Jejak Siput pada Panel Surya: Penyebab dan Pencegahan
Daftar Isi
Jejak Siput pada Panel Surya: Penyebab dan Pencegahan
Garis abu-abu atau kuning-cokelat muncul di sepanjang retakan sel beberapa bulan setelah pemasangan, dan modul pun disalahkan. Jejak siput biasanya bersifat kosmetik. Retakan di bawahnya tidak. Pada lini modul, retakan adalah bagian yang Anda kendalikan.
Manufaktur Modul PV · Keandalan & Inspeksi Modul · oleh Jerry, Ooitech
1. Apa Itu Jejak Siput, dan Apa yang Bukan
Jejak siput, juga disebut jejak cacing atau tanda cacing, adalah perubahan warna abu-abu, kuning-cokelat, atau gelap pada bagian depan modul silikon kristalin. Biasanya mengikuti jari grid perak, tepi sel, atau jalur retakan sel. Pola terakhir itulah asal namanya: perubahan warna menelusuri retakan seperti jejak melintasi kaca.
IEA PVPS, program kolaboratif internasional untuk sistem tenaga fotovoltaik, mendeskripsikan jejak siput sebagai perubahan warna pada metalisasi depan dan melaporkan bahwa biasanya mulai terlihat sekitar tiga bulan hingga satu tahun setelah pemasangan. Waktunya bervariasi tergantung desain modul dan lingkungan operasi, itulah sebabnya dua instalasi yang tampak identik bisa berbeda.
Perbedaan yang menentukan sebagian besar argumen komersial adalah ini: jejak yang terlihat dan cacat elektrik yang mendasarinya bukanlah hal yang sama. Panduan IEA PVPS saat ini menyatakan bahwa jejak siput sendiri tidak memiliki pengaruh langsung yang terbukti terhadap kinerja modul. Yang dapat mengurangi keluaran atau menimbulkan pemanasan abnormal adalah kondisi terkait: retakan sel yang memisahkan wilayah aktif, jari grid yang rusak, interkoneksi yang cacat, atau ketidakcocokan arus di dalam substring.
Gbr. 1: Stasiun inspeksi EL inline pada lini modul. Monitor menampilkan citra elektroluminesensi, di mana retakan muncul sebagai garis gelap. Jejak siput yang diamati di lapangan sering mengikuti persis garis tersebut.
| Jejak siput adalah | Jejak siput bukan |
|---|---|
| Perubahan warna pada metalisasi depan, terlihat oleh mata | Bukti bahwa modul telah kehilangan daya |
| Pola yang biasanya mengikuti retakan, tepi sel, atau jari grid | Bukti bahwa retakan dibuat di lini produksi Anda |
| Bukti bahwa jalur dan reaksi kimia keduanya ada | Mode kegagalan yang sama dengan PID, LID, atau LeTID |
| Sering berkembang lambat dan sering stabil setelah terbentuk | Alasan otomatis untuk menolak pengiriman |
2. Bagaimana Jejak Siput Terbentuk: Retakan, Kimia, dan Transpor
Tidak ada satu penyebab tunggal yang menghasilkan jejak siput. Bukti yang dipublikasikan menunjukkan adanya interaksi, dan tiga kondisi harus tumpang tindih sebelum sesuatu menjadi terlihat.
| Kondisi | Apa artinya pada modul | Apa yang dapat Anda pengaruhi |
|---|---|---|
| Jalur | Mikrotakik, tepi sel, atau celah antar sel yang memungkinkan spesies bergerak di sepanjang metalisasi | Penanganan sel, pemotongan, stringing, lay-up, laminasi, dan beban pembingkaian |
| Kimia | Metalisasi perak bereaksi dengan spesies reaktif membentuk senyawa perak yang berubah warna | Formulasi enkapsulan dan backsheet, serta aditifnya |
| Transpor | Gas dan produk volatil bergerak melalui lapisan polimer, ditambah UV dan suhu yang mendorong reaksi | Sifat barier laminat dan bill of materials sebagai suatu sistem |
Bukti kimianya lebih spesifik daripada penjelasan populer. Studi mikroskopi dan kimia telah mengaitkan perubahan warna jejak siput dengan perubahan pada sistem metalisasi perak. Meyer dan rekan kerja mengidentifikasi nanopartikel perak dalam enkapsulan tepat di atas jari grid yang terdampak. Peng dan rekan kerja mengidentifikasi nanopartikel perak karbonat pada grid perak yang berubah warna. Penyelidikan lain melaporkan perak asetat, perak fosfat, perak karbonat, dan perak sulfida pada modul yang terpapar di lapangan. Fan dan rekan kerja mengidentifikasi perak asetat dan mengusulkan mekanisme yang melibatkan grid perak, oksigen, dan asam asetat di dekat mikrotakik.
Temuan-temuan itu tidak menyatu menjadi satu jalur universal, dan itu penting untuk cara Anda menetapkan spesifikasi material. Istilah "jejak siput" menggambarkan perubahan warna yang tampak serupa yang dapat dihasilkan oleh lebih dari satu interaksi material.
Satu hasil khususnya harus mengubah cara Anda membaca klaim pemasok. Fan dan rekan kerja memodelkan prosesnya dan menjalankan uji dipercepat. Dalam hasil mereka, mikrotakik bersama celah sel bertindak sebagai jalur transpor. Transmisi oksigen melalui backsheet memiliki pengaruh penting terhadap pembentukan perak asetat. Dalam rentang transmisi uap air yang diperiksa dalam studi tersebut, transmisi uap air tidak ditemukan mengendalikan pembentukan jejak siput.
Retakan adalah prasyarat umum untuk terbentuknya jejak sejajar retakan, tetapi itu tidak cukup. Banyak sel yang retak tidak pernah membentuk jejak yang terlihat. IEA PVPS mengidentifikasi kombinasi material modul, radiasi UV, dan suhu sebagai alasan penting mengapa kerentanan berbeda antar desain modul.
3. Snail Trail, PID, dan LID: Tiga Mode Penuaan, Tiga Klausul
Ketiga istilah ini sering dicampur dalam dokumen spesifikasi, dan kekeliruan itu mahal. Ketiganya memiliki pemicu berbeda, bukti berbeda, dan klausul uji berbeda. Menulis satu klausul umum "tanpa degradasi" tidak mencakup satupun dengan benar.
| Snail trail | PID | LID / LeTID | |
|---|---|---|---|
| Pemicu utama | Jalur ditambah kimia metalisasi perak, dengan transpor oksigen, UV, dan suhu | Tegangan sistem dikombinasikan dengan kelembapan dan suhu, mendorong migrasi ion dan shunting | Kinetika cacat terkait silikon bulk dan hidrogen di bawah iluminasi dan panas |
| Bagaimana tampilannya | Perubahan warna yang terlihat mengikuti retakan, grid finger, atau tepi sel | Kehilangan daya dan shunting, sering kali lebih berat pada tepi sel dekat rangka | Kehilangan daya tanpa pola visual yang khas |
| Pada citra EL | Sering bertepatan dengan retakan; area tidak aktif di mana retakan memisahkan area aktif | Area gelap, sering kali lebih berat di tepi, memengaruhi banyak sel | Kehilangan kontras secara bertahap, bukan satu pola terlokalisasi |
| Bukti yang perlu diminta | Rekaman visual plus citra EL plus kurva I-V terhadap baseline | Data uji damp-heat dan tegangan-stres sesuai IEC TS 62804 | Pengukuran illuminated soak dan dark-storage pada tipe sel yang Anda beli |
Untuk LID dan LeTID secara khusus, perilakunya bergantung pada teknologi sel dan tidak dapat ditransfer dari satu tipe sel ke tipe sel lain. Pengukuran kami sendiri pada sel n-type back-contact mengaitkan koefisien suhu steady-state, dinamika LeTID, dan kebocoran gelap, dan kesimpulannya secara eksplisit terbatas pada sel yang diukur, bukan pada keluarga teknologinya. Jika Anda membeli sel yang berbeda, Anda memerlukan data sel tersebut. Kami membahas pendekatan pengukuran lebih rinci dalam studi degradasi suhu dan LeTID pada sel n-type back-contact.
Untuk PID, kinerja anti-degradasi enkapsulan biasanya dinyatakan terhadap IEC TS 62804, dan perbandingan enkapsulan di situs ini mencantumkan parameter tersebut untuk setiap jenis film. Itulah tempat yang tepat untuk menjangkarkan klausul PID, karena kegagalan didorong oleh lingkungan listrik dan kelembapan yang harus diatasi oleh enkapsulan.
4. Di Mana Lini Anda Menciptakan Prasyarat: Retakan Sel
Snail trail membutuhkan jalur. Di sisi manufaktur, jalur itu adalah retakan, dan retakan berasal dari daftar singkat tempat. IEA PVPS mengidentifikasi penanganan sel, pemotongan, stringing, penyolderan, lay-up, laminasi, framing, dan tekanan mekanis lokal sebagai sumber potensial, serta menambahkan pengemasan, transportasi, dan instalasi sebagai sumber utama pasca-produksi.
Gbr. 2: Laminator modul dengan ruang terbuka. Laminasi menerapkan panas dan tekanan ke seluruh laminat, sehingga retakan apa pun yang ada saat lay-up terbawa ke modul jadi dan tidak lagi murah untuk dihilangkan.
Dua sinyal operasional patut diperhatikan. Pertama, pola retakan berulang di banyak modul biasanya menunjukkan mekanisme terkait produksi, bukan kerusakan penanganan acak. Kedua, kemunculan retakan saja tidak mengidentifikasi peristiwa penyebabnya, jadi pertanyaan yang berguna bukan "apakah ada retakan" melainkan "pada tahap mana retakan itu muncul".
Pertanyaan itu dapat dijawab jika Anda memeriksa di lebih dari satu titik. Ooitech membangun inspeksi EL untuk tiga posisi di lini, dan perbedaan spesifikasi di antara ketiganya memungkinkan Anda melokalisasi retakan, bukan hanya mendeteksinya.
| Model | Posisi | Pencitraan | Ukuran modul yang dicakup |
|---|---|---|---|
| OPT-M950B | Inline, otomatis, sebelum atau sesudah layup | 8 kamera (4 EL + 4 VI); 0,5 mm/piksel EL, 0,1 mm/piksel VI; siklus uji ≤20 s | Panjang 1650-2500 mm, lebar 992-1400 mm |
| OEL-CCD2400 | Offline, semi-otomatis, sebelum atau sesudah laminasi | 6 × 4 MP (total 24 MP), eksposur 1-60 s | Hingga 2600 × 1500 mm |
| OEL-S2400 | Offline, semi-otomatis, sebelum atau sesudah laminasi | 2 kamera, 6000 × 4000, eksposur 1-60 s | Hingga 2500 × 1400 mm |
| OPT-S110H | Tingkat string, sebelum layup | Inspeksi string sel | String, bukan modul |
5. Apa yang Dapat dan Tidak Dapat Dibuktikan EL Tentang Jejak
Pencitraan electroluminescence adalah metode tunggal paling informatif untuk menentukan apakah jejak yang terlihat bertepatan dengan retakan dan apakah ada area yang tidak aktif secara listrik. Metode ini juga paling sering terlalu dipercaya.
Citra EL bukanlah foto dengan lulus atau gagal otomatis. Arus maju yang diterapkan, sensitivitas kamera, eksposur, fokus, cahaya sekitar, suhu modul, dan normalisasi citra semuanya mengubah tampilan citra. IEC TS 60904-13 menetapkan bagaimana citra EL harus diambil dan diproses, serta memberikan panduan untuk interpretasi kualitatif. Area gelap dapat menunjukkan retakan, cacat interkoneksi, shunting, atau finger yang terputus. Membacanya dengan benar berarti menempatkan citra EL di samping citra visual, desain modul, dan data I-V.
Gbr. 3: Stasiun EL offline dengan meja kaca. Karena modul dimuat secara manual, stasiun ini tidak terikat waktu takt lini, sehingga menjadi tempat praktis untuk memeriksa ulang modul yang dicurigai atau unit yang dikembalikan.
| Metode | Apa yang dibuktikannya | Keterbatasan utama |
|---|---|---|
| Inspeksi visual | Mendokumentasikan jejak, delaminasi, gelembung, kondisi backsheet, dan bekas terbakar | Tidak dapat menunjukkan apakah retakan telah mengisolasi area sel aktif |
| Pencitraan EL | Menunjukkan retakan, area tidak aktif, dan gangguan jari | Tampilan bergantung pada arus, peralatan, eksposur, dan pemrosesan |
| Pengukuran I-V | Mengukur daya, arus, tegangan, fill factor, dan perubahan bentuk kurva | Memerlukan data iradiansi dan suhu yang andal serta dasar perbandingan yang valid |
| Termografi inframerah | Menemukan suhu abnormal sel, substring, dioda, kabel, atau kotak sambungan | Tidak mengungkap geometri retakan atau penyebab kimiawinya |
| Fluoresensi UV | Mengungkap penuaan polimer dan pola photobleaching di sekitar retakan dan tepi sel | Bukan pengukuran kelembapan kuantitatif dan tidak membuktikan jalur reaksi |
| Analisis laboratorium | Mengidentifikasi senyawa perak, produk korosi, dan komposisi polimer | Mungkin bersifat destruktif dan mahal; tidak cocok untuk penyaringan seluruh pembangkit |
Ada dua batasan yang perlu dinyatakan secara gamblang, karena keduanya menentukan apa yang bisa Anda janjikan kepada pelanggan. Pencitraan EL tidak dapat melihat di balik rangka aluminium atau di bawah kotak sambungan, sehingga apa pun di area tersebut harus diperiksa sebelum pemasangan rangka. Dan pencitraan EL tidak menjelaskan apa pun tentang kimia suatu jejak; ia menunjukkan konsekuensi elektriknya, bukan reaksi yang menyebabkan perubahan warna.
Ketika pertanyaannya bergeser dari "apakah ada retakan" menjadi "berapa biaya daya yang kita tanggung", EL tidak lagi menjadi instrumen yang tepat jika berdiri sendiri. Pengukuran I-V menyediakan angka tersebut, dan kedua hasil harus dibandingkan per barcode modul agar data elektrik satu modul dan citra satu modul tetap terhubung. Prosedur pengukurannya dijelaskan dalam cara mengukur kurva I-V modul PV surya secara akurat, dan keputusan tata letak stasiun dibahas dalam pengujian EL untuk panel surya: pengaturan inline vs offline.
6. Mengurangi Risiko Snail-Trail pada Material dan Proses
Jika Anda tidak dapat menghilangkan setiap retakan, tuas berikutnya adalah kimia. Di sinilah pilihan enkapsulan dan backsheet masuk ke dalam diskusi, dan di sinilah beberapa klaim umum perlu dikualifikasi.
Gbr. 4: Film enkapsulan. Film ini adalah lapisan yang benar-benar bersentuhan dengan kisi perak, sehingga formulasinya dan aditifnya menentukan spesies reaktif apa yang tersedia di dekat metalisasi.
Pada modul berbasis EVA, degradasi dapat menghasilkan asam asetat, dan asam asetat adalah salah satu spesies yang terlibat dalam produk reaksi yang mengandung perak. Beralih ke enkapsulan berbasis poliolefin dapat menghilangkan jalur deasetilasi EVA menuju asam asetat. Ini bukan jaminan universal terhadap perubahan warna: adhesi, aditif, kondisi laminasi, stabilitas optik, sifat listrik, dan kompatibilitas antarmuka jangka panjang tetap harus dievaluasi sebagai sistem material yang lengkap.
Perbandingan enkapsulan yang diterbitkan di situs ini mencantumkan parameter yang relevan untuk keputusan ini, dan parameter-parameter tersebut layak dibaca sebagai satu kesatuan.
| Parameter | Nilai di seluruh rentang film | Mengapa penting untuk suatu jejak |
|---|---|---|
| Laju transmisi uap air | Dari 5-10 g/m²/hari hingga 30-40 g/m²/hari (ASTM F1249), dengan film berbasis poliolefin di ujung bawah | Mengatur kelembapan yang mencapai sel dan metalisasi, meskipun ini bukan faktor pengendali yang teridentifikasi untuk pembentukan perak-asetat |
| Komposisi bebas asam | Dinyatakan untuk film poliolefin dalam perbandingan | Menghilangkan jalur deasetilasi EVA yang menghasilkan asam asetat |
| Kinerja anti-PID | Dikutip per jenis film terhadap IEC TS 62804 | Memisahkan klausul PID dari diskusi snail-trail, yang merupakan mode kegagalan berbeda |
| Suhu pemrosesan | 145-155 °C di seluruh film yang dibandingkan (analisis DSC) | Menetapkan jendela laminasi, dan jendela yang tidak sesuai memicu masalah delaminasi dan adhesi tersendiri |
| Kekuatan kupas terhadap kaca | Di atas 90 hingga di atas 120 N/cm tergantung film (ISO 11339) | Kegagalan adhesi membuka antarmuka tempat transportasi dan korosi dimulai |
Pemilihan backsheet layak mendapat perlakuan yang sama, dan di sini buktinya mudah terlewat. Penelitian tentang aditif foil polimer telah menunjukkan bahwa aditif dalam foil itu sendiri dapat memicu pembentukan snail-trail, yang berarti dua backsheet dengan permeabilitas lembar data yang serupa dapat berperilaku berbeda di lapangan. Meninjau hanya angka barier utama saja tidak cukup. Perbandingan lengkap jenis film, termasuk kolom bebas asam dan anti-PID, dijelaskan dalam panduan kami tentang Film enkapsulan EVA, POE, dan EPE untuk pembuatan panel surya.
Laminasi berada di antara pilihan material dan retakan. Retakan yang ada saat penyusunan terbawa ke laminat jadi, dan proses laminasi di luar jendela menambahkan cacatnya sendiri, termasuk gelembung, delaminasi, dan frame jumping. Ini adalah mode kegagalan terpisah dengan penyebab terpisah, dan dibahas dalam cara memilih laminator modul surya yang tepat dan dalam penyebab sebenarnya di balik gelembung modul surya.
7. FAQ
Apakah snail trail mengurangi keluaran daya panel surya?
Perubahan warna yang terlihat itu sendiri tidak memiliki pengaruh langsung yang terbukti terhadap kinerja modul. Risikonya berasal dari apa yang diikuti oleh jejak tersebut. Jika retakan yang mendasarinya memisahkan area aktif sel, memutus jari-jari grid, atau menciptakan ketidakcocokan arus di dalam substring, output dapat turun. Sebuah studi yang sering dikutip membandingkan modul dengan jejak yang terlihat terhadap modul referensi yang bersih. Empat modul terpilih menghasilkan sekitar 68% hingga 88% dari output energi referensi. Para penulis mengaitkan kekurangan tersebut dengan mikrocrack dan area sel yang rusak, bukan pada perubahan warna. Keempat modul tersebut bukan sampel acak, sehingga rentang tersebut tidak boleh dianggap sebagai tipikal. Satu-satunya jawaban yang andal untuk modul tertentu adalah pengukuran I-V terhadap baseline.
Apa yang sebenarnya menyebabkan snail trail?
Interaksi, bukan satu penyebab. Karya yang dipublikasikan menunjukkan tiga kondisi yang saling tumpang tindih: jalur seperti mikrocrack atau tepi sel, kimia yang melibatkan metalisasi perak dan spesies reaktif, serta transportasi oksigen dan produk volatil melalui lapisan polimer. UV dan suhu mendorong reaksi tersebut. Berbagai senyawa perak telah diidentifikasi pada modul yang terdampak, termasuk perak asetat, perak karbonat, perak fosfat dan perak sulfida, yang menunjukkan bahwa lebih dari satu jalur kimia menghasilkan tampilan serupa.
Apakah masuknya uap air penyebabnya?
Tidak dengan sendirinya, dan di sinilah penjelasan populer terlalu menyederhanakan. Dalam pemodelan dan uji dipercepat yang mengidentifikasi perak asetat, transmisi oksigen melalui backsheet memiliki pengaruh penting terhadap pembentukan, sedangkan transmisi uap air tidak ditemukan mengendalikannya dalam rentang yang diuji. Kelembapan tetap penting untuk korosi, degradasi enkapsulan dan delaminasi. Namun jika pemasok menjawab kekhawatiran snail-trail Anda hanya dengan angka transmisi uap air, jawabannya tidak lengkap.
Berapa lama setelah pemasangan snail trail muncul?
IEA PVPS melaporkan bahwa jejak siput biasanya mulai terlihat sekitar tiga bulan hingga satu tahun setelah pemasangan. Waktunya bergantung pada desain modul dan lingkungan operasi. Keterlambatan itulah alasan klausul penerimaan berbasis penampilan menimbulkan sengketa: kondisi ini sering berkembang jauh setelah modul meninggalkan gerbang pabrik.
Apakah snail trail sama dengan PID?
Tidak. PID didorong oleh tegangan sistem yang dikombinasikan dengan kelembapan dan suhu, menyebabkan migrasi ion dan shunting, dan dievaluasi dengan pengujian damp-heat dan tegangan-stres sesuai IEC TS 62804. Snail trail terkait dengan jalur fisik ditambah kimia metalisasi perak. Sebuah modul dapat memiliki salah satunya tanpa yang lain. Perlakukan keduanya sebagai dua klausul dalam spesifikasi, bukan satu.
Apakah beralih dari EVA ke POE akan mencegah snail trail?
Itu menghilangkan satu jalur, karena enkapsulan poliolefin tidak menghasilkan asam asetat seperti yang dapat dilakukan EVA. Itu bukan jaminan. Adhesi, aditif, kondisi laminasi, stabilitas optik dan kompatibilitas jangka panjang dengan lapisan yang berdekatan juga memengaruhi apakah perubahan warna muncul. Evaluasi laminat sebagai suatu sistem, dan perhatikan bahwa aditif dalam foil backsheet sendiri telah terbukti memicu pembentukan jejak.
Dapatkah snail trail dihilangkan atau diperbaiki?
Tidak. Perubahan warna adalah perubahan pada metalisasi dan pada enkapsulan di atasnya, dan berada di dalam laminat yang tersegel. Membersihkan kaca tidak memengaruhinya. Inilah sebabnya pencegahan dan deteksi dini adalah satu-satunya tuas praktis, dan mengapa titik intervensi yang berguna adalah retakan di lini Anda, jauh sebelum jejak apa pun muncul.
Haruskah saya menolak pengiriman karena snail trail?
Tidak hanya berdasarkan penampilan, dan tidak tanpa bukti. Mintalah citra EL dari modul yang terdampak dan kurva I-V terhadap data flash pabrik. Keputusan harus didasarkan pada apakah ada area yang tidak aktif secara elektrik, jari grid yang putus atau kesalahan interkoneksi. Jejak yang tidak bertepatan dengan kelainan listrik adalah temuan kosmetik; jejak yang bertepatan dengan area sel yang terpisah adalah temuan kinerja dan garansi.
Bagaimana saya mendeteksi retakan yang akan diikuti oleh jejak?
Dengan pencitraan EL pada lebih dari satu tahap produksi. Satu stasiun di ujung lini memastikan bahwa retakan ada tetapi tidak dapat memberi tahu Anda apakah stringer, langkah lay-up atau mesin framing yang menyebabkannya. Inspeksi tingkat string sebelum layup ditambah inspeksi tingkat modul setelah laminasi melokalisasi tahapnya, yang memungkinkan Anda memperbaiki proses pada sumbernya.
Pemikiran Akhir
Perlakukan snail trail sebagai dua pertanyaan, bukan satu. Jejak adalah hasil material dan kimia yang Anda pengaruhi melalui sistem enkapsulan dan backsheet. Retakan yang diikuti oleh jejak adalah hasil proses yang Anda pengaruhi di lini, dan itulah yang membawa risiko listrik. Tentukan kriteria penerimaan Anda dalam hal citra EL dan data I-V pada tahap produksi yang disebutkan, lalu mintalah laju transmisi oksigen bersama dengan laju transmisi uap air saat Anda mengualifikasi laminat. Jika Anda memberi tahu kami ukuran modul, teknologi sel dan di mana Anda ingin inspeksi ditempatkan, kami akan mengusulkan konfigurasi EL dan tahap inspeksi spesifik.
