光伏组件常见故障及检测

鲁英林 邹海龙 廉霄汉

（华能沁北发电有限责任公司 河南 济源 459000）

摘要：随着近年来光伏组件价格的急剧下降，光伏发电站建设成本也下降了很多，促进了光伏发电产业迅速发展。在光伏发电站不断普及的同时，一些产品质量问题也逐渐突显出来，其中光伏组件寿命能否达到25年成为大家非常关心的问题。为此我们通过对光伏电站调研，分析光伏组件容易出现的问题。研究结果表明，光伏组件功率下降的原因一方面是组件质量问题，另一方面是光伏系统设计或运行环境等因素造成的。以下向大家介绍光伏组件出现的常见故障及其检测方法。

关键词：光伏组件；故障；检测；变色；隐裂

0引言

光伏组件常见的故障有受光面变色、隐裂、热斑、机械损伤、旁路二极管故障和功率衰减。由于这些质量问题隐藏在光伏板内部，或在光伏电站运营一段时间后才发生,在光伏板进场验收时难以识别，需借助专业设备进行检测，通过检测发现问题，不断强化运维管理，尽可能使光伏板在最优的环境中运行。
1、光伏组件受光面变色

光伏组件受光面变色的现象一般出现在运行了几年后的光伏电站中，晶体硅组件和非晶硅薄膜组件受光面变色最常见的是封装材料变色，它使得到达光伏组件片表面的太阳辐照强度减少，造成组件输出功率稍有下降。造成变色的原因主要有封装材料质量问题和环境因素（高温和高湿）。
2、隐裂

隐裂是指电池片中出现细小裂纹，电池片的隐裂会加速电池片功率衰减，影响组件的正常使用寿命，同时电池片的隐裂会在机械载荷下扩大，可能导致开路性破坏。隐裂还可能会导致热斑效应。隐裂的产生是由于多方面原因共同作用造成的，组件受力不均匀，或运输过程中剧烈的抖动都有可能造成电池片的隐裂。

光伏组件在出厂前会进行电致发光（Electroluminescence，EL）检测，所使用的仪器为EL检测仪。该仪器利用晶体硅的电致发光原理，利用高分辨率CCD 相机拍摄组件的近红外图像，获取并判定组件的缺陷。EL检测仪能够检测光伏组件有无隐裂、碎片、虚焊、断栅及不同转换效率单片电池异常现象。

3、蜗牛蚊（闪电纹）

蜗牛纹是近年来才发现的现象，主要表现在组件上表面的银栅线变色，蜗牛纹不会发生在室内的组件上，只会发生在户外放了3-5个月的组件上，这些纹路会慢慢变粗，当变粗到一定宽度时就几乎不会再变粗了。有些蜗牛纹是隐裂造成的，会造成输出功率下降，有些则不是且不存在输出功率下降情况。

4、光伏组件表面污秽

有些组件由于边缘的边框容易积灰和鸟粪造成了组件的遮挡，当灰积到一定程序时，组件的功率会明显下降。

5、栅线氧化或腐蚀
栅线氧化或腐蚀会严重影响光伏组件输出功率，甚至导致组件失效。造成这种现象的原因是封装材料在恶劣的环境中发生化学变化，使材料之间的粘合力降低造成分层，从而使氧气侵入，与光伏组件片栅线发生化学反应。

6、热斑

光伏组件热斑是指组件在阳光照射下，由于部分电池片受到遮挡无法工作,使得被遮档的部分升温远远大于未被遮盖部分，致使温度过高出现烧坏的暗斑。光伏组件热斑的形成主要由两个内在因素构成:内阻和电池片自身暗电流。热斑耐久试验是为确定光伏组件承受热斑加热效应能力的检测试验。设定合理的时间和方法，对光伏组件进行检测，用以表明光伏组件能够在规定的条件下长期使用。热斑检测采用红外线热像仪进行检测，显示被测目标温度及其分布。

7、封装材料失效

目前常用的光伏组件封装材料主要有钢化玻璃、EVA与背板材料等，而封装材料失效是一种非常常见的现象：EVA在阳光照射和一定环境温度下，会出现交联度下降，从而使电池片与EVA之间和EVA与玻璃之间出现分层；背板材料也存在分层、剥离甚至开裂的风险。

8、机械损伤

光伏组件由于外力的作用，可能出现组件表面玻璃破碎，这种情况一般是台风或者施工时不注意造成的，还有一些是恶意破坏造成的。
9、旁路二极管故障

晶体硅光伏组件里都装有旁路二极管，由于其质量原因或是散热不当问题，可能发生击穿短路或断路等故障现象，问题严重的还可能使整个接线盒烧毁。旁路二极管击穿短路时会造成多片光伏组件片短路，用万用表测量组件开路电压或测量组件I-V曲线可以检测出组件电压异常。

10．功率衰减分类及检测方法

光伏组件功率衰减是指随着光照时间的增长，组件输出功率逐渐下降的现象。光伏组件的功率衰减现象大致可分为三类:第一类，由于破坏性因素导致的组件功率衰减;第二类，组件初始的光致衰减;第三类，组件的老化衰减。其中，第一类是在光伏组件安装过程中可控制的衰减，如加强光伏组件卸车、运输、安装质量控制，可降低组件电池片隐裂、碎裂出现的概率等。第二类、第三类是光伏组件生产过程中亟须解决的工艺问题。光伏组件功率衰减测试可通过光伏组件I—U特性曲线测试仪完成。

10.1黑心片（黑团片)

10.1.1产生原因:在直拉硅棒生产过程中，晶体定向凝固时间缩短，熔体潜热释放与热场温度梯度失配，晶体生长速率加快，过大的热应力导致硅片内部错位缺陷。

10.1.2成像特点:黑芯或黑团片在EL成像图中可以清晰地看到从电池片中心到边缘逐渐变亮的同心圆，从而导致缺陷的部分在EL测试过程中表现为发光强度较弱或不发光，从而形成复合密集区,在通电情况下电池片中心一圈呈现黑色区域。

10.1.3组件影响:组件出现此缺陷后，长时间运行会造成热击穿;在使用组件测试仪测试组件I—U测试特性曲线时，测试曲线呈现台阶形状;同时长时间运行会导致组件功率下降。

10.2短略黑片（非短路黑片)

10.2.1产生原因:组件单串焊接过程中造成的短路;组件层压前,混入了低效电池片;硅片使用上错用N型片,无PN结,故成像为全黑。

10.2.2成像特点:组件某个位置出现一块或多块电池片呈现全黑现象。

10.2.3组件影响:会造成组件I—U测试曲线呈现台阶，组件功率和填充因子都会受到较大影响;使被短路的电池片不能对外提供功率，整块组件输出功率降低。

 11结束语

以上这些现象经常会出现在运行了较长时间的电站上，总的来说占比不小，而且大部分现象对光伏组件的输出功率影响不可小觑。在研究中我们发现，要避免光伏组件的出现问题，除了要选用质量较好的组件，更重要的是要加强光伏电站的运行维护，建议以半年为周期进行光伏电站检测，如有特殊天气（如台风、冰雹或者暴雨）出现后，要有针对性地进行不定期检测，以确保光伏电站正常运行。
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