армирования. И ЭЛ-визуализация ничего не говорит о химии следа; она показывает электрическое следствие, а не реакцию, вызвавшую изменение цвета.
Когда вопрос смещается с «есть ли трещина» на «сколько это стоило нам в мощности», ЭЛ уже не является подходящим инструментом сам по себе. Измерение I-V даёт эту цифру, и оба результата следует сравнивать по штрихкоду модуля, чтобы электрические данные одного модуля и изображение одного модуля оставались связанными. Процедура измерения изложена в как точно измерить кривую I-V солнечного фотоэлектрического модуля, а решения по компоновке станции рассмотрены в ЭЛ-тестирование солнечных панелей: встроенная или автономная установка.
6. Снижение риска улиточных следов в материалах и процессе
Если вы не можете удалить каждую трещину, следующий рычаг — химия. Именно здесь в обсуждение входит выбор инкапсулянта и заднего листа, и здесь несколько распространённых утверждений нуждаются в уточнении.
Рис. 4: Плёнка инкапсулянта. Плёнка — это слой, с которым фактически контактирует серебряная сетка, поэтому её состав и добавки определяют, какие реакционноспособные частицы доступны вблизи металлизации.
В модулях на основе EVA деградация может образовывать уксусную кислоту, а уксусная кислота — одна из частиц, причастных к образованию продуктов реакции, содержащих серебро. Переход на инкапсулянт на основе полиолефина может устранить путь деацетилирования EVA с образованием уксусной кислоты. Это не универсальная гарантия против изменения цвета: адгезия, добавки, условия ламинации, оптическая стабильность, электрические свойства и долговременная совместимость границы раздела всё ещё должны оцениваться как целостная материалная система.
Сравнение инкапсулянтов, опубликованное на этом сайте, перечисляет параметры, relevant для этого решения, и их стоит читать как набор.
| Параметр | Значение по диапазону плёнок | Почему это важно для следа |
|---|---|---|
| Скорость пропускания водяного пара | От 5-10 г/м²/сутки до 30-40 г/м²/сутки (ASTM F1249), при этом плёнки на основе полиолефина находятся на нижнем конце | Определяет влагу, достигающую ячейки и металлизации, хотя это не контролирующий фактор, выявленный для образования ацетата серебра |
| Состав без кислоты | Указан для полиолефиновых плёнок в сравнении | Устраняет путь деацетилирования EVA, производящий уксусную кислоту |
| Характеристика против PID | Указана для каждого типа плёнки согласно IEC TS 62804 | Отделяет пункт о PID от обсуждения улиточных следов, которые являются разными режимами отказа |
| Температура обработки | 145-155 °C для сравниваемых плёнок (анализ DSC) | Задаёт окно ламинации, а несоответствующее окно вызывает расслоение и проблемы адгезии сами по себе |
| Прочность отслаивания от стекла | От более 90 до более 120 Н/см в зависимости от плёнки (ISO 11339) | Отказ адгезии открывает границы раздела, где начинаются перенос и коррозия |
Выбор заднего листа заслуживает такого же подхода, и здесь доказательства легко упустить. Работы по добавкам в полимерную фольгу показали, что добавки в самой фольге могут запускать образование улиточных следов, а это означает, что два задних листа с похожей проницаемостью по паспорту могут вести себя по-разному в полевых условиях. Просмотра только главного барьерного числа недостаточно. Полное сравнение типов плёнок, включая столбцы «без кислоты» и «против PID», изложено в нашем руководстве по EVA, POE и EPE плёнка-инкапсулянт для производства солнечных панелей.
Ламинация находится между выбором материала и трещиной. Трещина, присутствующая при укладке, переносится в готовый ламинат, а процесс ламинации вне окна добавляет собственные дефекты, включая пузыри, расслоение и выскакивание рамки. Это отдельные режимы отказа с отдельными причинами, и они рассмотрены в как выбрать правильный ламинатор для солнечных модулей и в реальные причины пузырей в солнечных модулях.
7. FAQ
Снижают ли улиточные следы выходную мощность солнечных панелей?
Само видимое изменение цвета не оказывает доказанного прямого влияния на производительность модуля. Риск исходит от того, за чем следует след. Если лежащая в основе трещина разделяет активную область ячейки, разрывает токосъёмные пальцы или создаёт несоответствие тока внутри подстроки, выходная мощность может упасть. Часто цитируемое исследование сравнивало модули с видимыми следами с чистыми эталонными модулями. Четыре отобранных модуля вырабатывали примерно от 68% до 88% эталонной энергии. Авторы отнесли этот дефицит к микроТрещинам и повреждённым областям ячеек, а не к изменению цвета. Эти четыре модуля не были случайной выборкой, поэтому диапазон не следует считать типичным. Единственный надёжный ответ для конкретного модуля — это измерение I-V относительно базового уровня.
Что на самом деле вызывает «улиточные следы»?
Взаимодействие, а не одна причина. Опубликованные работы указывают на три перекрывающиеся условия: путь, такой как микроТрещина или край ячейки, химическая реакция с участием серебряной металлизации и реактивных частиц, а также перенос кислорода и летучих продуктов через полимерные слои. УФ-излучение и температура движут реакцию. На поражённых модулях были идентифицированы различные соединения серебра, включая ацетат серебра, карбонат серебра, фосфат серебра и сульфид серебра, что указывает на то, что более одного химического пути дают схожий внешний вид.
Является ли проникновение влаги причиной?
Само по себе нет, и именно здесь популярное объяснение чрезмерно упрощает. В моделировании и ускоренных испытаниях, которые идентифицировали ацетат серебра, пропускание кислорода через задний лист оказывало важное влияние на образование, тогда как пропускание водяного пара, как было установлено, не контролировало его в исследованном диапазоне. Влажность всё ещё важна для коррозии, деградации инкапсулянта и расслоения. Но если поставщик отвечает на вашу озабоченность по «улиточным следам» только показателем пропускания водяного пара, ответ неполный.
Как скоро после установки появляются «улиточные следы»?
IEA PVPS сообщает, что «улиточный след» обычно становится видимым примерно через три месяца — год после установки. Время зависит от конструкции модуля и условий эксплуатации. Эта задержка является причиной споров из-за пунктов приёмки, основанных на внешнем виде: состояние часто развивается уже после того, как модули покинули завод.
Являются ли «улиточные следы» тем же, что PID?
Нет. PID вызывается системным напряжением в сочетании с влажностью и температурой, что вызывает миграцию ионов и шунтирование, и оценивается с помощью испытаний на влажное тепло и напряжение в соответствии с IEC TS 62804. «Улиточный след» связан с физическим путём плюс химией серебряной металлизации. Модуль может иметь одно без другого. Рассматривайте их как два пункта в спецификации, а не один.
Предотвратит ли переход с EVA на POE появление «улиточных следов»?
Это устраняет один путь, поскольку полиолефиновые инкапсулянты не генерируют уксусную кислоту так, как это может EVA. Это не гарантия. Адгезия, добавки, условия ламинирования, оптическая стабильность и долгосрочная совместимость со смежными слоями также влияют на то, появится ли изменение цвета. Оценивайте ламинат как систему и учтите, что добавки в фольге заднего листа сами по себе были показаны как вызывающие образование следов.
Можно ли удалить или отремонтировать «улиточные следы»?
Нет. Изменение цвета — это изменение металлизации и инкапсулянта над ней, и оно находится внутри герметичного ламината. Очистка стекла на это не влияет. Вот почему профилактика и раннее обнаружение — единственные практические рычаги, и почему полезная точка вмешательства — это трещина на вашей линии, задолго до появления любого следа.
Следует ли мне отклонить партию из-за «улиточных следов»?
Не только по внешнему виду и не без доказательств. Запросите EL-изображение поражённого модуля и кривую I-V в сравнении с заводскими данными вспышки. Решение должно основываться на том, присутствует ли электрически неактивная область, разорванный токосъёмный палец или дефект межсоединения. След, который не совпадает с какой-либо электрической аномалией, является косметическим обнаружением; тот, который совпадает с разделённой областью ячейки, является обнаружением производительности и гарантии.
Как мне обнаружить трещину, за которой последует след?
С помощью EL-визуализации на более чем одной производственной стадии. Единственная станция в конце линии подтверждает, что трещина существует, но не может сказать вам, ввела ли её стрингерная машина, этап укладки или пресс для обрамления. Инспекция на уровне струны перед укладкой плюс инспекция на уровне модуля после ламинирования локализует стадию, что позволяет вам устранить процесс в его источнике.
Заключительные мысли
Рассматривайте «улиточные следы» как два вопроса, а не один. След — это результат материалов и химии, на который вы влияете через систему инкапсулянта и заднего листа. Трещина, за которой следует след, — это результат процесса, на который вы влияете на линии, и именно она несёт электрический риск. Определите ваши критерии приёмки в терминах EL-изображений и данных I-V на названных производственных стадиях, затем запросите скорость пропускания кислорода наряду со скоростью пропускания водяного пара, когда вы квалифицируете ламинат. Если вы сообщите нам размер вашего модуля, технологию ячеек и где вы хотите разместить инспекцию, мы предложим конфигурацию EL и конкретные стадии инспекции.
