Vệt ốc sên trên tấm pin mặt trời: Nguyên nhân và cách phòng ngừa

Một đường màu xám hoặc vàng nâu xuất hiện dọc theo vết nứt tế bào vài tháng sau khi lắp đặt, và mô-đun bị đổ lỗi. Vệt ốc sên thường chỉ là vấn đề thẩm mỹ. Vết nứt bên dưới thì không. Trên dây chuyền sản xuất mô-đun, vết nứt là phần bạn kiểm soát được.

Sản Xuất Mô-đun PV · Độ Tin Cậy & Kiểm Tra Mô-đun · bởi Jerry, Ooitech

1. Vệt Ốc Sên là gì, và không phải là gì

Vệt ốc sên, còn gọi là vệt ốc hoặc vệt giun, là sự đổi màu xám, vàng nâu hoặc sẫm trên mặt trước của mô-đun silicon tinh thể. Nó thường chạy dọc theo một ngón tay lưới bạc, một cạnh tế bào, hoặc đường đi của một vết nứt tế bào. Mẫu cuối cùng đó là nguồn gốc của tên gọi: sự đổi màu lần theo vết nứt giống như một vệt băng qua kính.

IEA PVPS, chương trình hợp tác quốc tế về hệ thống điện mặt trời, mô tả vệt ốc sên là sự đổi màu của lớp kim loại hóa mặt trước và báo cáo rằng nó thường trở nên rõ ràng khoảng ba tháng đến một năm sau khi lắp đặt. Thời điểm thay đổi theo thiết kế mô-đun và môi trường vận hành, đó là lý do hai hệ thống trông giống hệt nhau có thể khác biệt.

Sự phân biệt quyết định hầu hết các tranh cãi thương mại là: vệt nhìn thấy được và lỗi điện bên dưới không phải là cùng một thứ. Hướng dẫn hiện tại của IEA PVPS nêu rằng bản thân vệt ốc sên không có ảnh hưởng trực tiếp được chứng minh đến hiệu suất mô-đun. Điều có thể làm giảm sản lượng hoặc tạo ra nhiệt bất thường là một tình trạng liên quan: vết nứt tế bào tách một vùng hoạt động, ngón tay lưới bị hỏng, mối nối bị lỗi, hoặc sai lệch dòng điện trong một chuỗi con.

Hình 1: Trạm kiểm tra EL nội tuyến trên dây chuyền mô-đun. Màn hình hiển thị hình ảnh điện phát quang, nơi vết nứt xuất hiện dưới dạng đường tối. Vệt ốc sên quan sát ngoài hiện trường thường chạy đúng theo đường đó.

2. Cách Vệt Ốc Sên Hình Thành: Vết Nứt, Hóa Học và Vận Chuyển

Không có nguyên nhân đơn lẻ nào tạo ra vệt ốc sên. Bằng chứng đã công bố chỉ ra một tương tác, và ba điều kiện phải trùng nhau trước khi bất cứ thứ gì trở nên nhìn thấy được.

Bằng chứng hóa học cụ thể hơn lời giải thích phổ biến. Các nghiên cứu kính hiển vi và hóa học đã liên kết sự đổi màu vệt ốc sên với những thay đổi trong hệ thống kim loại hóa bạc. Meyer và các cộng sự đã xác định các hạt nano bạc trong chất đóng gói ngay phía trên các ngón tay lưới bị ảnh hưởng. Peng và các cộng sự đã xác định các hạt nano bạc cacbonat trên các lưới bạc bị đổi màu. Các nghiên cứu khác đã báo cáo bạc axetat, bạc photphat, bạc cacbonat và bạc sunfua trên các mô-đun phơi nhiễm ngoài hiện trường. Fan và các cộng sự đã xác định bạc axetat và đề xuất một cơ chế liên quan đến lưới bạc, oxy và axit axetic gần một vi nứt.

Những phát hiện đó không hợp thành một con đường phổ quát duy nhất, và điều đó quan trọng đối với cách bạn chỉ định vật liệu. Thuật ngữ "vệt ốc sên" mô tả sự đổi màu trông giống nhau về mặt thị giác mà nhiều hơn một tương tác vật liệu có thể tạo ra.

Một kết quả đặc biệt nên thay đổi cách bạn đọc các tuyên bố của nhà cung cấp. Fan và các cộng sự đã mô hình hóa quá trình và chạy các thử nghiệm tăng tốc. Trong kết quả của họ, một vi nứt cùng với một khe hở tế bào đóng vai trò là đường dẫn vận chuyển. Sự truyền oxy qua tấm lưng có ảnh hưởng quan trọng đến sự hình thành bạc axetat. Trong phạm vi truyền hơi nước được khảo sát trong nghiên cứu đó, sự truyền hơi nước không được phát hiện là kiểm soát sự hình thành vệt ốc sên.

Vết nứt là điều kiện tiên quyết phổ biến cho một vệt nứt thẳng hàng, nhưng nó không đủ. Nhiều tế bào bị nứt không bao giờ phát triển thành một vệt có thể nhìn thấy. IEA PVPS xác định sự kết hợp của vật liệu mô-đun, bức xạ UV và nhiệt độ là lý do quan trọng khiến tính nhạy cảm khác nhau giữa các thiết kế mô-đun.

3. Vệt ốc sên, PID và LID: Ba chế độ lão hóa, ba điều khoản

Ba thuật ngữ này bị trộn lẫn với nhau trong các tài liệu đặc tả, và sự nhầm lẫn này rất tốn kém. Chúng có các yếu tố thúc đẩy khác nhau, bằng chứng khác nhau và các điều khoản thử nghiệm khác nhau. Viết một điều khoản chung "không suy giảm" không bao quát đúng bất kỳ điều nào trong số chúng.

Đối với LID và LeTID cụ thể, hành vi phụ thuộc vào công nghệ tế bào và không thể chuyển từ loại tế bào này sang loại tế bào khác. Các đo lường của chúng tôi trên tế bào n-type tiếp xúc mặt sau liên kết hệ số nhiệt độ trạng thái ổn định, động học LeTID và rò rỉ tối với nhau, và kết luận được giới hạn rõ ràng cho tế bào được đo chứ không phải cho họ công nghệ. Nếu bạn mua một tế bào khác, bạn cần dữ liệu của tế bào đó. Chúng tôi trình bày chi tiết hơn về phương pháp đo trong nghiên cứu suy giảm nhiệt độ và LeTID trên tế bào n-type tiếp xúc mặt sau.

Đối với PID, hiệu suất chống suy giảm của chất đóng gói thường được trích dẫn theo IEC TS 62804, và so sánh chất đóng gói trên trang này liệt kê thông số đó cho từng loại màng. Đó là nơi thích hợp để neo một điều khoản PID, vì sự cố được thúc đẩy bởi môi trường điện và độ ẩm mà chất đóng gói phải chịu đựng.

4. Nơi dây chuyền của bạn tạo ra điều kiện tiên quyết: Nứt tế bào

Một vệt ốc sên cần một đường dẫn. Về phía sản xuất, đường dẫn đó là một vết nứt, và các vết nứt đến từ một danh sách ngắn các vị trí. IEA PVPS xác định việc xử lý tế bào, cắt, xâu chuỗi, hàn, xếp lớp, ép laminate, đóng khung và áp lực cơ học cục bộ là các nguồn tiềm năng, và bổ sung đóng gói, vận chuyển và lắp đặt là các nguồn chính sau sản xuất.

Hình 2: Máy ép laminate mô-đun với buồng mở. Ép laminate áp dụng nhiệt và áp suất cho toàn bộ tấm laminate, vì vậy bất kỳ vết nứt nào có mặt khi xếp lớp đều được mang vào mô-đun thành phẩm và không còn rẻ để loại bỏ.

Hai tín hiệu vận hành đáng để theo dõi. Thứ nhất, các mẫu hình vết nứt lặp lại trên nhiều mô-đun thường chỉ ra một cơ chế liên quan đến sản xuất chứ không phải hư hỏng do xử lý ngẫu nhiên. Thứ hai, sự xuất hiện vết nứt một mình không xác định được sự kiện gây ra nó, vì vậy câu hỏi hữu ích không phải là "có vết nứt không" mà là "nó xuất hiện ở giai đoạn nào".

Câu hỏi đó có thể trả lời được nếu bạn kiểm tra ở nhiều hơn một điểm. Ooitech xây dựng kiểm tra EL cho ba vị trí trên dây chuyền, và sự khác biệt về đặc tả giữa chúng là điều cho phép bạn khu trú một vết nứt thay vì chỉ phát hiện nó.

5. EL có thể và không thể chứng minh gì về một vệt

Chụp ảnh điện phát quang là phương pháp đơn lẻ giàu thông tin nhất để quyết định liệu một vệt có thể nhìn thấy có trùng với một vết nứt hay không và liệu có một vùng không hoạt động về điện hay không. Đây cũng là phương pháp thường bị tin tưởng quá mức.

Ảnh EL không phải là một bức ảnh với đạt hoặc không đạt tự động. Dòng điện thuận áp dụng, độ nhạy camera, phơi sáng, lấy nét, ánh sáng xung quanh, nhiệt độ mô-đun và chuẩn hóa hình ảnh đều thay đổi cách ảnh trông như thế nào. IEC TS 60904-13 quy định cách chụp và xử lý ảnh EL, và đưa ra hướng dẫn để giải thích định tính. Một vùng tối có thể chỉ ra một vết nứt, khuyết tật kết nối, phân nhánh hoặc gián đoạn ngón tay. Đọc đúng có nghĩa là đặt ảnh EL bên cạnh ảnh thị giác, thiết kế mô-đun và dữ liệu I-V.

Hình 3: Một trạm EL ngoại tuyến với bàn kính. Vì mô-đun được nạp bằng tay, trạm không bị ràng buộc bởi thời gian takt của dây chuyền, điều này khiến nó trở thành nơi thực tế để kiểm tra lại một mô-đun nghi ngờ hoặc một đơn vị trả lại.

Có hai giới hạn cần được nêu rõ ràng, vì chúng quyết định những gì bạn có thể cam kết với khách hàng. Chụp ảnh EL không thể nhìn xuyên qua khung nhôm hoặc bên dưới hộp nối, vì vậy bất kỳ thứ gì trong những khu vực đó đều phải được kiểm tra trước khi đóng khung. Và chụp ảnh EL không nói lên điều gì về hóa học của một vệt; nó cho thấy hậu quả điện, không phải phản ứng gây ra sự đổi màu.

Khi câu hỏi chuyển từ "có vết nứt không" sang "nó đã khiến chúng ta tốn bao nhiêu công suất", EL không còn là công cụ phù hợp nếu dùng một mình. Đo I-V cung cấp con số đó, và hai kết quả nên được so sánh theo mã vạch từng module để dữ liệu điện của một module và hình ảnh của một module luôn được liên kết. Quy trình đo được trình bày trong cách đo chính xác đường cong I-V của một module quang điện mặt trời, và các quyết định bố trí trạm được đề cập trong Kiểm tra EL cho tấm pin mặt trời: thiết lập inline so với offline.

6. Giảm thiểu rủi ro vệt ốc sên trong vật liệu và quy trình

Nếu bạn không thể loại bỏ mọi vết nứt, đòn bẩy tiếp theo là hóa học. Đó là lúc lựa chọn chất đóng gói và tấm lưng bước vào cuộc thảo luận, và cũng là nơi một số tuyên bố phổ biến cần được định lượng rõ ràng.

Hình 4: Màng đóng gói. Màng là lớp mà lưới bạc thực sự nằm áp vào, vì vậy công thức và phụ gia của nó quyết định những loại phản ứng nào có sẵn gần lớp kim loại hóa.

Trong các module dựa trên EVA, sự xuống cấp có thể tạo ra axit axetic, và axit axetic là một trong những loại được cho là có liên quan đến các sản phẩm phản ứng chứa bạc. Chuyển sang chất đóng gói dựa trên polyolefin có thể loại bỏ con đường khử acetyl của EVA để tạo axit axetic. Đây không phải là sự đảm bảo phổ quát chống đổi màu: độ bám dính, phụ gia, điều kiện ép laminate, độ ổn định quang học, tính chất điện và khả năng tương thích giao diện lâu dài vẫn phải được đánh giá như một hệ vật liệu hoàn chỉnh.

So sánh chất đóng gói được công bố trên trang này liệt kê các thông số liên quan đến quyết định này, và chúng đáng được đọc như một bộ.

Lựa chọn tấm lưng cũng cần được xử lý tương tự, và ở đây bằng chứng rất dễ bị bỏ sót. Các nghiên cứu về phụ gia lá polymer đã chỉ ra rằng phụ gia trong chính lá có thể kích hoạt sự hình thành vệt ốc sên, nghĩa là hai tấm lưng có độ thấm tương tự trên datasheet có thể hoạt động khác nhau ngoài thực địa. Chỉ xem xét con số rào cản nổi bật là không đủ. So sánh đầy đủ các loại màng, bao gồm các cột không chứa axit và chống PID, được trình bày trong hướng dẫn của chúng tôi về Màng đóng gói EVA, POE và EPE cho sản xuất tấm pin mặt trời.

Ép laminate nằm giữa lựa chọn vật liệu và vết nứt. Một vết nứt có sẵn khi xếp lớp sẽ được mang vào tấm laminate thành phẩm, và một quy trình ép laminate ngoài cửa sổ sẽ thêm các khuyết tật của chính nó, bao gồm bọt khí, bong tách và khung nhảy. Đó là các chế độ hỏng riêng biệt với nguyên nhân riêng biệt, và chúng được đề cập trong cách chọn máy ép laminate module mặt trời phù hợp và trong nguyên nhân thực sự đằng sau bọt khí trong module mặt trời.

7. Câu hỏi thường gặp

Vệt ốc sên có làm giảm sản lượng điện của tấm pin mặt trời không?

Bản thân sự đổi màu có thể nhìn thấy không có ảnh hưởng trực tiếp nào được chứng minh lên hiệu suất của module. Rủi ro đến từ thứ mà vệt đó đang đi theo. Nếu vết nứt bên dưới tách một vùng hoạt động của cell, làm đứt các ngón tay lưới, hoặc tạo ra sự không khớp dòng điện bên trong một substring, công suất đầu ra có thể giảm. Một nghiên cứu thường được trích dẫn đã so sánh các module có vệt nhìn thấy được với các module tham chiếu sạch. Bốn module được chọn đã tạo ra khoảng 68% đến 88% năng lượng đầu ra tham chiếu. Các tác giả quy phần thiếu hụt đó cho các vết nứt vi mô và các vùng cell bị hư hại chứ không phải cho sự đổi màu. Bốn module đó không phải là một mẫu ngẫu nhiên, vì vậy không nên coi khoảng đó là điển hình. Câu trả lời đáng tin cậy duy nhất cho một module cụ thể là đo I-V so với một đường cơ sở.

Điều gì thực sự gây ra vệt ốc sên?

Là một tương tác, không phải một nguyên nhân duy nhất. Các công trình đã công bố chỉ ra ba điều kiện chồng lấn: một đường dẫn như vết nứt vi mô hoặc mép cell, một phản ứng hóa học liên quan đến lớp kim loại hóa bạc và các chất phản ứng, và sự vận chuyển oxy cùng các sản phẩm bay hơi qua các lớp polymer. Tia UV và nhiệt độ thúc đẩy phản ứng. Các hợp chất bạc khác nhau đã được xác định trên các module bị ảnh hưởng, bao gồm bạc acetate, bạc carbonate, bạc phosphate và bạc sulfide, điều này cho thấy có nhiều hơn một con đường hóa học tạo ra vẻ ngoài tương tự.

Có phải hơi ẩm xâm nhập là nguyên nhân?

Không phải chỉ riêng nó, và đây là chỗ mà lời giải thích phổ biến đơn giản hóa quá mức. Trong các mô hình và thử nghiệm gia tốc đã xác định bạc acetate, sự truyền oxy qua tấm backsheet có ảnh hưởng quan trọng đến sự hình thành, trong khi sự truyền hơi nước không được phát hiện là yếu tố kiểm soát nó trong phạm vi được khảo sát. Độ ẩm vẫn quan trọng đối với ăn mòn, suy thoái chất đóng gói và bong tróc lớp. Nhưng nếu nhà cung cấp trả lời lo ngại về vệt ốc sên của bạn chỉ bằng một con số truyền hơi nước, thì câu trả lời đó chưa đầy đủ.

Vệt ốc sên xuất hiện bao lâu sau khi lắp đặt?

IEA PVPS báo cáo rằng một vệt ốc sên thường trở nên nhìn thấy được vào khoảng ba tháng đến một năm sau khi lắp đặt. Thời điểm phụ thuộc vào thiết kế module và môi trường vận hành. Độ trễ đó là lý do các điều khoản nghiệm thu dựa trên ngoại quan gây ra tranh chấp: tình trạng này thường phát triển khá lâu sau khi các module đã rời khỏi cổng nhà máy.

Vệt ốc sên có giống PID không?

Không. PID được thúc đẩy bởi điện áp hệ thống kết hợp với độ ẩm và nhiệt độ, gây ra sự di chuyển ion và shunting, và nó được đánh giá bằng thử nghiệm damp-heat và ứng suất điện áp theo IEC TS 62804. Vệt ốc sên gắn liền với một đường dẫn vật lý cộng với hóa học lớp kim loại hóa bạc. Một module có thể có cái này mà không có cái kia. Hãy coi chúng là hai điều khoản trong thông số kỹ thuật, không phải một.

Chuyển từ EVA sang POE có ngăn được vệt ốc sên không?

Nó loại bỏ một con đường, vì chất đóng gói polyolefin không tạo ra axit acetic như EVA có thể. Đó không phải là một sự bảo đảm. Độ bám dính, phụ gia, điều kiện ép laminate, độ ổn định quang học và khả năng tương thích lâu dài với các lớp liền kề cũng ảnh hưởng đến việc liệu sự đổi màu có xuất hiện hay không. Hãy đánh giá tấm laminate như một hệ thống, và lưu ý rằng các phụ gia trong lá backsheet đã được chứng minh là có thể kích hoạt sự hình thành vệt.

Có thể loại bỏ hoặc sửa chữa vệt ốc sên không?

Không. Sự đổi màu là một thay đổi trong lớp kim loại hóa và trong chất đóng gói phía trên nó, và nó nằm bên trong tấm laminate đã được niêm phong. Làm sạch kính không ảnh hưởng đến nó. Đây là lý do tại sao phòng ngừa và phát hiện sớm hơn là những đòn bẩy thực tế duy nhất, và tại sao điểm can thiệp hữu ích là vết nứt trên dây chuyền của bạn, rất lâu trước khi bất kỳ vệt nào xuất hiện.

Tôi có nên từ chối một lô hàng vì vệt ốc sên không?

Không chỉ dựa trên ngoại quan, và không phải không có bằng chứng. Hãy yêu cầu một ảnh EL của module bị ảnh hưởng và một đường cong I-V so với dữ liệu flash của nhà máy. Quyết định nên dựa trên việc liệu có một vùng không hoạt động về điện, một ngón tay lưới bị đứt hay một lỗi liên kết hay không. Một vệt không trùng với bất kỳ bất thường điện nào là một phát hiện về ngoại quan; một vệt trùng với một vùng cell bị tách rời là một phát hiện về hiệu suất và bảo hành.

Làm thế nào để tôi phát hiện vết nứt mà một vệt sẽ đi theo?

Bằng chụp ảnh EL ở nhiều hơn một công đoạn sản xuất. Một trạm duy nhất ở cuối dây chuyền xác nhận rằng một vết nứt tồn tại nhưng không thể cho bạn biết liệu máy stringer, bước xếp lớp hay máy ép khung đã tạo ra nó. Kiểm tra ở cấp chuỗi trước khi xếp lớp cộng với kiểm tra ở cấp module sau khi ép laminate sẽ khoanh vùng được công đoạn, đó là điều cho phép bạn khắc phục quy trình tại nguồn gốc của nó.

Suy nghĩ cuối cùng

Hãy coi vệt ốc sên là hai câu hỏi, không phải một. Vệt là một kết quả về vật liệu và hóa học mà bạn tác động thông qua hệ thống chất đóng gói và backsheet. Vết nứt mà vệt đi theo là một kết quả về quy trình mà bạn tác động trên dây chuyền, và đó là cái mang rủi ro về điện. Hãy quyết định tiêu chí nghiệm thu của bạn dựa trên ảnh EL và dữ liệu I-V tại các công đoạn sản xuất được nêu tên, sau đó yêu cầu tốc độ truyền oxy cùng với tốc độ truyền hơi nước khi bạn thẩm định tấm laminate. Nếu bạn cho chúng tôi biết kích thước module, công nghệ cell và vị trí bạn muốn kiểm tra, chúng tôi sẽ đề xuất cấu hình EL và các công đoạn kiểm tra cụ thể.