태양광 패널의 달팽이 흔적: 원인과 예방

설치 후 몇 달이 지나면 셀 균열을 따라 회색 또는 황갈색 선이 나타나고, 모듈이 그 원인으로 지목됩니다. 달팽이 자국은 대개 외관상의 문제입니다. 그 아래의 균열은 그렇지 않습니다. 모듈 라인에서는 균열이 바로 여러분이 관리할 수 있는 부분입니다.

PV 모듈 제조 · 모듈 신뢰성 및 검사 · Jerry, Ooitech 작성

1. 달팽이 자국이란 무엇이며, 무엇이 아닌가

달팽이 자국(snail trail)은 달팽이 흔적(snail track) 또는 벌레 자국(worm mark)이라고도 하며, 결정질 실리콘 모듈 전면에 나타나는 회색, 황갈색 또는 어두운 변색입니다. 이는 대개 은색 그리드 핑거, 셀 가장자리, 또는 셀 균열의 경로를 따라 나타납니다. 마지막 패턴이 바로 이 이름의 유래입니다. 변색이 마치 유리를 가로지르는 흔적처럼 균열을 따라가기 때문입니다.

태양광 발전 시스템에 관한 국제 협력 프로그램인 IEA PVPS는 달팽이 흔적을 전면 금속화층의 변색으로 설명하며, 일반적으로 설치 후 약 3개월에서 1년 사이에 육안으로 보이기 시작한다고 보고합니다. 시기는 모듈 설계와 운전 환경에 따라 달라지므로, 겉보기에 동일해 보이는 두 설치 현장도 서로 다르게 나타날 수 있습니다.

대부분의 상업적 분쟁을 결정짓는 구분은 이것입니다: 눈에 보이는 자국과 그 아래의 전기적 결함은 같은 것이 아닙니다. 현재 IEA PVPS 지침에 따르면 달팽이 흔적 자체는 모듈 성능에 직접적인 영향을 미친다는 것이 입증되지 않았습니다. 출력을 감소시키거나 비정상적인 발열을 일으킬 수 있는 것은 이와 연관된 상태입니다: 활성 영역을 분리하는 셀 균열, 손상된 그리드 핑거, 결함이 있는 상호 연결부, 또는 서브스트링 내부의 전류 불일치 등입니다.

그림 1: 모듈 라인의 인라인 EL 검사 스테이션. 모니터에는 전계발광 이미지가 표시되며, 균열은 어두운 선으로 나타납니다. 현장에서 관찰되는 달팽이 자국은 흔히 바로 그 선을 따라갑니다.

2. 스네일 트레일이 형성되는 방식: 균열, 화학 반응 및 이동

스네일 트레일을 일으키는 단일 원인은 없습니다. 공개된 증거는 상호작용을 가리키며, 무언가가 눈에 보이게 되기 전에 세 가지 조건이 겹쳐야 합니다.

화학적 증거는 대중적인 설명보다 더 구체적입니다. 현미경 및 화학 연구는 달팽이 흔적 변색을 은 금속화 시스템의 변화와 연결했습니다. Meyer와 동료들은 영향을 받은 그리드 핑거 바로 위의 봉지재에서 은 나노입자를 확인했습니다. Peng과 동료들은 변색된 은 그리드에서 탄산은 나노입자를 확인했습니다. 다른 연구들은 야외에 노출된 모듈에서 초산은, 인산은, 탄산은 및 황화은을 보고했습니다. Fan과 동료들은 초산은을 확인하고 미세 균열 근처의 은 그리드, 산소 및 초산과 관련된 메커니즘을 제안했습니다.

이러한 발견들은 하나의 보편적인 경로로 합쳐지지 않으며, 이는 자재를 어떻게 규정하는지에 중요합니다. "달팽이 흔적"이라는 용어는 하나 이상의 재료 상호작용이 생성할 수 있는 시각적으로 유사한 변색을 설명합니다.

특히 한 가지 결과는 공급업체의 주장을 읽는 방식을 바꿔야 합니다. Fan과 동료들은 그 과정을 모델링하고 가속 시험을 실행했습니다. 그들의 결과에서 미세 균열과 셀 갭이 함께 이동 경로 역할을 했습니다. 백시트를 통한 산소 투과는 초산은 형성에 중요한 영향을 미쳤습니다. 해당 연구에서 조사된 수증기 투과 범위 내에서, 수증기 투과는 달팽이 흔적 형성을 제어하는 것으로 나타나지 않았습니다 .

크랙은 크랙 정렬 트레일의 흔한 전제 조건이지만 충분 조건은 아닙니다. 크랙이 있는 많은 셀에서 눈에 보이는 트레일이 전혀 발생하지 않습니다. IEA PVPS는 모듈 재료, UV 복사 및 온도의 조합을 모듈 설계 간 취약성이 다른 중요한 이유로 지목합니다.

3. 스네일 트레일, PID 및 LID: 세 가지 열화 모드, 세 가지 조항

이 세 용어는 사양 문서에서 함께 혼용되며, 그 혼동은 비용이 많이 듭니다. 이들은 서로 다른 원인, 다른 증거, 다른 시험 조항을 가집니다. 하나의 일반적인 "열화 없음" 조항을 작성하면 어느 것도 제대로 포괄하지 못합니다.

특히 LID 및 LeTID의 경우, 거동은 셀 기술에 따라 달라지며 한 셀 유형에서 다른 셀 유형으로 전이될 수 없습니다. 백컨택트 n형 셀에 대한 자체 측정은 정상 상태 온도 계수, LeTID 동역학 및 암 누설을 함께 연결하며, 결론은 기술군이 아니라 측정된 셀에 명시적으로 제한됩니다. 다른 셀을 구매하면 해당 셀의 데이터가 필요합니다. 측정 접근 방식은 n형 백컨택트 셀의 온도 열화 및 LeTID 연구.

에서 더 자세히 다룹니다. PID의 경우, 봉지재의 내열화 성능은 일반적으로 IEC TS 62804에 대해 명시되며, 이 사이트의 봉지재 비교는 각 필름 유형에 대해 해당 매개변수를 나열합니다. 이는 PID 조항을 정박할 올바른 위치인데, 고장이 봉지재가 견뎌야 하는 전기 및 습기 환경에 의해 유발되기 때문입니다.

4. 귀하의 라인이 전제 조건을 만드는 곳: 셀 크랙

스네일 트레일에는 경로가 필요합니다. 제조 측면에서 그 경로는 크랙이며, 크랙은 짧은 목록의 장소에서 발생합니다. IEA PVPS는 셀 취급, 절단, 스트링잉, 솔더링, 레이업, 라미네이션, 프레이밍 및 국소 기계적 압력을 잠재적 원인으로 지목하고, 포장, 운송 및 설치를 주요 생산 후 원인으로 추가합니다.

그림 2: 챔버가 열린 모듈 라미네이터. 라미네이션은 전체 라미네이트에 열과 압력을 가하므로 레이업 시 존재하는 크랙은 완성된 모듈로 이어지며 더 이상 저렴하게 제거할 수 없습니다.

두 가지 운영 신호를 주시할 가치가 있습니다. 첫째, 여러 모듈에 걸친 반복적인 크랙 패턴은 일반적으로 무작위 취급 손상이 아니라 생산 관련 메커니즘을 나타냅니다. 둘째, 크랙 모양만으로는 이를 유발한 사건을 식별할 수 없으므로, 유용한 질문은 "크랙이 있는가"가 아니라 "어느 단계에서 나타났는가"입니다.

이 질문은 두 개 이상의 지점에서 검사하면 답할 수 있습니다. Ooitech는 라인상 세 위치에 대한 EL 검사를 구축하며, 이들 간의 사양 차이가 크랙을 검출할 뿐만 아니라 국소화할 수 있게 합니다.

5. EL이 트레일에 대해 증명할 수 있는 것과 없는 것

전계발광 이미징은 가시적 트레일이 크랙과 일치하는지 그리고 전기적으로 비활성 영역이 존재하는지 결정하는 가장 정보가 많은 단일 방법입니다. 또한 가장 자주 과신되는 방법이기도 합니다.

EL 이미지는 자동 합격 또는 불합격이 있는 사진이 아닙니다. 인가 순방향 전류, 카메라 감도, 노출, 초점, 주변광, 모듈 온도 및 이미지 정규화는 모두 이미지가 보이는 방식을 변화시킵니다. IEC TS 60904-13은 EL 이미지가 어떻게 캡처되고 처리되어야 하는지 명시하고 정성적 해석에 대한 지침을 제공합니다. 어두운 영역은 크랙, 상호 연결 결함, 션팅 또는 핑거 중단을 나타낼 수 있습니다. 올바르게 읽는다는 것은 EL 이미지를 시각 이미지, 모듈 설계 및 I-V 데이터 옆에 놓는 것을 의미합니다.

그림 3: 유리 스테이지가 있는 오프라인 EL 스테이션. 모듈을 손으로 적재하므로 스테이션은 라인 택트 시간에 구속되지 않아 의심스러운 모듈이나 반환된 유닛을 재검사하기에 실용적인 장소입니다.

고객에게 약속할 수 있는 것을 결정하기 때문에 분명히 밝혀둘 만한 두 가지 한계가 있습니다. EL 이미징은 알루미늄 프레임 뒤나 정션박스 아래를 볼 수 없으므로, 해당 영역의 모든 것은 프레임 체결 전에 확인해야 합니다. 그리고 EL 이미징은 흔적의 화학적 성질에 대해서는 아무것도 말해주지 않습니다. 변색을 일으킨 반응이 아니라 전기적 결과를 보여줄 뿐입니다.

질문이 "균열이 있는가"에서 "전력 손실이 얼마였는가"로 바뀌면, EL만으로는 더 이상 적합한 도구가 아닙니다. I-V 측정이 그 숫자를 제공하며, 두 결과는 모듈 바코드별로 비교되어 한 모듈의 전기 데이터와 한 모듈의 이미지가 연결된 상태로 유지되어야 합니다. 측정 절차는 태양광 PV 모듈의 I-V 곡선을 정확하게 측정하는 방법, 그리고 스테이션 배치 결정은 태양광 패널 EL 테스트: 인라인 vs 오프라인 설정.

6. 재료 및 공정에서 스네일 트레일 위험 줄이기

모든 균열을 제거할 수 없다면, 다음 지렛대는 화학입니다. 바로 여기서 봉지재와 백시트 선택이 논의에 들어오며, 여러 일반적인 주장에 대해 조건을 달아야 합니다.

그림 4: 봉지재 필름. 이 필름은 은 그리드가 실제로 맞닿아 있는 층이므로, 그 배합과 첨가제가 금속화부 근처에 어떤 반응성 종이 존재할 수 있는지를 결정합니다.

EVA 기반 모듈에서는 열화로 아세트산이 생성될 수 있으며, 아세트산은 은 함유 반응 생성물에 연루된 종 중 하나입니다. 폴리올레핀 기반 봉지재로 전환하면 아세트산으로 가는 EVA 탈아세틸화 경로를 제거할 수 있습니다. 이것이 변색에 대한 보편적 보증은 아닙니다. 접착력, 첨가제, 라미네이션 조건, 광학적 안정성, 전기적 특성 및 장기 계면 호환성은 여전히 완전한 재료 시스템으로 평가되어야 합니다.

이 사이트에 게시된 봉지재 비교는 이 결정과 관련된 매개변수를 나열하고 있으며, 이들은 하나의 세트로 읽어볼 가치가 있습니다.

백시트 선택도 같은 취급을 받을 만하며, 여기서 증거를 놓치기 쉽습니다. 폴리머 포일 첨가제에 관한 연구는 포일 자체의 첨가제가 스네일 트레일 형성을 유발할 수 있음을 보여주었으며, 이는 데이터시트 투과율이 비슷한 두 백시트가 현장에서 다르게 거동할 수 있음을 의미합니다. 헤드라인 배리어 수치만 검토하는 것으로는 충분하지 않습니다. 무산 및 내PID 항목을 포함한 필름 유형의 전체 비교는 다음 가이드에 제시되어 있습니다: 태양광 패널 제조용 EVA, POE 및 EPE 봉지재 필름.

라미네이션은 재료 선택과 균열 사이에 위치합니다. 적층 시점에 존재하는 균열은 완성된 라미네이트로 이어지며, 윈도를 벗어난 라미네이션 공정은 기포, 박리 및 프레임 점핑을 포함한 자체 결함을 추가합니다. 이들은 원인이 각기 다른 별개의 고장 모드이며, 다음에서 다룹니다: 올바른 태양광 모듈 라미네이터를 선택하는 방법 및 태양광 모듈 기포 뒤의 실제 원인.

7. FAQ

스네일 트레일은 태양광 패널 전력 출력을 감소시키는가?

눈에 보이는 변색 자체는 모듈 성능에 직접적인 영향을 미친다는 것이 입증되지 않았습니다. 위험은 그 흔적이 따라가는 것에서 비롯됩니다. 만약 기저의 균열이 셀의 활성 영역을 분리하거나, 그리드 핑거를 끊거나, 서브스트링 내부에 전류 불일치를 일으키면 출력이 떨어질 수 있습니다. 자주 인용되는 한 연구는 눈에 보이는 흔적이 있는 모듈을 깨끗한 기준 모듈과 비교했습니다. 선정된 네 개의 모듈은 기준 에너지 출력의 약 68%에서 88%를 생산했습니다. 저자들은 그 부족분을 변색이 아니라 마이크로크랙과 손상된 셀 영역에 기인한다고 보았습니다. 그 네 개의 모듈은 무작위 표본이 아니었으므로 그 범위를 일반적인 것으로 간주해서는 안 됩니다. 특정 모듈에 대한 유일하게 신뢰할 수 있는 답은 기준선 대비 I-V 측정입니다.

달팽이 흔적은 실제로 무엇이 원인인가요?

하나의 원인이 아니라 상호작용입니다. 발표된 연구는 세 가지 겹치는 조건을 지적합니다: 마이크로크랙이나 셀 가장자리와 같은 경로, 은 금속화와 반응성 종을 포함하는 화학 반응, 그리고 폴리머 층을 통한 산소와 휘발성 생성물의 이동입니다. UV와 온도가 반응을 촉진합니다. 영향을 받은 모듈에서 아세트산은, 탄산은, 인산은, 황화은을 포함한 다양한 은 화합물이 확인되었으며, 이는 하나 이상의 화학적 경로가 유사한 외관을 만들어낸다는 것을 시사합니다.

수분 침투가 원인인가요?

그 자체로는 아니며, 이 지점에서 대중적인 설명이 지나치게 단순화됩니다. 아세트산은을 확인한 모델링 및 가속 시험에서 백시트를 통한 산소 투과가 형성에 중요한 영향을 미친 반면, 수증기 투과는 조사된 범위 내에서 이를 제어하는 것으로 나타나지 않았습니다. 습도는 여전히 부식, 봉지재 열화 및 박리에 중요합니다. 그러나 공급업체가 달팽이 흔적 우려에 대해 수증기 투과 수치만으로 답한다면, 그 답은 불완전합니다.

설치 후 얼마나 지나야 달팽이 흔적이 나타나나요?

IEA PVPS는 달팽이 흔적이 일반적으로 설치 후 약 3개월에서 1년 사이에 눈에 보이기 시작한다고 보고합니다. 시기는 모듈 설계와 운전 환경에 따라 달라집니다. 이러한 지연이 외관 기반 검수 조항이 분쟁을 일으키는 이유입니다: 이 상태는 종종 모듈이 공장 문을 떠난 후 한참 뒤에 발생합니다.

달팽이 흔적은 PID와 같은 것인가요?

아닙니다. PID는 시스템 전압과 습도 및 온도의 결합에 의해 발생하여 이온 이동과 션트를 일으키며, IEC TS 62804에 따른 습열 및 전압 스트레스 시험으로 평가됩니다. 달팽이 흔적은 물리적 경로와 은 금속화 화학 반응과 관련됩니다. 한 모듈이 둘 중 하나만 가질 수 있습니다. 이들을 하나가 아니라 사양서의 두 조항으로 취급하십시오.

EVA에서 POE로 전환하면 달팽이 흔적을 예방할 수 있나요?

한 가지 경로를 제거합니다. 폴리올레핀 봉지재는 EVA처럼 아세트산을 생성하지 않기 때문입니다. 그것이 보장은 아닙니다. 접착력, 첨가제, 라미네이션 조건, 광학적 안정성 및 인접 층과의 장기적 호환성도 변색 발생 여부에 영향을 미칩니다. 라미네이트를 시스템으로 평가하고, 백시트 포일의 첨가제 자체가 흔적 형성을 유발하는 것으로 나타났다는 점에 유의하십시오.

달팽이 흔적을 제거하거나 수리할 수 있나요?

아니요. 변색은 금속화와 그 위의 봉지재의 변화이며, 밀봉된 라미네이트 내부에 있습니다. 유리를 세척해도 영향을 미치지 않습니다. 이것이 예방과 조기 감지가 유일한 실질적 수단인 이유이며, 유용한 개입 지점이 흔적이 나타나기 훨씬 전인 라인 상의 균열인 이유입니다.

달팽이 흔적 때문에 선적을 거부해야 하나요?

외관만으로는 안 되고, 증거 없이는 안 됩니다. 영향을 받은 모듈의 EL 이미지와 공장 플래시 데이터 대비 I-V 곡선을 요청하십시오. 결정은 전기적으로 비활성인 영역, 끊어진 그리드 핑거 또는 인터커넥트 결함이 존재하는지에 달려야 합니다. 전기적 이상과 일치하지 않는 흔적은 외관상의 발견이며, 분리된 셀 영역과 일치하는 흔적은 성능 및 보증상의 발견입니다.

흔적이 따라갈 균열을 어떻게 감지하나요?

둘 이상의 생산 단계에서 EL 이미징을 사용합니다. 라인 끝의 단일 스테이션은 균열이 존재함을 확인하지만 스트링거, 레이업 단계 또는 프레이밍 프레스가 그것을 도입했는지 알려줄 수 없습니다. 레이업 전 스트링 수준 검사와 라미네이션 후 모듈 수준 검사를 결합하면 단계를 국소화할 수 있으며, 이것이 공정을 근원에서 수정할 수 있게 해줍니다.

최종 생각

달팽이 흔적을 하나가 아니라 두 가지 질문으로 취급하십시오. 흔적은 봉지재와 백시트 시스템을 통해 영향을 미치는 재료 및 화학적 결과물입니다. 흔적이 따라가는 균열은 라인에서 영향을 미치는 공정 결과물이며, 전기적 위험을 수반하는 쪽입니다. 지정된 생산 단계에서 EL 이미지와 I-V 데이터 측면에서 허용 기준을 결정한 다음, 라미네이트를 인증할 때 수증기 투과율과 함께 산소 투과율을 요청하십시오. 모듈 크기, 셀 기술 및 검사 위치를 알려주시면 EL 구성과 구체적인 검사 단계를 제안해 드리겠습니다.