光伏组件白色线条（静电纹）成因探讨

光伏组件白色线条（静电纹）成因探讨 北极星太阳能光伏网讯:摘要：本文通过分析光伏组件表面发生白色线条的成分和通 过静电放电模拟白色线条的产生过程，讨论白色线条的可能产生原因和避免方式。 关键词：光伏组件，白色线条，静电纹，闪电纹 背景 光伏组件在生产过程中,偶尔会在电池片的表面出现白色线条,导致整个组件降级。有 些白色线条，如光伏电池片、玻璃在层压前的机械性损伤，会造成诸如电池片划伤（图 1）、玻璃划伤（图 2）和玻璃磨损（图 3）等白色线条。这类线条通过肉眼容易辨别，并 且在组件层压前就可以被发现，因此生产过程中防范也比较容易。而另一种白色线条并非 机械损伤造成，外观形式闪电，往往在末端还会开叉、分支（图 4）。其在层压前没有任 何的朕兆，只有在层压后才会被发现。而且往往换了一批 EVA 胶膜后，该现象就不再出现， 所以组件厂一般会把这个问题归咎于 EVA 胶膜工厂的生产质量问题。而 EVA 胶膜厂因为配 方、生产工艺没有任何更改，所以也无从防范该现象的再次发生。当出现组件发生类似质 量问题时，组件厂往往要求 EVA 胶膜厂收购出现白线的组件来解决，但实际的原因双方并 没有查清。 图 1 电池片划伤 图 2 玻璃划伤 图 3 玻璃磨损 图 4 静电纹 国外有些公司把此现象称为静电纹，但是否真是静电造成，未见国内有企业实际模拟 白色线条的发生过程。众所周知，EVA 树脂是电的不良导体，由于其优秀的绝缘性能，被 大量的用于电线电缆的绝缘。同时又由于高 VA 含量的 EVA 透明度高，使其能够大量的被用 于太阳能光伏组件的封装。通过近几年技术的不断升级，EVA 胶膜的体积电阻率从早期的 1013 欧姆厘米逐渐提升到了目前的 1014 到 1015 欧姆厘米。EVA 胶膜的体积电阻率其是与 白线有关？白色线条往往出现于夏季，其是否和空气的湿度有关？ 白色线条的成分分析 在模拟组件白线发生前，海优威首先对白线发生的部位进行成分分析。首先对白线的 位置取样。过程是先破坏组件，将电池片和 EVA 胶膜从玻璃上剥离。对有白线的部位进行 取样并封闭在环氧树脂中，在-135℃下切片，用光学显微镜、电子显微镜、能谱分析、红 外光谱等分析手段检查是否在白线中含有杂质或者其它非 EVA 材料。 图 5 取样 图 6 制样 用电子显微镜（图 7）检查，在白线的位置没有发现可辨识的杂质。使用能谱分析， 也没能在白线位置发现任何含有金属元素或者其它成分的无机物（图 8）。 图 9 作红外分析处的电镜照片 图 10 图 9 位置的红外图谱 从红外图谱（图 9、图 10）看，白线部分的取样只有 EVA 树脂（NE280PV）和硅（光 伏电池片成分）的吸收谱，可以说明在取样的白线位置没有其它的有机杂质。 从以上的分析可以说明，白线部位的成分依然是 EVA 树脂或者极大部分的成分是 EVA 树脂，没有或者几乎没有无机或者有机的杂质。 EVA 胶膜静电实验模拟 在 EVA 胶膜的生产和裁切过程中会有静电积聚，当电荷数量大时偶尔会以静电电弧的 形式放电。海优威实验室通过静电发生设备产生静电并直接将静电电弧释放到 EVA 胶膜表 面上，以此模拟 EVA 胶膜表面静电释放的过程和观察静电释放后可能带来的后果。 本实验采用 J2310 式感应起电机，如图 11 和图 12。当两个起电盘快速旋转时，在两 个放电球部聚集电性不同的电荷，将 EVA 胶膜置于其中部，以便模拟放电过程。 在静电释放实验中，首先观察放电后的胶膜表面变化，再以玻璃-EVA 胶膜-电池片- EVA 胶膜-背板的结构按太阳能光伏组件的常规工艺进行层压，观察其正面的变化。实验使 用的静电电压与实际情况中一样是无法控制的。本实验对比了两个变量，比较其可能对实 验结果的影响。 使用三种不同体积电阻率的 EVA 胶膜，观察体积电阻率是否影响白线的产生； 同一种体积电阻率的 EVA 胶膜，用不同的相对湿度对其进行处理，观察白线的产生是 否有不同。 实验结果如下： 1）静电释放后，在 EVA 胶膜的表面都没有发现明显的痕迹。此可能是由于 EVA 胶膜 表面压花后，导致表面发白而无法观察到胶膜表面是否有发白的变化。 2）将 EVA 胶膜按光伏组件的结构进行层压，发现所有的胶膜都有白色线条出现。 以上实验的结论是静电以电弧形式释放后都会在层压后的 EVA 胶膜中发现有白色线条。 是否产生白色线条与 EVA 胶膜的体积电阻率和所处环境的相对湿度似乎关系不大。在本实 验的湿度范围和处理时间范围中，层压后的试样均产生了白色的线条。 白色线条发生机理分析和防范 EVA 胶膜是电的绝缘体，其和任何绝缘体摩擦后会产生静电。静电的电压可以达到很 高，在积累到一定的程度后，其会以电弧形式直接释放电荷。静电的释放会在 EVA 胶膜中 瞬间产生短路而导致了瞬间的高温，而高温正是 EVA 胶膜交联的诱因。因其在很微小的范 围内可能达到很高的温度而导致 EVA 胶膜中的过氧化物剧烈反应留下痕迹，或者是 EVA 树 脂被电荷击穿导致类似电缆绝缘层被击穿后留下的树枝状痕迹。其既可能是在非常微小范 围内发生的剧烈交联，其也可能是过氧化物直接分解，其也可能是 EVA 树脂被击穿后留下 了击穿的痕迹。总之，该痕迹在组件层压 EVA 树脂经过融化而变成全透明后，在蓝色或者 黑色的电池片上非常明显的显现出来。这种白色线条明显的特征是形状类似于闪电、有分 叉，大小不一。 如果以上分析的原因正确，要避免 EVA 胶膜中白色线条的出现，就要尽量避免 EVA 胶 膜表面静电的积累。而 EVA 胶膜在生产和使用中均会与其它绝缘体接触而产生静电。。 EVA 胶膜在生产过程中有两种收卷方式，摩擦收卷和中心收卷。摩擦收卷使用一个橡 胶辊与 EVA 胶膜同步把 EVA 胶膜送到纸管芯上。由于橡胶辊是带电机的主动辊，所以 EVA 胶膜和橡胶辊是同步的，所以尽管该收卷方式的名称中有“摩擦”两个字，实际上 EVA 胶 膜和橡胶辊之间的摩擦并不严重。另外由于该种收卷方式得到的胶膜收卷比较松，所以已 收好的 EVA 胶膜层与层之间的摩擦也非常少。另一种收卷方式是中心收卷，其使用一个金 属辊芯旋转收卷。中心收卷的旋转动力来自于金属辊芯，所以 EVA 胶膜容易越收越紧，EVA 胶膜层与层之间发生摩擦而累计静电电荷。有些中心收卷的设备在金属辊芯前有一个橡胶 的展平辊，该辊为被动辊，完全依靠 EVA 胶膜带动，此处是一个比较容易产生静电的部位。 以上两种方式，从原理上讲，中心收卷更容易产生静电。 在 EVA 胶膜的裁切过程中，EVA 胶膜也容易积累静电。如果裁切过程中使用了橡胶辊 作为过渡的被动辊，其会大量的在 EVA 胶膜表面产生电荷积累。同时如果裁切机的平台使 用玻璃，此位置也是一个容易电荷积累的场合。一些结构复杂的自动裁膜机由于采用了数 量不少的橡胶辊作为展平、过渡等目的，其比结构简单的裁膜机更容易在 EVA 胶膜上引起 静电荷的积累。从原理上讲，使用人工裁切的裁膜平台由于没有或者很少有被动转动的橡 胶过渡辊，其与自动裁切设备比较不容易产生静电电荷积累。 如何避免在 EVA 胶膜生产和裁切中静电电荷的积累是防范白色线条出现的有效方法之 一。海优威通过对生产设备的改进和防止 EVA 胶膜层与层之间的摩擦而有效的防止了白色 线条的出现。同时组件厂在 EVA 胶膜的裁切过程中也应有效的避免胶膜和其它绝缘部件的 摩擦。 结束语 由于白色线条严重影响光伏组件外观，降低了组件品质而导致报废或者降级，因此在 EVA 胶膜的制造和裁切过程中应尽量避免静电的积累。如尽量使用摩擦收卷装置、尽量不 使用橡胶展平辊（或者在展平辊后再增加一个金属辊以释放电荷）、裁切机上尽量少用、 不用橡胶辊等。 由于光伏组件白色线条的发生可能还有更多的影响因素，本文未解释所有的疑问，比 如夏天更容易发生白色线条、白色线条的发生是无规律的等等，因此有关白色线条产生的 原因还需要进一步研究和分析。 参考资料: 海优威实验室实验结果 三星道达尔实验室分析报告