光伏组件故障分析15954.pdf

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1、 光伏组件故障分析 Hessen was revised in January 2021 一接线盒 光伏组件接线盒的主要作用是连接和保护太阳能光伏组件，传导光伏组件所产生的电 流。光伏组件接线盒作为太阳能电池组件的一个重要部件，是集电气设计、机械设计和材料 应用于一体的综合性产品，为用户提供了太阳能光伏组件的组合连接方案。目前，中国组件制造商生产的组件很多都存在不少的质量问题和隐患，而其中很大一部 分组件质量问题来自于接线盒自身的设计和品质。作为光伏组件制造商的配套企业，接线盒 制造商不仅需要对组件制造商负责，更需要对终端客户负责，特别是对使用过程中人身安全 的保护。所以，优化接线盒结构设计、

2、提高质量是所有接线盒制造企业的首要任务。常州天华新能源科技有限公司（简称“天华新能源”）下属常州华阳光伏检测技术有限 公司（简称“华阳检测”，于 2009 年 12 月获得了 CNAS 实验室认可，认可范围包括光伏组）件、光伏材料共 119 项检测能力。公司自 2008 年开始进行接线盒检测（依据标准：VDE 0126-5:2008），讫今共完成 30 家接线盒供应商、50 多款接线盒的检测和质量分析，获得了 大量的检测数据。结合光伏组件户外使用的实际情况，我们总结出目前接线盒常见失败项目主要有：IP65 防冲水测试、结构检查、拉扭力试验、湿漏电试验、二极管温升试验、环境试验、750灼 热丝试

3、验。接线盒测试常见失败项目统计图：一、户外组件因接线盒问题引起的故障图片 接线盒引线端子烧毁 接线盒烧毁 引起组件背板烧焦 组件碎裂 二、接线盒在认证测试中常见失败项目及原因分析 1接线盒 IP65 防冲水测试 防水性能是接线盒性能的重要指标。认证测试中，先进行老化预处理测试，然后进行防 冲水测试，再通过外观结构检查和工频耐压测试进行评判。测试能否顺利通过，取决于接线 盒的密封保护程度，而接线盒的密封保护直接影响到成品组件的防触电保护和漏电防护的等 级。就目前常规构造的接线盒而言，其设计和材料的缺陷已在认证测试中显露无疑。图 1 IP65 防冲水测试测试图片 接线盒防冲水测试失败的主要现象大致

4、分为以下几种：、接线盒密封盒体内大量积水；、接线盒盒体与背板材料不匹配；、接线盒的密封螺母开裂失效；、接线盒在老化预处理测试中盒体变形；、接线盒密封圈老化预处理测试后失效，或其他原因。通过对以上测试过程中出现的失败现象进行研究分析，得出以下几点失败原因：（1）、盒体的锁扣设计：锁扣设计成两扣模式可能是导致试验失败的主要原因。两扣模式使得盒盖受力集中在二 点，加上盒盖面积较大，导致其余各点受力很不均匀。特别是在高温时，其余各点受密封圈 热胀、材料受热变软的影响，导致接线盒龇口，影响盒体的密封性，从而在 IP65 防水测试 中失败（如图 2）。另外，接线盒经过 240 小时老化试验后，密封圈虽未脱

5、落，但盒体、盒盖有变型，也会 影响到盒体的密封性。导致盒体大 量积水 盒体边缘 形变 图 2 防水测试后接线盒变形、大量积水 图 3 老化试验后盒盖变形影响密封导致积水（2）接线盒密封圈的橡胶材料选择不当：由于密封圈材料的选择不适合，在接线盒经过 240 小时老化预处理测试后，其延伸率和 收缩率降低，密封圈材质硬度升高，降低了盒体与盒盖的密封性能，导致密封圈不能完全密 封盒体和盒盖的槽口，致使水流渗入，防冲水测试失败。（如图4）图 4 密封圈老化试验后密封不到位，水流渗入（3）接线盒盒体塑料与太阳能组件密封胶在老化预处理测试后，粘合性失效（如图 5）。图 5 接线盒与硅胶粘结失效（4）密封螺母

6、材质选择不当：接线盒在老化预处理测试后，密封螺母发生断裂，也是 造成接线盒防冲水失败的原因。2接线盒湿热试验 湿热试验对于接线盒来说是一个相当严酷的环境试验，接线盒湿热试验失败的主要现象 有以下几种：、湿热试验后接线盒盒体碎裂失效；、湿热试验后接线盒盒体和盒盖密封变形；、湿热试验后接线盒与背板脱落；、湿热试验后电气连接不可靠；、湿热试验后接线盒电缆的抗拉扭性能减小，爬电距离、电气间隙减小(6)、其他现象。接线盒和背板脱落 变形 图 6 湿热试验后接线盒变形 图 7 湿热试验后接线盒与背板脱落 图 8 湿热试验后接线盒失效 湿热试验失败可能的原因大致有以下几点：（1）、盒体 PPO 材料的选择不

7、当或用料不纯；（2）、密封螺母开裂导致在湿热之后电缆的抗拉扭性能削弱，或者直接开裂；（3）、接线盒盒体与硅胶不匹配，长时间高温高湿后接线盒与硅胶脱落；（4）、其他原因。3、接线盒盒体灼热丝测试 接线盒盒体 750灼热丝测试，是接线盒生产商选用接线盒材质的重要测试项目，也是 接线盒认证测试中较易失败的项目之一。测试中，根据盒体材料从开始燃烧到火焰熄灭的时 间长短，判定该接线盒是否能适合今后在户外使用。其主要试验过程如下图所示：图 9 接线盒支撑带电体部分开始燃烧 图 10 接线盒支撑带电体部分继续燃烧 图 11 火焰熄灭的时间 根据图 9、10、11 所示，接线盒支撑带电体部分在进行 750C

8、灼热丝测试时，火焰熄灭 时间 Te 为，不符合接线盒标准中灼热丝测试的要求。测试失败的主要原因是，接线盒 材质无法承受灼热丝元件在短时间内所造成的热应力，不符合灼热丝测试的要求（没有火焰 或是火焰可以在 30s 内自动熄灭）。4.接线盒常规测试其他失败项（部分）（1）、工频耐压测试失败，见图 12 所示。其失败原因主要为爬电距离/电气间隙不足、环境 试验之后绝缘性能受到损害(由于材料方面的原因)。图 12 工频耐压测试（2）、接线盒带电部件抗腐蚀强度不足，其原因为金属件铜质选型和表面处理不当。图 13 带电部件抗二氧化硫腐蚀能力不足 三、光伏组件接线盒质量改进建议 作为光伏组件的配套产品，接线

9、盒所占成本不及电池成本十分之一，但却是决定光伏组 件最终能否正常工作的重要部件。在此，笔者提出接线盒质量改进的几点建议：1、将盒体、盒盖分体，由密封圈密封的设计，改进为盒体、盒盖压接一体式密封处理，加强整个接线盒结构密封性和密封强度。2、根据目前组件认证、制造、使用的需要，建议接线盒内预留扩展连接座；装配不同 规格的二极管可以随时改变接线盒的最大工作电流；根据组件生产工艺在接线盒装配中保留 密封胶和灌封胶两种安装方式。3、考虑在接线盒盒盖设置导气阀以导出盒体内部热量，或在接线盒内部采用薄片状金 属端子，增加散热片，以达到降温的作用。4、通过系列测试，研究不同类型硅胶和不同材质背板材料的相互匹配

10、性，为光伏组件 制造商提供接线盒安装、使用、匹配的整套解决方案 二背板 1.背板是主要的防护材料，如果只是背板材料破了的话没有伤到电池部分短期没问题。2.但是这一点上就开始收到环境腐蚀，EVA 会迅速老化破裂或脱离，接着腐蚀电池部分，腐蚀再扩大组件就短路失效了 3.鼓包,可能会有 TPE 脱层的危险，造成湿漏电的不过,4.凹坑,凹槽，担心会压破电池片，5.还有就是外观的影响 三EVA 不良表现 原因分析 处理方案 气泡或缺胶现象 真空度不足 延长抽真空时间 检查层压机硅胶板是否破裂 检修真空泵、更换真空泵油 压力不够 增加加压时间，调整压力 更换橡胶板 加热板局部温度过高 定期检查加热板温度

11、校正温度，使之达到均匀 增加高温布是之缓冲，保证前期传热 助焊剂 减少助焊剂使用量 助焊剂不匹配，更换助焊剂 材料被污染 清洁材料 裁剪 EVA 或使用时戴手套、帽子等 温度过高 盒盖时间控制在30S 以内 降低温度、增加层压时间 加多两层髙温布，进行缓冲 EVA 厚薄或受潮 更换材料、使用两层 EVA 控制生产环境、储存环境 添加除湿机 背板凹凸 胶膜收缩 缩短抽真空时间 降低层压温度 EVA 换方向放置，交叉使用 背板收缩 更换背板 材料放置不整齐 重新放置，在层压前进行检查 电池片碎裂 压力过大 降低压力 增加 EVA 厚度 更换硅胶板 焊接后有杂质或电池片问题 加强焊接后检查 更换电池

12、片 与背板、玻璃剥离强度不够 层压机温度不均匀 校正温度 固化时间短 增加层压时间 材料的问题及匹配性差 背板表面进行处理 更换匹配材料 固化温度低 提高层压温度 材料污染 清洗材料（背板、剥离、电池片）EVA 收缩现象 抽真空时间过长 减少抽真空时间 EVA 生产工艺 组件边缘增加 EVA 增加 EVA 尺寸 储存温度过低 裁剪好的 EVA 放置几个小时使用 EVA 进行退火处理 EVA 进行解冻 黄变 产品配方问题 更换材料 出现过交联现象 降低固化温度或降低固化时间 跟背板、硅胶匹配性差 更换匹配中性硅胶和耐侯性好的背板 材料受污染 更换材料、注意环境和清洁 交联度不够 层压参数 增加层

13、压温度或层压时间 测试误差 选用精确到,电子秤 增加 EVA 试验重量到5g 电池片移位 抽真空的速度过快 增加节流阀，缓冲抽空速度 EVA 收缩过大 按照 EVA 收缩处理 组件横纵向摆放错误 确定层压机抽真空方向，正确放置组件 放置不整齐 人员培训 四边框 在并网应用的光伏电站中，只可以使用电池片与边框有可靠绝缘的光伏组件。组件要具有双倍或超强的绝缘措施，同时要充分考虑光伏组件的系统耐压性，以保证即使在光伏系统运行状态下也可以触摸组件表面，不会造成危险。目前，所有的光伏组件可以达到级防护，在选择时并没有太严格的限制。苏州欧姆尼克光伏逆变器通过德国各项标准，安全更有保障。当触摸组件表面时，可

14、能会产生对地的故障电流。如果组件的绝缘足够好，一般来说很难有这样的电流产生。但是，故障电流放电的强度会随一些条件的变化而增加，如光伏电池距离缩短(这种情况下透明玻璃或塑料板厚度减少)、接触面积增加等。比如：由于清洁光伏组件的液体中含有导电物质，会造成导电面积扩大，从而导致意外的故障电流。在这种情况下虽然无法对危险电流预先检测，但如果发生意外会造成一定的危险。为了避免由此(类似突然从梯子上掉下来等)产生的安全隐患，也为了避免危险，在建设光伏并网发电系统时，用户应该遵循以下步骤：1）将光伏组件的边框以及其他导电气部分与接地线连接 2）在对系统进行维护或对光伏组件进行清理时，断开逆变器与电网的连接

15、五电池片 5.出现铝珠怎么办 如果是印刷过厚，就调整参数，降低板间距，提高印刷压力；如果是绒面过大，提醒制绒改善工艺；如果是浆料不匹配，就改善浆料。6.出现铝包怎么办 如果是印刷厚度偏薄，就调整参数，提高板间距，降低印刷压力；如果是印刷不均匀，就查看网板和刮条是否有磨损，提醒生产更换，如果都没问题，就是绒面问题，提醒制绒工艺。7.出现翘曲片怎么办 如果是印刷过厚，调整参数，提高板间距，降低压力；如果是硅片太薄，更换抗弯曲浆料；如果是刮刀没装好，提醒生产重新安装；如果是硅片厚度不均，就是原料问题。8.出现节点怎么办 如果是网板或刮刀不良，提醒生产更换；如果是参数设置不合理，调整参数，降低压力。9

16、.出现虚印和断栅怎么办 如果是参数不合理，就调整参数，提高压力，降低板间距。如果是网孔堵了，擦拭网板；如果是印刷头在行进过程中抖动，与设备协商解决；如果是网板或刮刀磨损或者是浆料不够，就提醒生产人员更换或者添加浆料。反向电流 irev；测试光强 e 范围在9501050 测试温度 t 在2327 串阻 rs0 填充因子68 六其余故障 1.太阳能电池方阵 外电极断路，内部断路，旁路二极管接反，旁路二极管短路，热斑效应，接线盒脱落，导线老化，导线短路、断路，背膜开裂，EVA 与玻璃进水，铝边框开裂，电池玻璃破碎，电池片或电极发黄（电阻增大），电池删线断裂，太阳能电池被遮挡，太阳能电池安装方位不对

17、。2.蓄电池（1）电池组间不均衡 两组或两组以上并联的电池组随使用期的增长总会出现落后单节导致其中一组端电压升高，使该组充电电流降低，最终长期充电不足。（2）阀控密封电池 外壳开裂，极柱断裂，螺丝断裂，失水，漏液，胀气，不可逆硫酸盐化（充不进电，放不出电），电池内部短路，气阀质量不好，自放电效率高（3）固定式电池 外壳开裂，失水率高，结冰冻裂（电液浓度低），不可逆硫酸盐化（充不进电，放不出电），电池内部短路，活性物质脱落（容量降低，造成短路）3.控制器 运输损坏，高压损坏（太阳能电池开路电压），蓄电池极性接反损坏，电源（开关电源）失效，雷击损坏，工作点设置不对或漂移，空气开关或继电器触点拉弧，无触点开关的晶体管损坏（耐压），霍尔传感器损坏，温度补偿失控。4.逆变器 运输损坏，极性反接损失，内部电源（电源分开）失效，雷击损坏，功率晶体管损坏（短路、冲击性负载、过热），输入电压不正常（过压、欠压），输出保险损坏（负载短路、线路短路），输入输出接头发热。