中國儲能網(wǎng)訊：摘要：本文通過分析光伏組件表面發(fā)生白色線條的成分和通過靜電放電模擬白色線條的產(chǎn)生過程，討論白色線條的可能產(chǎn)生原因和避免方式。
關(guān)鍵詞：光伏組件，白色線條，靜電紋，閃電紋
背景
光伏組件在生產(chǎn)過程中,偶爾會在電池片的表面出現(xiàn)白色線條,導(dǎo)致整個組件降級。有些白色線條，如光伏電池片、玻璃在層壓前的機(jī)械性損傷，會造成諸如電池片劃傷（圖1）、玻璃劃傷（圖2）和玻璃磨損（圖3）等白色線條。這類線條通過肉眼容易辨別，并且在組件層壓前就可以被發(fā)現(xiàn)，因此生產(chǎn)過程中防范也比較容易。而另一種白色線條并非機(jī)械損傷造成，外觀形式閃電，往往在末端還會開叉、分支（圖4）。其在層壓前沒有任何的朕兆，只有在層壓后才會被發(fā)現(xiàn)。而且往往換了一批EVA膠膜后，該現(xiàn)象就不再出現(xiàn)，所以組件廠一般會把這個問題歸咎于EVA膠膜工廠的生產(chǎn)質(zhì)量問題。而EVA膠膜廠因?yàn)榕浞健⑸a(chǎn)工藝沒有任何更改，所以也無從防范該現(xiàn)象的再次發(fā)生。當(dāng)出現(xiàn)組件發(fā)生類似質(zhì)量問題時，組件廠往往要求EVA膠膜廠收購出現(xiàn)白線的組件來解決，但實(shí)際的原因雙方并沒有查清。
圖1 電池片劃傷
圖2玻璃劃傷
圖3 玻璃磨損
圖4 靜電紋
國外有些公司把此現(xiàn)象稱為靜電紋，但是否真是靜電造成，未見國內(nèi)有企業(yè)實(shí)際模擬白色線條的發(fā)生過程。眾所周知，EVA樹脂是電的不良導(dǎo)體，由于其優(yōu)秀的絕緣性能，被大量的用于電線電纜的絕緣。同時又由于高VA含量的EVA透明度高，使其能夠大量的被用于太陽能光伏組件的封裝。通過近幾年技術(shù)的不斷升級，EVA膠膜的體積電阻率從早期的1013歐姆厘米逐漸提升到了目前的1014到1015歐姆厘米。EVA膠膜的體積電阻率其是與白線有關(guān)？白色線條往往出現(xiàn)于夏季，其是否和空氣的濕度有關(guān)？
白色線條的成分分析
在模擬組件白線發(fā)生前，海優(yōu)威首先對白線發(fā)生的部位進(jìn)行成分分析。首先對白線的位置取樣。過程是先破壞組件，將電池片和EVA膠膜從玻璃上剝離。對有白線的部位進(jìn)行取樣并封閉在環(huán)氧樹脂中，在-135℃下切片，用光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、能譜分析、紅外光譜等分析手段檢查是否在白線中含有雜質(zhì)或者其它非EVA材料。
圖5 取樣
圖6制樣
用電子顯微鏡（圖7）檢查，在白線的位置沒有發(fā)現(xiàn)可辨識的雜質(zhì)。使用能譜分析，也沒能在白線位置發(fā)現(xiàn)任何含有金屬元素或者其它成分的無機(jī)物（圖8）。
圖9 作紅外分析處的電鏡照片
圖10 圖9位置的紅外圖譜
從紅外圖譜（圖9、圖10）看，白線部分的取樣只有EVA樹脂（NE280PV）和硅（光伏電池片成分）的吸收譜，可以說明在取樣的白線位置沒有其它的有機(jī)雜質(zhì)。
從以上的分析可以說明，白線部位的成分依然是EVA樹脂或者極大部分的成分是EVA樹脂，沒有或者幾乎沒有無機(jī)或者有機(jī)的雜質(zhì)。
EVA膠膜靜電實(shí)驗(yàn)?zāi)M
在EVA膠膜的生產(chǎn)和裁切過程中會有靜電積聚，當(dāng)電荷數(shù)量大時偶爾會以靜電電弧的形式放電。海優(yōu)威實(shí)驗(yàn)室通過靜電發(fā)生設(shè)備產(chǎn)生靜電并直接將靜電電弧釋放到EVA膠膜表面上，以此模擬EVA膠膜表面靜電釋放的過程和觀察靜電釋放后可能帶來的后果。
本實(shí)驗(yàn)采用J2310式感應(yīng)起電機(jī)，如圖11和圖12。當(dāng)兩個起電盤快速旋轉(zhuǎn)時，在兩個放電球部聚集電性不同的電荷，將EVA膠膜置于其中部，以便模擬放電過程。
在靜電釋放實(shí)驗(yàn)中，首先觀察放電后的膠膜表面變化，再以玻璃-EVA膠膜-電池片-EVA膠膜-背板的結(jié)構(gòu)按太陽能光伏組件的常規(guī)工藝進(jìn)行層壓，觀察其正面的變化。實(shí)驗(yàn)使用的靜電電壓與實(shí)際情況中一樣是無法控制的。本實(shí)驗(yàn)對比了兩個變量，比較其可能對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。
使用三種不同體積電阻率的EVA膠膜，觀察體積電阻率是否影響白線的產(chǎn)生；
同一種體積電阻率的EVA膠膜，用不同的相對濕度對其進(jìn)行處理，觀察白線的產(chǎn)生是否有不同。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
1）靜電釋放后，在EVA膠膜的表面都沒有發(fā)現(xiàn)明顯的痕跡。此可能是由于EVA膠膜表面壓花后，導(dǎo)致表面發(fā)白而無法觀察到膠膜表面是否有發(fā)白的變化。
2）將EVA膠膜按光伏組件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行層壓，發(fā)現(xiàn)所有的膠膜都有白色線條出現(xiàn)。
以上實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是靜電以電弧形式釋放后都會在層壓后的EVA膠膜中發(fā)現(xiàn)有白色線條。是否產(chǎn)生白色線條與EVA膠膜的體積電阻率和所處環(huán)境的相對濕度似乎關(guān)系不大。在本實(shí)驗(yàn)的濕度范圍和處理時間范圍中，層壓后的試樣均產(chǎn)生了白色的線條。
白色線條發(fā)生機(jī)理分析和防范
EVA膠膜是電的絕緣體，其和任何絕緣體摩擦后會產(chǎn)生靜電。靜電的電壓可以達(dá)到很高，在積累到一定的程度后，其會以電弧形式直接釋放電荷。靜電的釋放會在EVA膠膜中瞬間產(chǎn)生短路而導(dǎo)致了瞬間的高溫，而高溫正是EVA膠膜交聯(lián)的誘因。因其在很微小的范圍內(nèi)可能達(dá)到很高的溫度而導(dǎo)致EVA膠膜中的過氧化物劇烈反應(yīng)留下痕跡，或者是EVA樹脂被電荷擊穿導(dǎo)致類似電纜絕緣層被擊穿后留下的樹枝狀痕跡。其既可能是在非常微小范圍內(nèi)發(fā)生的劇烈交聯(lián)，其也可能是過氧化物直接分解，其也可能是EVA樹脂被擊穿后留下了擊穿的痕跡?？傊?，該痕跡在組件層壓EVA樹脂經(jīng)過融化而變成全透明后，在藍(lán)色或者黑色的電池片上非常明顯的顯現(xiàn)出來。這種白色線條明顯的特征是形狀類似于閃電、有分叉，大小不一。
如果以上分析的原因正確，要避免EVA膠膜中白色線條的出現(xiàn)，就要盡量避免EVA膠膜表面靜電的積累。而EVA膠膜在生產(chǎn)和使用中均會與其它絕緣體接觸而產(chǎn)生靜電。。
EVA膠膜在生產(chǎn)過程中有兩種收卷方式，摩擦收卷和中心收卷。摩擦收卷使用一個橡膠輥與EVA膠膜同步把EVA膠膜送到紙管芯上。由于橡膠輥是帶電機(jī)的主動輥，所以EVA膠膜和橡膠輥是同步的，所以盡管該收卷方式的名稱中有“摩擦”兩個字，實(shí)際上EVA膠膜和橡膠輥之間的摩擦并不嚴(yán)重。另外由于該種收卷方式得到的膠膜收卷比較松，所以已收好的EVA膠膜層與層之間的摩擦也非常少。另一種收卷方式是中心收卷，其使用一個金屬輥芯旋轉(zhuǎn)收卷。中心收卷的旋轉(zhuǎn)動力來自于金屬輥芯，所以EVA膠膜容易越收越緊，EVA膠膜層與層之間發(fā)生摩擦而累計(jì)靜電電荷。有些中心收卷的設(shè)備在金屬輥芯前有一個橡膠的展平輥，該輥為被動輥，完全依靠EVA膠膜帶動，此處是一個比較容易產(chǎn)生靜電的部位。以上兩種方式，從原理上講，中心收卷更容易產(chǎn)生靜電。
在EVA膠膜的裁切過程中，EVA膠膜也容易積累靜電。如果裁切過程中使用了橡膠輥?zhàn)鳛檫^渡的被動輥，其會大量的在EVA膠膜表面產(chǎn)生電荷積累。同時如果裁切機(jī)的平臺使用玻璃，此位置也是一個容易電荷積累的場合。一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的自動裁膜機(jī)由于采用了數(shù)量不少的橡膠輥?zhàn)鳛檎蛊健⑦^渡等目的，其比結(jié)構(gòu)簡單的裁膜機(jī)更容易在EVA膠膜上引起靜電荷的積累。從原理上講，使用人工裁切的裁膜平臺由于沒有或者很少有被動轉(zhuǎn)動的橡膠過渡輥，其與自動裁切設(shè)備比較不容易產(chǎn)生靜電電荷積累。
如何避免在EVA膠膜生產(chǎn)和裁切中靜電電荷的積累是防范白色線條出現(xiàn)的有效方法之一。海優(yōu)威通過對生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)和防止EVA膠膜層與層之間的摩擦而有效的防止了白色線條的出現(xiàn)。同時組件廠在EVA膠膜的裁切過程中也應(yīng)有效的避免膠膜和其它絕緣部件的摩擦。
結(jié)束語
由于白色線條嚴(yán)重影響光伏組件外觀，降低了組件品質(zhì)而導(dǎo)致報(bào)廢或者降級，因此在EVA膠膜的制造和裁切過程中應(yīng)盡量避免靜電的積累。如盡量使用摩擦收卷裝置、盡量不使用橡膠展平輥（或者在展平輥后再增加一個金屬輥以釋放電荷）、裁切機(jī)上盡量少用、不用橡膠輥等。
由于光伏組件白色線條的發(fā)生可能還有更多的影響因素，本文未解釋所有的疑問，比如夏天更容易發(fā)生白色線條、白色線條的發(fā)生是無規(guī)律的等等，因此有關(guān)白色線條產(chǎn)生的原因還需要進(jìn)一步研究和分析。
參考資料:
海優(yōu)威實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果
三星道達(dá)爾實(shí)驗(yàn)室分析報(bào)告
