——バッテリーのよくあるトラブル
モジュール表面に網目状の亀裂が発生する原因は、溶接や取り扱い時にセルが外力を受けたり、予熱なしに低温で急激に高温にさらされたりすることで亀裂が発生することです。網目状の亀裂はモジュールの電力減衰に影響を与え、長期間経過すると、破片やホットスポットがモジュールの性能に直接影響を及ぼします。
セル表面のネットワーククラックといった品質問題は、人手による検査で発見する必要があります。表面ネットワーククラックは一度発生すると、3～4年で大規模に発生します。網状クラックは、最初の3年間は肉眼では確認が困難でした。現在では、ホットスポット画像は通常ドローンで撮影され、ホットスポットのある部品のEL測定によって、クラックが既に発生していることが明らかになっています。
セルスライバーは、通常、溶接時の不適切な操作、作業員による不適切な取り扱い、またはラミネーターの故障によって発生します。スライバーの部分的な故障、電力減衰、あるいは単一セルの完全な故障は、モジュール全体の電力減衰に影響を与えます。
現在、ほとんどのモジュール工場はハーフカットの高出力モジュールを保有しており、一般的にハーフカットモジュールの破損率は高くなっています。現在、大手5社と中小企業4社は、このような亀裂を許容しないことを要求しており、様々な工程で部品のEL検査を実施しています。まず、モジュール工場から現場に搬入後、EL画像を検査し、モジュール工場の搬入・輸送中に隠れた亀裂がないことを確認します。次に、設置後にELを測定し、工事施工中に隠れた亀裂がないことを確認します。
一般的に、低品質のセルが高品質の部品に混入（原材料の混合／工程内での材料の混合）されるため、部品全体の電力に容易に影響を与え、部品の電力は短期間で大幅に低下します。効率の悪いチップ領域はホットスポットを発生させ、部品を焼損させる可能性もあります。
モジュール工場では、一般的にセルを100個または200個の電力レベルに分割するため、各セルに対して電力テストを実行せず、抜き取り検査を行うため、低品質セルの自動組立ラインでこのような問題が発生します。 現在、セルの混合プロファイルは、一般的に赤外線画像によって判断できますが、赤外線画像が混合プロファイル、隠れた亀裂、またはその他の阻害要因によって引き起こされたかどうかを判断するには、さらにEL分析が必要です。
雷条は通常、電池シートの亀裂、または負極銀ペースト、EVA、水蒸気、空気、太陽光の複合作用によって引き起こされます。EVAと銀ペーストの不適合とバックシートの高い透水性も雷条を引き起こす可能性があります。雷条の発生時に発生する熱が増加し、熱膨張と収縮により電池シートに亀裂が生じ、モジュールにホットスポットが発生しやすくなり、モジュールの劣化を加速させ、モジュールの電気性能に影響を与えます。実際の事例では、発電所の電源が入っていない場合でも、太陽光に4年間さらされると、部品に多くの雷条が現れることが示されています。テスト電力の誤差は非常に小さいですが、EL画像は依然としてはるかに悪化します。
PIDやホットスポットの発生原因は多岐にわたります。例えば、異物の詰まり、セル内の隠れた亀裂、セルの欠陥、高温多湿環境における太陽光発電インバータアレイの接地方法に起因する太陽光発電モジュールの深刻な腐食や劣化などが、ホットスポットやPIDの原因となる可能性があります。近年、バッテリーモジュール技術の変革と進歩に伴い、PID現象は稀になってきましたが、初期の発電所ではPIDの発生を完全に保証することはできませんでした。PIDの修復には、部品自体だけでなく、インバータ側も含めた全体的な技術革新が必要です。
- はんだリボン、バスバー、フラックスに関するよくある質問
はんだ付け温度が低すぎたり、フラックスの塗布量が少なすぎたり、速度が速すぎたりすると、偽はんだ付けにつながり、はんだ付け温度が高すぎたり、はんだ付け時間が長すぎたりすると、過剰はんだ付けを引き起こします。2010年から2015年の間に製造された部品では、偽はんだ付けと過剰はんだ付けが頻繁に発生しましたが、主な理由は、この期間中に中国の製造工場の組立ライン設備が外国からの輸入から国産化に変わり始め、当時の企業のプロセス基準が低下したため、この期間に製造された部品の品質が低下したためです。
溶接が不十分だと、短期間でリボンとセルが剥離し、モジュールの電力減衰や故障に影響を及ぼします。また、はんだ付けが多すぎると、セルの内部電極が損傷し、モジュールの電力減衰に直接影響を及ぼし、モジュールの寿命が短くなったり、スクラップの原因になったりします。
2015年以前に製造されたモジュールは、リボンのオフセット面積が広い場合が多く、これは通常、溶接機の位置決め不良が原因です。オフセットにより、リボンと電池領域の接触面積が減少し、層間剥離が発生したり、電力減衰に影響を与えたりします。さらに、温度が高すぎるとリボンの曲げ硬度が高くなりすぎて、溶接後に電池シートが曲がり、電池チップの破片が発生します。現在、セルグリッド線の増加に伴い、リボンの幅はますます狭くなっており、溶接機の精度向上が求められ、リボンのオフセットはますます小さくなっています。
バスバーとはんだストリップとの接触面積が小さい、あるいは仮想はんだ付け抵抗が増大し、熱によって部品が焼損する可能性が高くなります。部品は短期間で著しく減衰し、長期間の使用後には焼損し、最終的には廃棄につながります。現状では、このような問題を早期に防止する効果的な方法はありません。これは、適用端でバスバーとはんだストリップ間の抵抗を測定する実用的な手段がないためです。交換部品は、表面の焼損が明らかになった場合にのみ取り外す必要があります。
溶接機のフラックス注入量を過剰に調整したり、作業員が手直し作業中にフラックスを過剰に塗布したりすると、メイングリッドラインのエッジが黄変し、部品のメイングリッドライン位置におけるEVAの剥離に影響を及ぼします。長期運転後には雷模様の黒い斑点が現れ、部品に影響を与えます。電力低下により、部品寿命が短縮したり、廃棄につながったりする可能性があります。
——EVA/バックプレーンに関するよくある質問
EVAの剥離の原因としては、EVAの架橋度が不適切であること、EVA、ガラス、バックシートなどの原材料表面に付着した異物、常温では溶解しないEVA原材料（エチレン、酢酸ビニルなど）の組成不均一などが挙げられます。剥離面積が小さい場合はモジュールの高出力故障に影響し、剥離面積が大きい場合はモジュールの故障や廃棄に直結します。EVAの剥離は一度発生すると修復不可能です。
ここ数年、EVAの剥離は部品において頻繁に発生しています。コスト削減のため、一部の企業ではEVAの架橋度が不十分で、厚さが0.5mmから0.3mm、0.2mmへと薄くなっています。
EVA基板に気泡が発生する一般的な原因は、ラミネーターの真空引き時間が短すぎる、温度設定が低すぎる、または高すぎるなどです。これにより気泡が発生するか、内部が清潔でなく異物が存在する可能性があります。部品の気泡はEVAバックプレーンの層間剥離に影響を与え、深刻な廃棄につながります。このような問題は部品製造時に発生することが多く、小さな範囲であれば修復可能です。
EVA絶縁ストリップの黄変は、一般的に長期間の空気曝露、フラックスやアルコールなどによるEVAの汚染、あるいは異なるメーカーのEVAとの併用による化学反応などによって引き起こされます。第一に、外観の悪化は顧客に受け入れられず、第二に、剥離を引き起こし、部品寿命の短縮につながる可能性があります。
——ガラス、シリコン、プロファイルに関するよくある質問
コーティングされたガラス表面のフィルム層の剥離は不可逆的です。モジュール工場でのコーティング工程では、通常、モジュールの出力を3％向上させることができますが、発電所で2～3年稼働すると、ガラス表面のフィルム層が剥がれ落ち、剥がれ方が不均一になり、モジュールのガラス透過率に影響を与え、モジュールの出力を低下させ、発電量全体に影響を及ぼします。このような減衰は、発電所の稼働開始から数年間は、減衰率や日射量変動の誤差が大きくないため、通常は目立ちにくいですが、フィルムを除去していない発電所と比較すると、発電量の違いが確認できます。
シリコン気泡は、主にシリコン素材自体の気泡、またはエアガンの空気圧の不安定さによって引き起こされます。隙間が発生する主な原因は、作業者の接着技術が標準的ではないことです。シリコンは、モジュールのフレーム、バックプレーン、ガラスの間にある接着フィルムの層で、バックプレーンを空気から遮断します。密閉が不十分な場合、モジュールが直接剥離し、降雨時に雨水が浸入する可能性があります。また、断熱が不十分な場合、漏水が発生します。
モジュールフレームのプロファイルの変形もよく見られる問題で、これは一般的にプロファイル強度の不適切さが原因です。アルミ合金フレームの材質強度が低下し、強風時に太陽光発電パネルアレイのフレームが脱落したり、破断したりする原因となります。プロファイルの変形は、一般的に技術変換時の指節移動時に発生します。例えば、下図に示す問題は、取り付け穴を用いた部品の組み立て・分解時に発生し、再設置時に絶縁が損なわれ、接地の連続性が一定値に達しないという問題です。
——ジャンクションボックスのよくある問題
ジャンクションボックスの火災発生率は非常に高くなっています。その理由としては、リード線がカードスロットにしっかりと固定されていないこと、リード線とジャンクションボックスのはんだ接合部が小さすぎて抵抗が大きすぎて発火する、リード線が長すぎてジャンクションボックスのプラスチック部品に接触できないことなどが挙げられます。長時間熱にさらされると火災が発生する可能性があり、ジャンクションボックスが発火すると、部品が直接廃棄され、深刻な火災につながる可能性があります。
現在、一般的に高出力複層ガラスモジュールは3つの接続箱に分かれており、より優れたものとなっています。さらに、接続箱は半密閉型と全密閉型の2種類に分かれており、焼損後に修理可能なものもあれば、修理不可能なものもあります。
運用・保守の過程で、接続箱に接着剤の充填問題が発生することもあります。生産工程が不徹底な場合、接着剤が漏れ、作業員の操作方法が標準化されていない、あるいは不徹底な場合、溶接漏れが発生します。正しくない場合、修復は困難です。1年使用した後に接続箱を開けてみると、接着剤Aが蒸発し、密閉が不十分になっている場合があります。接着剤が不足していると、雨水や湿気が入り込み、接続部品が発火する原因となります。接続不良の場合は抵抗が増加し、発火により部品が焼損する可能性があります。
ジャンクションボックス内の電線の断線やMC4ヘッドの脱落もよくある問題です。一般的に、電線が所定の位置に配置されていないために押しつぶされたり、MC4ヘッドの機械的接続がしっかりしていないことが原因です。電線の損傷は、機器の電源障害や漏電・接触事故といった危険な事故につながります。また、MC4ヘッドの誤接続はケーブルの発火につながる可能性があります。こうした問題は、現場で比較的容易に修理・修正できます。
部品の修理と今後の計画
上記の部品のさまざまな問題の中には、修理可能なものもあります。部品の修理により、障害を迅速に解決し、発電ロスを減らし、元の材料を有効に活用することができます。その中でも、接続箱、MC4コネクタ、ガラスシリカゲルなどの簡単な修理は、発電所の現場で実現できます。発電所の運転保守要員は多くないため、修理量は多くありませんが、配線の変更など、熟練した性能理解が必要です。切断工程でバックプレーンに傷がついた場合は、バックプレーンを交換する必要があり、修理全体がより複雑になります。
しかし、バッテリー、リボン、EVAバックプレーンの問題は、環境、プロセス、設備の制約により、現場での修理が不可能です。工場レベルでの修理が必要となるからです。修理工程の大部分はクリーンな環境での修理が必要となるため、フレームを取り外し、バックプレーンを切断し、高温で加熱して問題のあるセルを切断し、最後にはんだ付けして修復する必要があります。これは工場のリワーク工場でのみ実現可能です。
モバイル部品修理ステーションは、将来の部品修理のビジョンです。部品の電力と技術の向上に伴い、高電力部品の問題は将来的に減少するでしょうが、初期の部品の問題は徐々に顕在化しつつあります。
現在、有能な運用保守会社やコンポーネント請負会社は、運用保守の専門家に対し、プロセス技術変革能力研修を提供しています。大規模な地上発電所では、一般的に作業エリアと居住エリアがあり、修理拠点として利用できます。基本的に小型プレス機で十分であり、ほとんどの事業者や所有者の予算内で利用できます。その後、少数のセルに問題のあるコンポーネントは、直接交換して保管するのではなく、専門の従業員が修理を担当します。これは、太陽光発電所が比較的集中している地域では実現可能です。
投稿日時: 2022年12月21日