一个肉眼难以察觉的裂纹,到底会造成多大的“杀伤力”?
有不少光伏电站并网后出现了发电量“莫名其妙”下滑,维护费用越来越高,甚至可能面临漏电起火的风险。追根溯源,这一切的“元凶”可能只是电池片上头发丝般的微隐裂,也正是这些“隐形杀手”正持续不断蚕食电站的收益。如今,这一问题在行业内愈发普遍,给电站运营带来了诸多困扰。
对于下游客户来说,光伏电站是一项长达30年之久的固定资产投资,而光伏组件占该投资近三分之一。结合新一轮的产业周期,除了日新月异的效率追赶,可靠性和可持续性成为电站全生命周期内愈发不可忽视的重要指标。
当光伏无可阻挡地走向主力能源的“大江大海”,“隐裂”这一“隐形杀手”不除,必将影响产业未来可持续发展的大格局。
“隐形杀手”到底有多大的破坏力?
光伏电站的运营生命周期长达30年,可靠性至关重要。然而过去很长一段时间,光伏业内对隐裂问题的关注似乎并不够。
何为“隐裂”?隐裂是指光伏电池片上产生的细微裂纹。根据裂纹的形状,可分为横向贯穿裂,纵向贯穿裂,网状裂和交叉裂等。由于减反膜和铝背场的隐蔽,这些裂纹肉眼难以察觉,却对光伏板的性能产生严重影响。
展开剩余83%“隐裂”如何产生?包括运输安装过程中的磕碰、冰雹和风沙等恶劣天气造成光伏板的物理伤害,以及电池结构、生产工艺和材料匹配性等因素,都可能导致隐裂。
“隐裂”造成的后果和隐患可能是多方面的:其一,功率衰减,发电量下降:隐裂的电池片像是有裂缝的杯子,虽然仍能发电,但发电能力已大不如前。随着裂纹的扩大,整个光伏组件的发电效率也会逐渐降低。同时,已经产生隐裂的电池片对外部机械荷载的承受能力下降,可能会进一步恶化为裂片,导致开路性破损。其二,主电路漏电:晶硅残渣在裂纹截面上搭接形成局部短路,使主电路漏电。其三,热斑效应,火灾风险:当电流通过隐裂的电池片时,会遇到阻碍,导致电阻增大并产生热量。这种局部发热现象称为热斑效应,长期下来不仅会使电池片彻底损坏,还可能引发整个组件甚至光伏系统的火灾。其四,更多安全隐患:隐裂的光伏组件电气性能可能不稳定,存在漏电等安全隐患。这不仅会浪费电能,还可能造成人员触电甚至火灾等严重后果。
简言之,“隐裂”将影响光伏电站的长期投资收益,且带来明显的安全隐患。
抗隐裂,N型技术谁最强?
过往十余年中,降本增效始终是光伏创新发展的“主旋律”。而如今,光伏制造端降本已接近理论极限,技术进步自然要聚焦效率提升,同时必须要保证“新质生产力”的可靠性与可持续。
光伏“隐裂”问题,无疑关乎电站投资与产业健康发展的“可持续”。
过往数年中,N型产品渗透替代的浪潮加速进行,以TOPCon、BC和HJT为代表的N型技术,凭借高发电量、高效率、更低度电成本等显著优势,迅速占据了市场主导地位。
众所周知,N型各种技术路线中,BC路线的效率始终领先;进入2025年后,已有龙头企业将BC技术的生产成本控制到接近其他技术路线的水平,加速提升市占率。而除却成本与效率方面的进步,与TOPCon技术对比,BC产品抗隐裂及可靠性方面亦有自身的优势,专业分析如下:
(1)电池结构差异:一方面,光伏产业近年整体出现的薄硅片趋势为隐裂问题埋下隐患。为降本增效,TOPCon电池普遍采用更薄的N型硅片(如120—130μm),HJT更低可以达到80μm,BC 电池片的厚度则在130μm以上。硅片越薄,机械强度越低,在制造、运输或安装过程中无疑更容易因应力产生隐裂。
同时,复杂结构应力集中:TOPCon电池背面有超薄氧化硅层和多晶硅层,这些薄膜层的热膨胀系数与硅基体不同,在温度变化或外力作用下易引发局部应力,导致隐裂风险增加。
BC 电池片采用背接触结构,正负电极均在电池片背面。这种结构减少了正面金属电极对电池片的应力影响,降低了在生产、运输和安装过程中产生隐裂的风险;此外BC电池生产工艺相对复杂和精细,能够更好地控制工艺参数,减少制造过程中的应力和损伤,提高电池片的整体稳定性和抗隐裂能力。
(2)栅线材料与工艺差异。一方面是银浆特性问题。传统TOPCon组件采用银浆作为栅线材料,银浆中含82%银颗粒和5%玻璃体,高温烧结时会对硅片晶格造成损伤,使硅片结构变得疏松,从而增加隐裂的风险。
另一方面,TOPCon组件通常采用双面焊接,这种焊接方式会在电池边缘形成应力集中点,在受到外力或热应力时,更容易引发隐裂。同时,TOPCon电池对高温更敏感,焊接时若温度控制不当(如串焊机参数不匹配),可能导致局部热应力集中,引发隐裂。
BC电池采用了单面焊接技术,这种天然且独特结构使得其抗隐裂性能得以大幅度提升,产品的长期发电稳定性得到了有力保障,同时也降低了长期衰减的风险。
(3)结构设计差异。玻璃厚度与应力分布方面,与一些采用双玻结构且玻璃厚度更高的组件相比,常规TOPCon双玻组件的玻璃厚度相对较薄,电池片所处的应力环境相对不利,在受到风压、冰雹等外力冲击时,电池片更容易产生隐裂。在动态载荷等情况下,TOPCon组件的结构设计对应力的分散和吸收能力相对较弱,难以有效减少平行于主栅线的裂纹,而这类裂纹对组件发电性能损害较大。
一项电池片冲击对比实验分别选取了BC(铜栅线)、BC(银栅线)和TOPCon三块电池片。测试设备撞击后,BC(铜栅线)表面仅留下撞击点痕迹,片体未发生碎裂;BC(银栅线)出现一些裂痕,并有破碎情况;TOPCon则明显破碎。此外,BC(铜栅线)电流损失为18.02%,BC(银栅线)电流损失为29.73%,TOPCon的电流损失则达到42.05%。
根据第三方检测结果,左侧为某项目中某品牌的光伏组件抽检报告,合格率为88.75%。而右侧为某项目中某N型BC组件的抽检报告,抽检合格率是100%。
综合而言,BC 电池片通过独特的结构设计、优质的硅片材料、先进的制造工艺等多方面的因素,实现了更好的抗隐裂性能。
结语:解决“隐裂”,助力光伏可持续发展!
结合产业洗牌,伴随136号文等政策落地,当光伏产业跨越“降本增效”的阶段,核心竞争力的锚点正悄然向“可持续性”与“场景适应性”迁移。
企业投入大量研发,不断创新、不断推出新产品的目的到底是什么?毫无疑问,为客户创造价值,保障客户收益,助力客户成功,这是第一要务。不管什么技术路线,如何更好地解决光伏产业愈发凸显的“隐裂”问题,成为整个行业需协力解决的题中之义。
在需求端,投资者必然更加精打细算,“隐裂”问题的解决能力,必然成为其选择产品的重要考量。而在N型技术方案中,拥有更高效率、更高质量、更可持续发展的产品及产能将成为光伏发展“N时代”的新质生产力。
放眼未来,新一轮技术迭代转轮持续开动,“冬天”里强悍生长起来的BC,有望在未来的3年-5年内,成为光伏行业的主导技术,在下一个春天里绽放。
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