光伏組件故障分析

1、一接線盒光伏組件接線盒的主要作用是連接和保護(hù)太陽(yáng)能光伏組件，傳導(dǎo)光伏組件所產(chǎn)生的電流。光伏組件接線盒作為太陽(yáng)能電池組件的一個(gè)重要部件，是集電氣設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)和材料應(yīng)用于一體的綜合性產(chǎn)品，為用戶提供了太陽(yáng)能光伏組件的組合連接方案。目前，中國(guó)組件制造商生產(chǎn)的組件很多都存在不少的質(zhì)量問題和隱患，而其中很大一部分組件質(zhì)量問題來自于接線盒自身的設(shè)計(jì)和品質(zhì)。作為光伏組件制造商的配套企業(yè)，接線盒制造商不僅需要對(duì)組件制造商負(fù)責(zé)，更需要對(duì)終端客戶負(fù)責(zé)，特別是對(duì)使用過程中人身安全的保護(hù)。所以，優(yōu)化接線盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提高質(zhì)量是所有接線盒制造企業(yè)的首要任務(wù)。常州天華新能源科技有限公司（簡(jiǎn)稱“天華新能源”）下屬常州華陽(yáng)光

2、伏檢測(cè)技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱“華陽(yáng)檢測(cè)”，于 2009 年 12 月獲得了 CNAS 實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可，認(rèn)可范圍包括光伏組）件、光伏材料共 119 項(xiàng)檢測(cè)能力。公司自 2008 年開始進(jìn)行接線盒檢測(cè)（依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：VDE0126-5:2008），訖今共完成 30 家接線盒供應(yīng)商、50 多款接線盒的檢測(cè)和質(zhì)量分析，獲得了大量的檢測(cè)數(shù)據(jù)。結(jié)合光伏組件戶外使用的實(shí)際情況，我們總結(jié)出目前接線盒常見失敗項(xiàng)目主要有：IP65防沖水測(cè)試、結(jié)構(gòu)檢查、拉扭力試驗(yàn)、濕漏電試驗(yàn)、二極管溫升試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)、750灼熱絲試驗(yàn)。接線盒測(cè)試常見失敗項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)圖：一、戶外組件因接線盒問題引起的故障圖片接線盒引線端子燒毀接線盒燒毀引起組件背板

3、燒焦組件碎裂二、接線盒在認(rèn)證測(cè)試中常見失敗項(xiàng)目及原因分析1接線盒 IP65 防沖水測(cè)試防水性能是接線盒性能的重要指標(biāo)。認(rèn)證測(cè)試中，先進(jìn)行老化預(yù)處理測(cè)試，然后進(jìn)行防沖水測(cè)試，再通過外觀結(jié)構(gòu)檢查和工頻耐壓測(cè)試進(jìn)行評(píng)判。測(cè)試能否順利通過，取決于接線盒的密封保護(hù)程度，而接線盒的密封保護(hù)直接影響到成品組件的防觸電保護(hù)和漏電防護(hù)的等級(jí)。就目前常規(guī)構(gòu)造的接線盒而言，其設(shè)計(jì)和材料的缺陷已在認(rèn)證測(cè)試中顯露無疑。圖 1 IP65 防沖水測(cè)試測(cè)試圖片接線盒防沖水測(cè)試失敗的主要現(xiàn)象大致分為以下幾種：、接線盒密封盒體內(nèi)大量積水；、接線盒盒體與背板材料不匹配；、接線盒的密封螺母開裂失效；、接線盒在老化預(yù)處理測(cè)試中盒體變形

4、；、接線盒密封圈老化預(yù)處理測(cè)試后失效，或其他原因。通過對(duì)以上測(cè)試過程中出現(xiàn)的失敗現(xiàn)象進(jìn)行研究分析，得出以下幾點(diǎn)失敗原因：（1）、盒體的鎖扣設(shè)計(jì)：鎖扣設(shè)計(jì)成兩扣模式可能是導(dǎo)致試驗(yàn)失敗的主要原因。兩扣模式使得盒蓋受力集中在二點(diǎn)，加上盒蓋面積較大，導(dǎo)致其余各點(diǎn)受力很不均勻。特別是在高溫時(shí)，其余各點(diǎn)受密封圈熱脹、材料受熱變軟的影響，導(dǎo)致接線盒齜口，影響盒體的密封性，從而在 IP65 防水測(cè)試中失敗（如圖 2）。另外，接線盒經(jīng)過 240 小時(shí)老化試驗(yàn)后，密封圈雖未脫落，但盒體、盒蓋有變型，也會(huì)影響到盒體的密封性。導(dǎo)致盒體大量積水盒體邊緣形變圖 2 防水測(cè)試后接線盒變形、大量積水圖 3 老化試驗(yàn)后盒蓋變形

5、影響密封導(dǎo)致積水（2）接線盒密封圈的橡膠材料選擇不當(dāng)：由于密封圈材料的選擇不適合，在接線盒經(jīng)過240小時(shí)老化預(yù)處理測(cè)試后，其延伸率和收縮率降低，密封圈材質(zhì)硬度升高，降低了盒體與盒蓋的密封性能，導(dǎo)致密封圈不能完全密封盒體和盒蓋的槽口，致使水流滲入，防沖水測(cè)試失敗。（如圖4）圖4 密封圈老化試驗(yàn)后密封不到位，水流滲入（3） 接線盒盒體塑料與太陽(yáng)能組件密封膠在老化預(yù)處理測(cè)試后，粘合性失效（如圖5）。圖5 接線盒與硅膠粘結(jié)失效（4）密封螺母材質(zhì)選擇不當(dāng)：接線盒在老化預(yù)處理測(cè)試后，密封螺母發(fā)生斷裂，也是造成接線盒防沖水失敗的原因。2接線盒濕熱試驗(yàn)濕熱試驗(yàn)對(duì)于接線盒來說是一個(gè)相當(dāng)嚴(yán)酷的環(huán)境試驗(yàn)，接線盒濕熱

6、試驗(yàn)失敗的主要現(xiàn)象有以下幾種：、濕熱試驗(yàn)后接線盒盒體碎裂失效；、濕熱試驗(yàn)后接線盒盒體和盒蓋密封變形；、濕熱試驗(yàn)后接線盒與背板脫落；、濕熱試驗(yàn)后電氣連接不可靠；、濕熱試驗(yàn)后接線盒電纜的抗拉扭性能減小，爬電距離、電氣間隙減小(6)、其他現(xiàn)象。接線盒和背板脫落變形圖6 濕熱試驗(yàn)后接線盒變形圖7 濕熱試驗(yàn)后接線盒與背板脫落圖8 濕熱試驗(yàn)后接線盒失效濕熱試驗(yàn)失敗可能的原因大致有以下幾點(diǎn)：（1）、盒體PPO材料的選擇不當(dāng)或用料不純；（2）、密封螺母開裂導(dǎo)致在濕熱之后電纜的抗拉扭性能削弱，或者直接開裂；（3）、接線盒盒體與硅膠不匹配，長(zhǎng)時(shí)間高溫高濕后接線盒與硅膠脫落；（4）、其他原因。3、接線盒盒體灼熱絲測(cè)

7、試接線盒盒體750灼熱絲測(cè)試，是接線盒生產(chǎn)商選用接線盒材質(zhì)的重要測(cè)試項(xiàng)目，也是接線盒認(rèn)證測(cè)試中較易失敗的項(xiàng)目之一。測(cè)試中，根據(jù)盒體材料從開始燃燒到火焰熄滅的時(shí)間長(zhǎng)短，判定該接線盒是否能適合今后在戶外使用。其主要試驗(yàn)過程如下圖所示：圖9 接線盒支撐帶電體部分開始燃燒圖10 接線盒支撐帶電體部分繼續(xù)燃燒圖11 火焰熄滅的時(shí)間根據(jù)圖9、10、11所示，接線盒支撐帶電體部分在進(jìn)行750°C灼熱絲測(cè)試時(shí)，火焰熄滅時(shí)間Te為44.92s，不符合接線盒標(biāo)準(zhǔn)中灼熱絲測(cè)試的要求。測(cè)試失敗的主要原因是，接線盒材質(zhì)無法承受灼熱絲元件在短時(shí)間內(nèi)所造成的熱應(yīng)力，不符合灼熱絲測(cè)試的要求（沒有火焰或是火焰可以在3

8、0s內(nèi)自動(dòng)熄滅）。4.接線盒常規(guī)測(cè)試其他失敗項(xiàng)（部分）（1）、工頻耐壓測(cè)試失敗，見圖12所示。其失敗原因主要為爬電距離/電氣間隙不足、環(huán)境試驗(yàn)之后絕緣性能受到損害(由于材料方面的原因)。圖12工頻耐壓測(cè)試（2）、接線盒帶電部件抗腐蝕強(qiáng)度不足，其原因?yàn)榻饘偌~質(zhì)選型和表面處理不當(dāng)。圖13 帶電部件抗二氧化硫腐蝕能力不足三、光伏組件接線盒質(zhì)量改進(jìn)建議作為光伏組件的配套產(chǎn)品，接線盒所占成本不及電池成本十分之一，但卻是決定光伏組件最終能否正常工作的重要部件。在此，筆者提出接線盒質(zhì)量改進(jìn)的幾點(diǎn)建議：1、將盒體、盒蓋分體，由密封圈密封的設(shè)計(jì)，改進(jìn)為盒體、盒蓋壓接一體式密封處理，加強(qiáng)整個(gè)接線盒結(jié)構(gòu)密封性和密

9、封強(qiáng)度。2、根據(jù)目前組件認(rèn)證、制造、使用的需要，建議接線盒內(nèi)預(yù)留擴(kuò)展連接座；裝配不同規(guī)格的二極管可以隨時(shí)改變接線盒的最大工作電流；根據(jù)組件生產(chǎn)工藝在接線盒裝配中保留密封膠和灌封膠兩種安裝方式。3、考慮在接線盒盒蓋設(shè)置導(dǎo)氣閥以導(dǎo)出盒體內(nèi)部熱量，或在接線盒內(nèi)部采用薄片狀金屬端子，增加散熱片，以達(dá)到降溫的作用。4、通過系列測(cè)試，研究不同類型硅膠和不同材質(zhì)背板材料的相互匹配性，為光伏組件制造商提供接線盒安裝、使用、匹配的整套解決方案2 背板1. 背板是主要的防護(hù)材料，如果只是背板材料破了的話沒有傷到電池部分短期沒問題。但是這一點(diǎn)上就開始收到環(huán)境腐蝕，EVA會(huì)迅速老化破裂或脫離，接著腐蝕電池部分，腐蝕再

10、擴(kuò)大組件就短路失效了2. 鼓包,可能會(huì)有TPE脫層的危險(xiǎn)，造成濕漏電的不過,凹坑,凹槽，擔(dān)心會(huì)壓破電池片，還有就是外觀的影響3 EVA不良表現(xiàn)原因分析處理方案氣泡或缺膠現(xiàn)象真空度不足延長(zhǎng)抽真空時(shí)間檢查層壓機(jī)硅膠板是否破裂檢修真空泵、更換真空泵油壓力不夠增加加壓時(shí)間，調(diào)整壓力更換橡膠板 加熱板局部溫度過高定期檢查加熱板溫度校正溫度，使之達(dá)到均勻增加高溫布是之緩沖，保證前期傳熱助焊劑減少助焊劑使用量助焊劑不匹配，更換助焊劑 材料被污染清潔材料 裁剪EVA或使用時(shí)戴手套、帽子等溫度過高盒蓋時(shí)間控制在30S以內(nèi) 降低溫度、增加層壓時(shí)間 加多兩層髙溫布，進(jìn)行緩沖 EVA厚薄或受潮更換材料、使用兩層EVA

11、控制生產(chǎn)環(huán)境、儲(chǔ)存環(huán)境 添加除濕機(jī) 背板凹凸膠膜收縮縮短抽真空時(shí)間降低層壓溫度 EVA換方向放置，交叉使用背板收縮 更換背板 材料放置不整齊 重新放置，在層壓前進(jìn)行檢查電池片碎裂壓力過大降低壓力增加EVA厚度更換硅膠板 焊接后有雜質(zhì)或電池片問題加強(qiáng)焊接后檢查更換電池片 與背板、玻璃剝離強(qiáng)度不夠?qū)訅簷C(jī)溫度不均勻 校正溫度 固化時(shí)間短 增加層壓時(shí)間 材料的問題及匹配性差背板表面進(jìn)行處理 更換匹配材料 固化溫度低 提高層壓溫度 材料污染 清洗材料（背板、剝離、電池片）EVA收縮現(xiàn)象抽真空時(shí)間過長(zhǎng) 減少抽真空時(shí)間 EVA生產(chǎn)工藝組件邊緣增加EVA增加EVA尺寸 儲(chǔ)存溫度過低裁剪好的EVA放置幾個(gè)小時(shí)使

12、用EVA進(jìn)行退火處理 EVA進(jìn)行解凍 黃變產(chǎn)品配方問題 更換材料 出現(xiàn)過交聯(lián)現(xiàn)象降低固化溫度或降低固化時(shí)間 跟背板、硅膠匹配性差 更換匹配中性硅膠和耐侯性好的背板材料受污染 更換材料、注意環(huán)境和清潔交聯(lián)度不夠?qū)訅簠?shù)增加層壓溫度或?qū)訅簳r(shí)間 測(cè)試誤差 選用精確到0.0001g,電子秤 增加EVA試驗(yàn)重量到5g電池片移位抽真空的速度過快 增加節(jié)流閥，緩沖抽空速度EVA收縮過大 按照EVA收縮處理 組件橫縱向擺放錯(cuò)誤確定層壓機(jī)抽真空方向，正確放置組件放置不整齊 人員培訓(xùn) 4 邊框在并網(wǎng)應(yīng)用的光伏電站中，只可以使用電池片與邊框有可靠絕緣的光伏組件。組件要具有雙倍或超強(qiáng)的絕緣措施，同時(shí)要充分考慮光伏組件

13、的系統(tǒng)耐壓性，以保證即使在光伏系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下也可以觸摸組件表面，不會(huì)造成危險(xiǎn)。目前，所有的光伏組件可以達(dá)到級(jí)防護(hù)，在選擇時(shí)并沒有太嚴(yán)格的限制。蘇州歐姆尼克光伏逆變器通過德國(guó)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，安全更有保障。當(dāng)觸摸組件表面時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生對(duì)地的故障電流。如果組件的絕緣足夠好，一般來說很難有這樣的電流產(chǎn)生。但是，故障電流放電的強(qiáng)度會(huì)隨一些條件的變化而增加，如光伏電池距離縮短(這種情況下透明玻璃或塑料板厚度減少)、接觸面積增加等。比如：由于清潔光伏組件的液體中含有導(dǎo)電物質(zhì)，會(huì)造成導(dǎo)電面積擴(kuò)大，從而導(dǎo)致意外的故障電流。在這種情況下雖然無法對(duì)危險(xiǎn)電流預(yù)先檢測(cè)，但如果發(fā)生意外會(huì)造成一定的危險(xiǎn)。為了避免由此(類似突然從

14、梯子上掉下來等)產(chǎn)生的安全隱患，也為了避免危險(xiǎn)，在建設(shè)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，用戶應(yīng)該遵循以下步驟：1）將光伏組件的邊框以及其他導(dǎo)電氣部分與接地線連接2）在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)或?qū)夥M件進(jìn)行清理時(shí)，斷開逆變器與電網(wǎng)的連接5 電池片5.出現(xiàn)鋁珠怎么辦？ 如果是印刷過厚，就調(diào)整參數(shù)，降低板間距，提高印刷壓力； 如果是絨面過大，提醒制絨改善工藝； 如果是漿料不匹配，就改善漿料。 6.出現(xiàn)鋁包怎么辦？ 如果是印刷厚度偏薄，就調(diào)整參數(shù)，提高板間距，降低印刷壓力； 如果是印刷不均勻，就查看網(wǎng)板和刮條是否有磨損，提醒生產(chǎn)更換，如果都沒問題，就是絨面問題，提醒制絨工藝。 7.出現(xiàn)翹曲片怎么辦？ 如果是印刷過厚，調(diào)整參

15、數(shù)，提高板間距，降低壓力； 如果是硅片太薄，更換抗彎曲漿料； 如果是刮刀沒裝好，提醒生產(chǎn)重新安裝； 如果是硅片厚度不均，就是原料問題。 8.出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)怎么辦？ 如果是網(wǎng)板或刮刀不良，提醒生產(chǎn)更換； 如果是參數(shù)設(shè)置不合理，調(diào)整參數(shù)，降低壓力。 9.出現(xiàn)虛印和斷柵怎么辦？ 如果是參數(shù)不合理，就調(diào)整參數(shù)，提高壓力，降低板間距。 如果是網(wǎng)孔堵了，擦拭網(wǎng)板； 如果是印刷頭在行進(jìn)過程中抖動(dòng)，與設(shè)備協(xié)商解決； 如果是網(wǎng)板或刮刀磨損或者是漿料不夠，就提醒生產(chǎn)人員更換或者添加漿料。 反向電流irev>5.6a； 測(cè)試光強(qiáng)e范圍在9501050 測(cè)試溫度t在2327 串阻rs0 填充因子68 六其余故障1.太陽(yáng)能電池方陣外電極斷路，內(nèi)部斷路，旁路二極管接反，旁路二極管短路，熱斑效應(yīng)，接線盒脫落，導(dǎo)線老化，導(dǎo)線短路、斷路，背膜開裂，EVA與玻璃進(jìn)水，鋁邊框開裂，電池玻璃破碎，電池片或電極發(fā)黃（電阻增大），電池刪線斷裂，太陽(yáng)能電池被遮擋，太陽(yáng)能電池安裝方位不對(duì)。2.蓄電池（1）電池組間不均衡兩組或兩組以上并聯(lián)的電池組隨使用期的增長(zhǎng)總會(huì)出現(xiàn)落后單節(jié)導(dǎo)致其中一組端電壓升高，使該組充電電流降低，最終長(zhǎng)期充電不足。（2）閥控密封電池外殼開裂，極柱斷裂，螺絲斷裂，失水，漏液，脹氣，不可逆硫酸鹽化（充不進(jìn)電，放不出電），電池內(nèi)部短路，氣閥質(zhì)量不好，自放電效率高（3）固定式電池外殼開裂，失水率高，結(jié)冰凍裂（電液濃