DQZHAN訊：隱藏在光伏電站品質(zhì)背后的隱形元兇
劣質(zhì)EVA膠膜引發(fā)大批電站組件出現(xiàn)蝸牛紋問題
2014年11月的西北某地，20兆瓦的光伏電站施工現(xiàn)場一片火熱，**技術(shù)官張總監(jiān)深呼一口氣：馬上10兆瓦裝機就要并網(wǎng)成功了，今年的進度應(yīng)該不會落后了。突然，一個電話打過來：“張總，你過來看看，情況緊急?！彬?qū)車趕到現(xiàn)場之后，現(xiàn)場的情況令張總目瞪口呆，只見電站組件大面積出現(xiàn)斑駁的花紋，似蝸牛爬行過一般。技術(shù)出身的張總監(jiān)本身十分注重電站品質(zhì)，此批組件全部采購的全球知名品牌廠商提供的組件。還未建成并網(wǎng)的組件就出現(xiàn)這樣的品質(zhì)問題，張總不由得心急如焚。進一步調(diào)查電站情況，發(fā)現(xiàn)問題更加嚴重，總計6000多片組件爆發(fā)此類狀況，也就是未建成的電站32%的組件出現(xiàn)此類問題，建設(shè)成功的電站運營1年的，粗略估計46%的組件爆發(fā)此類問題。（以上人物名字為虛構(gòu)，根據(jù)真實案例改編）
那么，問題就來了，蝸牛紋是如何爆發(fā)的，對電站運營又會帶來哪些影響，今天我們就從組件生產(chǎn)封裝來解釋蝸牛紋的來世今生。蝸牛紋通常意義上的概念：太陽能組件經(jīng)過一段時間（半個月或者幾年）的暴曬，無需并網(wǎng)組件表面就開始局部出現(xiàn)色變，一個手指粗的的狹窄交錯的暗線出現(xiàn)在組件的表面，從而造成外觀嚴重瑕疵。經(jīng)過筆者對國內(nèi)多家光伏電站的調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)蝸牛紋爆發(fā)的區(qū)域廣泛（從海南到新疆），溫度系數(shù)相差甚大，裝機時間（1個月-25年）先后都沒有明顯的差異，也就是說，蝸牛紋的爆發(fā)，貫穿著整個電站生命周期的問題。而且在25年組件使用壽命之內(nèi)，業(yè)主都要戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢的考慮組件爆發(fā)蝸牛紋的風(fēng)險。
幾乎所有的組件制造商都告訴電站運營方，組件蝸牛紋只是伴隨隱裂而發(fā)生，對組件的發(fā)電效率沒有影響。理由基本類似：1）蝸牛紋是因為電池片柵線表面的銀與EVA相互微量反應(yīng)產(chǎn)生的，其不影響柵線導(dǎo)電，也不會造成光線遮擋，因此不會影響組件功率輸出。2）蝸牛紋與電池片隱裂相對應(yīng)，如果隱裂未造成電池片上局部面積的缺失就不會影響電池片的功率。目前對產(chǎn)生蝸牛紋的組件進行測試，也的確沒有發(fā)現(xiàn)大幅度的組件效率下降。真是這樣嗎？
我們看一下歐洲*權(quán)威的太陽能認證檢測機構(gòu)之一：德國PIBerlin（德國普德光伏研究所）專題研究了光伏組件蝸牛紋（柵線腐蝕）問題的報告。下圖中：圖一、圖二、圖三、分別為低隱裂率、高隱裂率、以及無隱裂的組件，它們都出現(xiàn)了蝸牛紋現(xiàn)象。由此可見，蝸牛紋并非是由于隱裂產(chǎn)生的，而是由于EVA對電池柵線腐蝕而出現(xiàn)的，而隱裂會加劇蝸牛紋的產(chǎn)生速度與數(shù)量。
PIBerlin同時針對上述三類組件進行了功率損失測試，以判斷蝸牛紋對組件功率衰減方面的影響，測試結(jié)果如下表：
結(jié)果表明，低隱裂率以及無隱裂的蝸牛紋組件，其組件功率都會出現(xiàn)一定幅度的衰減----如6.5%的衰減；而隱裂率高的蝸牛紋組件，其功率衰減甚至?xí)_到19%。由此可見，組件出現(xiàn)蝸牛紋對于其功率及發(fā)電性能是有明顯影響的。
那么，我們就需要分析一下組件用的EVA封裝膠膜的性能與產(chǎn)生蝸牛紋之間的聯(lián)系。
EVA樹脂的正式名稱為乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，光伏組件用的EVA中的醋酸乙烯酯含量通常在28-33%。酯作為一種常見的化學(xué)鍵有一個*基本的性能，在有水的情況下會分解成酸和醇。
在光伏組件中慢慢積累的醋酸就變成了大部分光伏組件質(zhì)量問題的重要誘因。日本Chemitox實驗室將電池片浸泡在一定濃度的稀醋酸溶液中觀察銀柵線的變化，發(fā)現(xiàn)醋酸可以逐步將電池片表面的銀柵線腐蝕變窄。而隨著銀柵線的變窄，組件的發(fā)電效率逐漸下降。目前大部分組件廠自行模擬的蝸牛紋實驗采用暴曬實驗，將正負極用二極管連接，實驗周期很少有超過一年的。而使用快速模擬的測試會使在85%濕度85℃環(huán)境下用外接電壓或電流的方法模擬實際發(fā)電時的測試，也很少有超過1個月的。這些實驗是否能真正說明實際問題，尚無定論，而醋酸腐蝕銀線*終會導(dǎo)致光伏電池發(fā)電效率下降是一個確定的現(xiàn)象。
EVA樹脂中是否產(chǎn)生產(chǎn)生醋酸和生產(chǎn)方式、配方有很大的關(guān)系。EVA在加工過程中易降解，所以加工方式要盡量做到緩慢。如下圖，擠出過程中的螺桿擠出機擠出過程十分重要，如果發(fā)生EVA樹脂的降解就會發(fā)生在這個階段。
一些EVA膠膜制造商成為了從成本考慮使用擠出量大的雙螺桿擠出機并使用計量泵控制擠出量，擠出機中剪切大容易有死角，是非常冒險的做法。而另一些工廠使用小車拉大馬的方式，單螺桿擠出機匹配過小，擠出時的轉(zhuǎn)速過高，導(dǎo)致EVA樹脂受到的剪切過大，也是容易造成EVA降解的原因之一。比較合理的做法是使用大直徑的單螺桿擠出機，低轉(zhuǎn)速加工，使EVA樹脂均勻的受熱融化，整個過程盡量少的受到剪切。EVA本身的配方也是非常重要，如何降低EVA膠膜在使用中產(chǎn)生酸的速度也是技術(shù)關(guān)鍵之一。單純提高電阻率只是表面現(xiàn)象。由于PID衰減與EVA膠膜中的酸含量也有密切的關(guān)系，所以PID表現(xiàn)優(yōu)異的EVA膠膜同樣在抗蝸牛紋方面也會表現(xiàn)優(yōu)異。
筆者咨詢海優(yōu)威公司的市場總監(jiān)全楊先生，其表示目前蝸牛紋與PID衰減極已成為光伏電站的質(zhì)量殺手，海優(yōu)威自成立起就從EVA配方優(yōu)化方面做了深入研發(fā)，避免了EVA膠膜腐蝕銀柵線而導(dǎo)致蝸牛紋現(xiàn)象，因此，海優(yōu)威至今幾乎未收到任何有關(guān)組件蝸牛紋方面的投訴。但由于過去幾年激烈的市場競爭，導(dǎo)致許多電站投資者以及組件制造商往往偏愛從低價入手，不愿意采用質(zhì)量更好的EVA產(chǎn)品，哪怕只是每瓦多了三分錢的成本。目前行業(yè)內(nèi)大多數(shù)客戶所選用的EVA膠膜厚度從*初的0.6mm厚度以上，已降低到0.45mm甚至更低的厚度，使用這些更薄的EVA膠膜封裝組件會大幅度增加電池的隱裂比率、同時也會減少封裝膠膜對電池的鈍化和保護作用，其非常擔(dān)心由此引起的大規(guī)模光伏電站質(zhì)量問題會直接影響到大批電站投資者的收益、進而影響到整個光伏行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。
根據(jù)國家能源局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2014年上半年，中國新增光伏發(fā)電并網(wǎng)容量332萬千瓦。比去年同期增長約100%，甘肅，新疆，青海累計光伏電站并網(wǎng)容量*多，分別達到445萬千瓦，367萬千瓦和365萬千瓦。自從2013年以來，光伏電站建設(shè)規(guī)模顯著擴大，但是，隨之帶來的一系列電站質(zhì)量問題，特別是組件品質(zhì)問題，越來越突出。高衰減率、PID、蝸牛紋組件等頻發(fā)質(zhì)量問題正在各類電站不斷蔓延。第三方檢測機構(gòu)北京鑒衡認證中心副主席紀(jì)振告訴記者：“對國內(nèi)32個省市，容量3.3GW的425個包括大型地面電站和分布式電站所用組件檢測發(fā)現(xiàn)，光伏組件主要存在熱斑，衰減，隱裂，蝸牛紋等一系列問題”。甘肅某電站，抽檢更是發(fā)現(xiàn)高達60%的光伏組件功率出現(xiàn)明顯衰減。業(yè)內(nèi)分析表示，通常而言，組件光電轉(zhuǎn)換效率年均衰減應(yīng)該控制在0.8%以內(nèi)，然而上述組件衰減已經(jīng)遠遠超過這一范圍。
作為保障光伏組件品質(zhì)的重要的輔材，劣質(zhì)EVA在組件蝸牛紋，功率衰減中起著不容忽視的作用，在山東，鹽城等光伏電站實際使用反饋過來的報告顯示，采用劣質(zhì)EVA的組件*早3個月內(nèi)就出現(xiàn)明顯的功率衰減，鹽城某電站在1年以內(nèi)的功率衰減更是高達60%。筆者認為盡管使用劣質(zhì)EVA減少了每瓦三分錢的裝機成本，但卻同時大幅度減少了電站的使用年限，導(dǎo)致電站在運行初期就發(fā)生明顯衰減，甚至提前導(dǎo)致電站提前報廢。電站的投資商應(yīng)該重視光伏組件使用材料的BOM清單，選擇更加可靠的封裝材料，加強針對選用組件的質(zhì)量管控，從而降低電站度電成本，以保障光伏電站的長期穩(wěn)定運營和收益。
