隐藏在光伏电站品质背后的隐形元凶——劣质EVA 胶膜引发的问题再次浮出水面

2014 年9 月的西北某地，20 兆瓦的光伏电站施工现场一片火热，首席技术官张总监深呼一口气：马上10 兆瓦装机就要并网成功了，今年的进度应该不会落后了。突然，一个电话打过来：“张总，你过来看看，情况紧急。”驱车赶到现场之后，现场的情况令张总目瞪口呆，只见电站组件大面积出现斑驳的花纹，似蜗牛爬行过一般。技术出身的张总监本身十分注重电站品质，此批组件全部采购的全球知名品牌厂商提供的组件。还未建成并网的组件就出现这样的品质问题，张总不由得心急如焚。进一步调查电站情况，发现问题更加严重，总计6000 多片组件爆发此类状况，也就是未建成的电站32%的组件出现此类问题，建设成功的电站运营1 年的，粗略估计46%的组件爆发此类问题。（以上人物名字为虚构，根据真实案例改编）

那么，问题就来了，蜗牛纹是如何爆发的，对电站运营又会带来哪些影响，今天我们就从组件生产封装来解释蜗牛纹的来世今生。蜗牛纹通常意义上的概念：太阳能组件经过一段时间（半个月或者几年）的暴晒，无需并网组件表面就开始局部出现色变，一个手指粗的的狭窄交错的暗线出现在组件的表面，从而造成外观严重瑕疵。经过笔者对国内多家光伏电站的调研，我们发现蜗牛纹爆发的区域广泛（从海南到新疆），温度系数相差甚大，装机时间（1 个月-25 年）先后都没有明显的范围，也就是说，蜗牛纹的爆发，贯穿着整个电站生命周期的问题。而且在25 年组件使用寿命之内，业主都要战战兢兢的考虑组件爆发蜗牛纹的风险。

常见的蜗牛纹理图片：


几乎所有的组件制造商都告诉电站运营方，蜗牛纹对组件的发电效率没有影响。理由基本类似：1）蜗牛纹是因为电池片栅线表面的银与EVA 相互微量反应产生的，其不影响栅线导电，也不会造成光线遮挡，因此不会影响组件功率输出。2）蜗牛纹与电池片隐裂相对应，如果隐裂未造成电池片上局部面积的缺失就不会影响电池片的功率。目前对产生蜗牛纹的组件进行测试，也的确没有发现大幅度的组件效率下降。真是这样吗？我们需要分析一下组件的封装材料和蜗牛纹产生的可能关系
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EVA 树脂的正式名称为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，光伏组件用的EVA 中的醋酸乙烯酯含量通常在28-33%。酯作为一种常见的化学键有一个最基本的性能，在有水的情况下会分解成酸和醇。

在光伏组件中慢慢积累的醋酸就变成了大部分光伏组件质量问题的重要诱因。日本Chemitox 实验室将电池片浸泡在一定浓度的稀醋酸溶液中观察银栅线的变化，发现醋酸可以逐步将电池片表面的银栅线腐蚀变窄。而随着银栅线的变窄，组件的发电效率逐渐下降。目前大部分组件厂自行模拟的蜗牛纹实验采用暴晒实验，将正负极用二极管连接，实验周期很少有超过一年的。而使用快速模拟的测试会使在85%湿度85℃环境下用外接电流的方法模拟实际发电的测试，也很少有超过1 个月的。这些实验是否能真正说明实际问题，尚无定论，而醋酸腐蚀银线最终会导致光伏电池发电效率下降是一个确定的现象。

EVA 树脂中是否产生产生醋酸和生产方式、配方有很大的关系。EVA 在加工过程中易降解，所以加工方式要尽量做到缓慢。如下图，挤出过程中的螺杆挤出机挤出过程十分重要，如果发生EVA 树脂的降解就会发生在这个阶段。


一些EVA 胶膜制造商成为了从成本考虑使用挤出量大的双螺杆挤出机并使用计量泵控制挤出量，挤出机中剪切大容易有死角，是非常冒险的做法。而另一些工厂使用小车拉大马的方式，单螺杆挤出机匹配过小，挤出时的转速过高，导致EVA 树脂受到的剪切过大，也是容易造成EVA 降解的原因之一。比较合理的做法是使用大直径的单螺杆挤出机，低转速加工，使EVA 树脂均匀的受热融化，整个过程尽量少的受到剪切。EVA 本身的配方也是非常重要，如何降低EVA 胶膜在使用中产生酸的速度也是技术关键之一。单纯提高电阻率只是表面现象。由于PID 衰减与EVA 胶膜中的酸含量也有密切的关系，所以PID 表现优异的EVA 胶膜同样在抗蜗牛纹方面也会表现优异。

笔者咨询海优威公司的市场总监全杨先生，其表示目前蜗牛纹与PID 衰减极可能成为光伏电站的质量杀手，海优威自成立起从未收到任何的蜗牛纹与PID 衰减的投诉，但由于过去几年的激烈竞争导致许多组件制造商往往偏爱从价格入手，不愿意采用质量更好的产品，哪怕只是每瓦多了三分钱的成本。其非常担心目前大规模出现的光伏电站质量问题最后会影响到整个光伏事业的发展。

根据国家能源局发布的数据显示，2014 年上半年，中国新增光伏发电并网容量332 万千瓦。比去年同期增长约100%，甘肃，新疆，青海累计光伏电站并网容量最多，分别达到445 万千瓦，367 万千瓦和365 万千瓦。自从2013 年以来，光伏电站建设规模显着扩大，但是，随之带来的一系列电站质量问题，特别是组件品质问题，越来越突出。高衰减率，蜗牛纹组件等频发质量问题正在西部大型地面电站蔓延。第三方检测机构北京鉴衡认证中心副主席纪振告诉记者：“对国内32 个省市，容量3.3GW 的425 个包括大型地面电站和分布式电站所用组件检测发现，光伏组件主要存在热斑，衰减，隐裂，蜗牛纹等一系列问题”。甘肃某电站，抽检更是发现高达60%的光伏组件功率出现明显衰减。业内分析表示，通常而言，组件光电转换效率年均衰减应该控制在0.8%以内，然而上述组件衰减已经远远超过这一范围。

作为组件品质的重要原辅材，劣质EVA 在组件蜗牛纹，功率衰减中起着不容忽视的作用，在山东，盐城等光伏电站实际使用反馈过来的报告显示，采用劣质EVA 的组件最早3 个月内就出现明显的功率衰减，盐城某电站在1 年以内的功率衰减更是高达60%。笔者认为尽管使用劣质EVA 减少了每瓦的装机成本，但却大幅度减少了电站的使用年限，导致电站未达到使用寿命就发生衰减，甚至提前导致电站报废。电站的投资商应该重视组件BOM 清单，从组件实际发电年限来降低度电成本。