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隨著光伏組件制造工藝的成熟和大規(guī)模的生產(chǎn)，產(chǎn)品價格的降低，更多、更大規(guī)模的光伏電站相繼建成投產(chǎn)，然而帶來的問題是光伏組件各類質量問題導致的組件效率的衰減異常、產(chǎn)品質量問題等。

根據(jù)國際電工委員會(IEC)制定的標準(IEC61215和IEC61730等)，通過相關檢測機構認證的光伏組件應當具有25年的生命周期，但是在實驗室內開展的模擬實驗不能充分反映在自然條件下光伏組件的長期表現(xiàn)。

目前常見的光伏組件質量問題包括組件破裂、熱斑、主柵線氧化、接線盒腐蝕、封裝材料脫層、背板開裂和閃電紋、蝸牛紋等。

在對光伏電站開展技術監(jiān)督工作過程中，通過目視檢查和檢測報告的查閱分析，發(fā)現(xiàn)近些年越來越多的光伏電站的光伏組件出現(xiàn)形如蛛網(wǎng)，亦或是電池柵線熔點相連如線縱橫的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被形象的稱為閃電紋；以及寬如手指的暗色線條又被稱為蝸牛紋。

通過對這一類出現(xiàn)閃電紋和蝸牛紋的光伏電站，進行歸類比較，發(fā)現(xiàn)多數(shù)出現(xiàn)閃電紋和蝸牛紋的光伏電站所使用的光伏組件，為安裝使用超過5年以上的多晶硅電池組件比例較多，而這其中所有的案例無一例外的全部為單玻光伏組件。

閃電紋和蝸牛紋僅僅影響了組件的外觀，還是另有其它問題？同時造成這種現(xiàn)象的成因則又和什么有關呢？


光伏組件蝸牛紋最早是由德國哈默爾恩太陽能研究院(ISFH)的Marc Koentges在2004年提出的，在國外被稱之snail trails或snail tracks。

2012年光伏行業(yè)國際雜志Photon報道，世界范圍內的組件生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品中均出現(xiàn)過蝸牛紋現(xiàn)象。

在國內，蝸牛紋同樣困擾著光伏組件制造廠商和業(yè)主單位。據(jù)報道，2013年8月，新疆某50MW光伏電站出現(xiàn)批量蝸牛紋現(xiàn)象，其中蝸牛紋組件覆蓋占比75%；2014年山東某250MW光伏電站30%組件出現(xiàn)蝸牛紋現(xiàn)象。

2016年6月3日，一段質疑并譴責中國某公司供應組件出現(xiàn)蝸牛紋問題的視頻上傳至Youtube網(wǎng)站，引起光伏制造行業(yè)和光伏發(fā)電企業(yè)的軒然大波。然而不管是蝸牛紋還是閃電紋，對光伏組件的功率以及使用壽命的影響，研究者們目前并沒有統(tǒng)一的結論，這也使得關于蝸牛紋的問題的爭議持續(xù)不斷，開展正常組件和蝸牛紋組件的功率衰減比對實驗，結果見表1。


由表1可以看出，蝸牛紋組件的功率衰減與正常組件的差別很小，對于使用1年的組件，蝸牛紋組件的平均衰減有可能還不及部分正常組件的基本光衰減率。

另外JipengChang等通過測定光伏組件最大功率以及對應的最大電壓和和最大電流，比對發(fā)現(xiàn)蝸牛紋引起的功率損失為6%，結果見表2。


由表2可以看出，對應未出現(xiàn)蝸牛紋的組件功率損失為3.43%，可以認為是正常的性能衰減，而出現(xiàn)蝸牛紋后的組件效率損失為9.44%，扣除光伏組件基本衰減后，可以得到由蝸牛紋所引起的功率損失大約為6%。

AlbertoDolara等通過為期22天的實驗，測定了4塊蝸牛紋組件的功率變化，與通用條件下的正常組件進行大量對比之后確定蝸牛紋引起的功率損失范圍為14%-35%。

以上情況表面蝸牛紋組件的功率衰減并未完全決定于其隱裂的嚴重程度，但是蝸牛紋會加速光伏組件的功率衰減和材料老化，對比發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)蝸牛紋的光伏組件的最大電流下降明顯大于無蝸牛紋的光伏組件。


不同的文獻針對蝸牛紋的成分均進行探究。有研究認為蝸牛紋的主要成分是單質銀(Ag)。

有研究證明了蝸牛紋是碳酸銀(Ag2CO3)和硅片中的微孔陣列共同作用的結果。

有研究則指出蝸牛紋是碳酸銀(Ag2CO3)和乙酸銀(AgC2H3O2)的混合物，并且成分中的乙酸銀(AgC2H3O2)是是蝸牛紋呈現(xiàn)可見狀態(tài)的引發(fā)因素。

那么組件受到背板與邊框硅膠的保護，電池片是如何被氧化的呢？在對出現(xiàn)蝸牛紋的組件進行分析時我們發(fā)現(xiàn)，紋路一般都伴隨著電池片的隱裂出現(xiàn)，在EL成像中能夠清楚看到出現(xiàn)蝸牛紋組件中的電池片隱裂。

雖然這種隱裂對于組件的功率衰減似乎并無大的影響，但是電池片的隱裂本身就對發(fā)電功率有影響，會使得電流不能從印刷電極柵線流向匯流條。蝸牛紋組件EL成像對比見圖2。


在對出現(xiàn)蝸牛紋的組件進行分析時我們發(fā)現(xiàn)，紋路一般都伴隨著電池片的隱裂出現(xiàn)，在EL成像中能夠清楚看到出現(xiàn)蝸牛紋組件中的電池片隱裂。

雖然這種隱裂對于組件的功率衰減似乎并無大的影響，但是電池片的隱裂本身就對發(fā)電功率有影響，會使得電流不能從印刷電極柵線流向匯流條。

據(jù)報道，如果裂痕達到電池表面積的8%，就將對其產(chǎn)出產(chǎn)生不良影響，如果電池斷裂部位達到12%，產(chǎn)出相對斷裂區(qū)域則出現(xiàn)線性下降。
國外有文章指出蝸牛紋的出現(xiàn)與水汽有關，尤其是從背板透過的水汽，通過EVA膠膜后從隱裂處滲過，在電池片表面富集，造成銀漿氧化，形成黑色紋路。

而實驗室將隱裂的電池片層壓，不用背板封裝，將組件放入濕熱老化箱中，無法重現(xiàn)蝸牛紋，可見蝸牛紋的出現(xiàn)不僅僅與水汽的單方面作用有關。

那么是否與EVA膠膜的關系較大。EVA膠膜配方中包含交聯(lián)劑，抗氧劑，偶聯(lián)劑等助劑，其中交聯(lián)劑一般采用過氧化物來引發(fā)EVA樹脂的交聯(lián)，由于過氧化物屬于活性較高的引發(fā)劑，如果在經(jīng)過層壓后交聯(lián)劑還有較多殘留的話，將會對蝸牛紋的產(chǎn)生有引發(fā)和加速作用。

那么蝸牛紋的出現(xiàn)是一個綜合的過程，EVA膠膜中的助劑、電池片表面銀漿構成、電池片的隱裂以及體系中水份的催化等因素都會對蝸牛紋的形成起促進作用，而蝸牛紋現(xiàn)象的出現(xiàn)也不是必然，而是有它偶然的引發(fā)因素，這也解釋了同一批次組件中不是所有的組件都必然出現(xiàn)的現(xiàn)象。

閃電紋則對應另外一種缺陷，如用EL檢測光伏組件，便可發(fā)現(xiàn)在閃電紋的部位發(fā)生電池片隱裂，紋路是吻合的。

而一般發(fā)生隱裂的部位，在戶外陽光曝曬時發(fā)生熱斑，導致出現(xiàn)隱裂的電池片及周邊的密封材料發(fā)熱，電池片銀柵線燒熔，形成閃電紋。這種隱裂的組件并不是戶外曝曬就一定出現(xiàn)閃電紋的情況，而因漿料問題或印刷問題再層壓封裝的組件，出現(xiàn)閃電紋的概率較大。
參考某光伏電站使用的批次為2013年12月份、2014年1-3月份和7-8月份生產(chǎn)的光伏組件，在2000塊組件中有800塊組件出現(xiàn)閃電紋，占比40%以上。

通過研究資料顯示，主要產(chǎn)生的原因有以下三點：

1. EVA交聯(lián)度太低，或不均性過大，導致在戶外使用的時候，因為戶外天氣環(huán)境的原因，使得EVA與背板的收縮不一致，造成電池片應力差異，達到一定受力強度，導致電池片隱裂，進而在光照過程中產(chǎn)生熱斑，局部的熱斑過熱造成柵線出現(xiàn)熔斷或閃電紋；

2. EVA交聯(lián)度交聯(lián)反應在封裝后持續(xù)交聯(lián)，產(chǎn)生硫、氧，與電池片柵線中的銀反應，進一步加速柵線老化并出現(xiàn)閃電紋；

3. 電池片隱裂，發(fā)生隱裂的部位在光強照射下，發(fā)生熱斑，以及隱裂或進一步的裂片造成電池片形成負載狀態(tài)，加速熱量的積累。

如何及時發(fā)現(xiàn)和應對策略

光伏的技術監(jiān)督一直對于光伏組件熱斑和開展熱斑檢查和熱斑治理非常重視，在技術監(jiān)督相關標準中也明確光伏電站開展熱斑檢查的管理要求和技術要求，光伏電站嚴格執(zhí)行熱斑檢查并記錄熱斑情況，建立熱斑組件臺賬，根據(jù)熱斑情況進行分析判斷，必要的時候補充進行EL測試判斷其內部故障，防止熱斑的情況造成對光伏組件EVA和背板材料熱膨脹導致電池片受到不同程度的機械應力，進而產(chǎn)生隱裂，以及加速背板材料和EVA材料的老化，造成水汽的進入和柵線的氧化。

在后續(xù)光伏組件更換采購時，考慮購買使用聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或聚烯烴彈性體(POE)代替EVA封裝材料的光伏組件。

也可以使用雙玻組件，雙玻組件是一種正反面均為鋼化玻璃封裝的光伏組件，相對于單玻加背板的光伏組件，在組件機械載荷強度，抗水汽進入，抗誘發(fā)電勢衰減(PID)，防止背板劃傷等方面均有顯著效果。

蝸牛紋現(xiàn)象作為一種世界范國內廣道業(yè)主詬病的組件質量問題，目前正在受到科研院所和生產(chǎn)廠商的高度關注。

研兗者們對于其組成成分提出了Ag、Ag2CO3和AgC2H3O2等多種看法,對于這些成分的確定雖然有相關文獻成果進行報道,但是關于其具體的形成機理仍然缺少深入的探索和證明。

在防治蝸牛紋方面，銀柵線與各類活性物的化學反應是蝸牛紋形成的核心。

針對這些化學反應,可通過以下方式抑制蝸牛紋的產(chǎn)生：改進封裝材料以減小電池組件隱裂、控制添加劑含量、根除乙酸的產(chǎn)生(替換EVA)。
而雙玻組件的推廣則在減少組件隱裂、防止水汽入侵光伏組件，防止電池片柵線氧化等方面具有一定優(yōu)勢。實際上，將這兩者結合起來,應當可以獲得更好的蝸牛紋防治效果。

目前，在國家加快實現(xiàn)低碳發(fā)展的進程中，加速擴大的光伏系統(tǒng)建設規(guī)模成為收府實現(xiàn)承諾的保障之一，力爭用100GW的巨額指標將2030年的碳排放下將60％~65%(相比2005年)。而蝸牛紋課題作為光伏組件一個“痛點”向題，仍然處于探索階段。探索這一難題的解決方案具有科研價值和經(jīng)濟效益。

原標題：光伏組件蝸牛紋、閃電紋對使用壽命的影響