Return to site

颱風對太陽光電系統的影響
-模組強度問題

承接前篇颱風對太陽光電系統的影響-基礎與支架問題

 

模組強度問題

模組強度的問題比支架更加複雜,主要決定於玻璃、鋁框與電池片易碎程度。
玻璃
目前模組廠都使用3.2 mm強化玻璃,因此各家差異不大。早期使用4.0 mm玻璃,模組強度比現在強很多,因為抗彎曲能力與厚度3次方成正比,(4/3.2)3 = 1.95,4.0 mm的抗彎曲能力是3.2 mm的將近兩倍。不過因為模組減重與成本下降的需求,且3.2 mm也可以達到5400 Pa的機械負荷,所以現在已經幾乎沒有人採用4.0 mm玻璃。還好這一次風災比較少看到因為玻璃強度不足造成的嚴重問題,所以使用3.2 mm玻璃強度應該還足夠。不過業界目前正在發展採用2.5 mm甚至2.0 mm玻璃,個人認為這種模組的強度不能再只靠現有鋁框,必須在結構上有更多補強措施,否則又是災難一場。

鋁框

鋁框看似簡單,其實有很多眉角。下圖是鋁框截面示意圖,有三大重點,分別是正面寬度D,側面高度H,底面寬度W。D的寬度不足時,玻璃夾持的深度不夠,會導致玻璃易與鋁框脫離,這次風災中看到很多模組框還在支架上,但是玻璃已經飛走了,多半與玻璃夾持強度不足有關(見下方圖)。

鋁框仍在玻璃脫離

側面高度H與寬度W則決定了支架強度與抵抗變形的能力。前面提過抗彎曲能力與厚度的三次方成正比,所以H越高抵抗彎曲的能力越強。W則與抗彎強度成正比,也有助於提昇模組強度。這一次風災看到很多模組鋁框彎曲變形,甚至斷裂(如下圖),這些缺陷與鋁框強度不足有關。最近有些設計把高度H再往下降低,以減少材料成本與運輸成本,但是這種對強度影響很大,必須注意從其他地方把強度補回來。

模組鋁框變形

為了降低鋁框成本,除了減少高度H與寬度W,還有一個常見做法就是降低鋁框肉厚。肉厚減薄外觀不明顯,所以客戶不太容易注意到。遇到強風時,則會因為應力集中造成安裝孔被撕裂(如下圖)。

安裝孔撕裂

高度H這一面的厚度更常被減薄,一方面它對結構強度影響較小,另一方面客戶也無從量測確認,所以常常變成cost down的犧牲者。這一面厚度減薄雖然對整體結構影響較小,但是遇到集中應力大的時候,很容易造成局部變形或甚至撕裂(如下圖)。

鋁框側面撕裂

另外一個比較少被注意到的問題是邊角的強度。鋁框邊角通常以L-key把鋁框長短邊固定住,而隨著鋁框成本降低,L-key的厚度也越來越薄,導致邊角的強度也越來越低。下圖可以看到這疊風災受損的模組,有很多邊角都開裂了,顯示邊角的強度不足。

模組邊角開裂
3.3 電池片易碎程度
模組受風壓時會產生變形,在實驗室中5400 Pa的壓力可以讓模組中央產生高達5~10公分的變形。如果模組的強度設計相近,變形量大致上差不多,接著就要比電池片易碎程度。電池片易碎程度決定於電池片本身的材質,也決定於模組生產中串焊造成的暗裂與內應力程度。下圖是我們在颱風過後用EL評估的一個案場,左上角模組受外力撞擊玻璃破裂,電池片也幾乎全碎。但是其他三片外觀完全沒有異狀的模組竟然也有電池片破裂,可以看出模組受到外力時,也有可能造成電池片嚴重破裂。而電池片的易碎程度就決定了功率衰減的程度。
風災後系統EL評估

綜上所述,在不同階段各有很多強度問題需要特別注意,只要特別注意這些問題,太陽光電系統是不怕颱風的。目前在支架方面還沒有看到供應商有特別的因應措施,但是有成精密(模組廠)已經在10月PV Taiwan展覽中推出「颱風系列」模組,反應速度之快值得嘉獎。特別向有成精密瞭解了一下颱風系列的具體設計,徵得有成精密同意在此也評論一下此產品。

颱風系列有三大特色:1. HeatCap cell防隱裂,2. 外L-key設計增加邊角強度,3. 鋁框強度增強。
 

據了解HeatCap是在電池片背面塗上特殊材料增加電池片抗隱裂的能力,從有成精密提供的工研院測試資料看起來確實有些效果,特別是針對單晶電池片隱裂容易快速成長的特性,HeatCap可以阻止隱裂分裂、成長,讓模組即使在大變形的情況下,產生的隱裂也比一般模組少。下圖的對照組是電池片沒有塗特殊材料的模組,在受外力的狀態下,一旦有隱裂就快速分支造成嚴重破裂,這種隱裂快速成長單晶電池片的特性。上圖抗颱風模組測試後也有一些隱裂,但是卻沒有嚴重分支破裂,從這裡可以看出特殊塗料的效果。

工研院測試資料(有成精密提供)

第二個特色外L-key設計則解決了前述模組鋁框邊角開裂的問題。下圖中局部放大了模組邊角,可以看到鋁框邊角有一小塊方形顏色略與邊框不同,那就是外L-key。一般的L-key寬度只有2 cm左右,但是有成精密的外L-key中央則做到與鋁框同寬,也就是有4 cm寬,強度當然遠高於一般L-key。

有成颱風系列(有成精密提供)
內L-key(左)與外L-key(右)比較 (有成精密提供)

另外在鋁框強度部份,鋁框底面的寬度W加寬至50 mm,鋁框肉厚也比一般模組厚,這些都使鋁框強度比一般模組更強。這三大特性加起來,確實讓這個颱風系列大大增強抗颱能力。
不過小小問題是成本也增加了一些,據了解這個模組價格大約會比一般模組每瓦高個幾美分。當然這也是可以理解的,品質向來不是免費的,當你要求更高強度的同時,也要多付出一些成本,但是可以給客戶更多的保障,怎麼選擇就留給各位去取捨了。

※本文轉載自 太陽能五四三

All Posts
×

Almost done…

We just sent you an email. Please click the link in the email to confirm your subscription!

OKSubscriptions powered by Strikingly