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太陽能板上常見施工造成的缺陷

之前刊出「太陽能板到底能不能踩?」之後,很多人來問邊框能不能踩?搬模組的時候摔到會不會壞?工具掉落在上面會不會造成電池片破裂?…在此以一篇德國研究報告[1]加上我們自己內部測試結果跟大家分享。
 
太陽能板在安裝過程中,經常遇到的外力有以下這些:
其中1~6是不允許發生的,這些情況通常被視為「意外」,一旦發生就要好好檢查模組損傷程度。建議安裝前要做單片模組EL檢查(詳見電站EL檢測),以避免安裝後造成系統功率低下。7~9則是應該盡量避免的情況,但是現實上在安裝現場經常發生。10-11也是應該盡量避免,但事實上難以避免的情況。
為了了解這些狀況對模組造成的影響,國際能源署(IEA)成立了一個工作小組來做這個研究[1]。規劃的測試如下:
測試的模組都是60電池片的標準模組。有趣的是,這個實驗在兩個不同溫度下測試,一個溫度是25°C,另一個溫度是-5°C。先講結論,-5°C的電池片破裂情況都比25°C嚴重,這是因為模組的封裝材料EVA在低溫下比較硬,材料變得沒有彈性而使吸收外力的緩衝作用大幅降低。台灣雖然沒有-5°C這種溫度,但是冬天低於10°C也蠻常見,低溫下施工要特別注意。
模組踩踏的影響
這個實驗用了兩種不同廠牌的模組來做測試,實驗結果如下圖表:
結論如下:
1. 踩模組中央:所有情況都會電池片破裂,兩種溫度,兩種模組都有電池片破裂。
2. 踩邊角:25°C沒有電池片破裂,-5°C兩種模組都有電池片破裂。
3. 踩長邊:25°C沒有電池片破裂,-5°C有一種模組有電池片破裂,另一種沒有。
由此實驗可以歸納出風險最大的是踩模組中央,其次是踩邊角,再其次是踩長邊框。雖然如此,還是要提醒所有安裝者注意,低溫下破裂的機率會上升很多,盡量避免踩踏模組邊角。必要時踩安裝夾具的位置對模組傷害最小。
以上踩模組中央的結果與我們之前所作的測試結果相符(太陽能板到底能不能踩?)。我們也嘗試做踩邊框的測試,結果也與上述測試結果相符(照片如下)。在室溫下踩長邊框、短邊框與邊角都沒有發現電池片破裂。

不過有一個有趣的意外發現,這個模組內有一個空焊的ribbon,在踩踏時ribbon與電池片的接觸變緊密,導電變好使得EL影像也變亮了。但是腳離開之後EL又變暗了(見下方照片),可以看出這個空焊造成的導電不佳是常態,在外力壓迫下才會暫時接觸良好。這種缺陷除了功率較低之外,還會有模組發熱的風險。經過長時間戶外曝曬,ribbon與cell間的電阻會越來越大,造成更嚴重的問題。

工具掉落的影

實驗時將木球墜落到模組上,觀察電池片破裂狀況。木球條件為1515±30g,直徑130±0.2 mm,硬度75±5 grad shore D。測試時木球都在同一個位置撞擊,每次將木球高度升高一些,直到發生電池片破裂為止。模組溫度同樣是25°C與-5°C。測試結果如下:

實驗結論如下:
1. 模組在-5°C下,50cm以內就開始有嚴重電池片破裂,不管掉落在中央或邊角都有。
2. 模組在25°C下,50cm以內就會有輕微電池片破裂。
3. 整體來說,掉在邊緣造成的影響比掉在中央還大。
木球衝擊邊角時,因為邊緣有鋁框支持模組玻璃,受衝擊時無法透過變形吸收撞擊能量,所以內部電池片受損較嚴重。衝擊中央時則相反,模組中央容易有較大變形,吸收了撞擊能量,使衝擊對電池片影響縮小。我們在案場拍攝時經常看到單片電池片嚴重碎裂(如下圖),可能與這種工具掉落造成的缺陷有關。
模組摔落的影響

實驗時將模組單邊撐高後,把支撐架移除讓模組一端自由摔落。實驗分為背面朝上與正面朝上兩種測試,背面朝上測試時模組摔落到下方模組上,模組邊角有保護墊片。正面朝上測試時模組直接落在棧板上(因為大部分模組包裝最下面一片是正面朝上,底下就是棧板)。

實驗結果如下:
1. -5°C比25°C嚴重,在第二種模組差別尤其大。
2. 背面朝上摔落影響比較小,因為下方的模組也是背面朝上,鋁框所圍著的空氣形成氣墊,讓模組落下速度減緩,高度到30cm都還不會造成電池片破裂。
3. 正面朝上摔落的影響明顯較大,高度超過5cm就開始會造成電池片破裂。
總結
看了以上的分析,是否覺得模組比想像中脆弱?其實只要安裝者小心處理,避免在安裝過程中造成模組損傷,正常的安裝並不會出現這些缺陷。但是反過來,案場擁有者應該多注意安裝時工班是否照規矩工作,避免因為安裝失誤而造成自己的損失。完工驗收時,如果能夠加上系統EL檢測,對業主也多一層保障。

參考文獻:

[1] Influence of PV Module Handling on Solar Cell Cracking, ISFH, Hanwha Qcells GmbH, IEA INTERNATIONAL ENERGY AGENCY Task 13 Workshop @ Intersolar 2015, Munich, Germany

※本文轉載自 太陽能五四三

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