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大多數(shù)人覺得金屬粉塵的環(huán)境對光伏組件的影響微乎其微，因為金屬粉塵不會和聚合物背板發(fā)生反應(yīng)，也不會透過背板進(jìn)入組件內(nèi)部，玻璃主要成分是二氧化硅，相對比較穩(wěn)定，因此大家往往會忽略金屬粉塵對光伏組件的影響。
然而在實際運行中，很多安裝在金屬加工廠屋頂?shù)姆植际诫娬驹谶\行一段時間后，業(yè)主會發(fā)現(xiàn)電站的收益遠(yuǎn)低于預(yù)期，測試組件功率后會發(fā)現(xiàn)組件功率大幅度下降，因此業(yè)主方投訴組件廠商其光伏組件質(zhì)量存在問題。而組件廠商在檢查其組件的EL后發(fā)現(xiàn)這些組件EL完好，組件用的各類材料也是符合出廠質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)。那么是什么原因?qū)е掳惭b在金屬加工廠屋頂?shù)慕M件功率大幅度下降？本文通過實際案例和模擬實驗來解釋這一現(xiàn)象。
1.實際案例
該鋼鐵加工廠屋頂電站現(xiàn)場的組件外觀表面呈淺黃色。
從表1的電性能衰減來看，鋼鐵加工廠屋頂?shù)慕M件功率衰減明顯要高于其他廠房屋頂，功率衰減主要來自：
——Isc的下降。Isc的下降可能來自玻璃透光率的變化，或是金屬部件的腐蝕引起的電流損壞。
——Voc沒有明顯的下降，意味著該電站并不存在PID現(xiàn)象。
表1 屋頂電站組件的電性能衰減
分別取鋼鐵加工廠屋頂組件1片和遠(yuǎn)離鋼鐵加工廠屋頂組件1片進(jìn)行分析。兩個屋頂組件擦拭后如圖3所示。鋼鐵加工廠屋頂?shù)慕M件表面淺黃色無法擦拭，EL圖顯示電池沒有明顯腐蝕現(xiàn)象，因此可以排除是由于金屬部件的腐蝕導(dǎo)致的Isc下降。而遠(yuǎn)離鋼鐵加工廠屋頂?shù)慕M件表面灰塵擦拭后，外觀無明顯的不良，EL除由于多次拆裝導(dǎo)致的隱裂外，無明顯不良。
表2是兩個不同屋頂組件的玻璃掃描電鏡（SEM）圖。結(jié)果顯示，在鋼鐵加工廠屋頂?shù)慕M件，其玻璃的表面形貌發(fā)生明顯的變化，鍍膜玻璃的表面嚴(yán)重破壞。橫截面的SEM顯示，膜層中的孔隙已經(jīng)完全破壞，腐蝕嚴(yán)重。而遠(yuǎn)離鋼鐵加工廠屋頂?shù)慕M件，其玻璃的表面形貌輕微發(fā)生變化，橫截面的SEM顯示鍍膜的膜層孔隙減少，這是玻璃中的Na、Ca離子在戶外濕度情況下向表面遷移導(dǎo)致的鍍膜層孔隙被堵，這是鍍膜玻璃正常的變化。
元素分析（EDS）顯示鋼鐵加工廠屋頂?shù)慕M件表面有Fe元素，而遠(yuǎn)離鋼鐵加工廠屋頂?shù)慕M件表面除了Cl和S元素可能是戶外環(huán)境中沉積到玻璃表面的，其余成分與玻璃的初始成分一致，并未檢測到Fe元素（圖4所示）。
由此可見，鋼鐵加工廠屋頂組件功率大幅度的衰減與Fe元素有極大的關(guān)系，而鋼鐵加工時空氣中會存在大量的鐵粉，因此我們推斷是空氣中的鐵粉沉積在組件表面，導(dǎo)致鍍膜層破壞，進(jìn)而影響功率。為了證實這一推斷，我們做了一系列模擬實驗。
2.模擬實驗
2.1實驗方案
選取6片同BOM，同期生產(chǎn)的組件，進(jìn)行表3的模擬測試。
2.2實驗結(jié)果
2.2.1實驗后外觀變化
組件玻璃表面噴灑鐵水的1#和2#樣品以及表面均勻噴灑鐵粉的3#樣品，在192小時測試后玻璃表面存在不可擦拭的黃色印記。
組件玻璃表面均勻噴灑水的4#樣品，在192小時測試后玻璃表面存在一些水印，其它無異常。
組件玻璃表面未做處理的5#樣品，192小時測試后無任何外觀變化。
在室外存放的6#控制件，192小時后也無任何外觀變化。
2.2.2電性能參數(shù)
實驗前后的電性能參數(shù)變化如表4所示。可以看出，相對于玻璃表面噴灑水的4#樣品和沒有做過處理的5#樣品，玻璃表面接觸了鐵粉的樣品，其功率衰減偏大。組件玻璃表面噴灑鐵水的1#和2#樣品，在85℃，85%R.H.，+/-1000V，192小時測試后功率衰減分別為6.4%和18.9%。與戶外實際案例一致，功率衰減主要是由于Isc的下降導(dǎo)致的。Voc基本沒有下降，意味著功率衰減并非是PID導(dǎo)致的。組件玻璃表面均勻噴灑鐵粉的3#樣品，在85℃，85%R.H.環(huán)境下192小時后，功率衰減也達(dá)到了3.8%，同樣衰減主要是由于Isc衰減導(dǎo)致的。
2.2.3 SEM分析
實驗后玻璃表面的SEM結(jié)果如表5所示。與6#控制件相比，1#，2#樣品的鐵銹印處的玻璃表面形貌發(fā)生了明顯的變化，表面凹凸不平，呈腐蝕狀。3#樣品的鐵銹印處的玻璃表面形貌與控制件相比也發(fā)生了輕微的變化，表面呈輕微腐蝕狀。4#樣品的水印處的玻璃表面形貌與控制件相比輕微發(fā)生變化，因為玻璃表面的鍍膜層在濕度環(huán)境下會發(fā)生緩慢腐蝕，這是鍍膜玻璃的正常變化。
從橫截面的SEM圖形來看，與6#控制件相比，1#，2#樣品的鐵銹印處的玻璃橫截面顯示玻璃表面膜層已經(jīng)完全破壞，無法測出玻璃膜層厚度。3#樣品鐵銹印處的橫截面可以看出鍍膜層的孔隙數(shù)量出現(xiàn)下降，但膜層厚度為100.5nm，與6#控制件基本一致。4#樣品水印處的橫截面也可以看出孔隙在輕微變少，膜層厚度與6#控制件基本一致。4#樣品的變化是因為鍍膜玻璃在濕度環(huán)境下，玻璃里面的Na、Ca離子向玻璃表面遷移導(dǎo)致的，屬于鍍膜玻璃的正常變化。
SEM結(jié)果顯示，鐵粉在有濕度不加電壓的情況下，對玻璃表面膜層存在輕微的腐蝕，當(dāng)鐵粉在有濕度并有電壓的情況可以加速腐蝕玻璃表面膜層，這也意味著當(dāng)空氣中的鐵粉沉積在玻璃表面，在戶外下雨或濕度的情況下鐵粉會加劇腐蝕玻璃表面。
2.2.4 EDS
EDS顯示玻璃表面接觸鐵粉的組件（1#，2#，3#），在組件表面鐵銹印處均發(fā)現(xiàn)Fe元素。而4#，5#樣品未接觸鐵粉，故元素分析結(jié)果與6#控制件一致。
圖6 實驗后玻璃表面EDS分析
模擬實驗的結(jié)果與戶外實際的案例基本一致，進(jìn)一步證實了鐵粉會導(dǎo)致玻璃表面膜層的破壞，會導(dǎo)致功率大幅度的下降。
鐵粉對鍍膜玻璃影響可能的機理如下：
——鐵粉在空氣中氧化生產(chǎn)三氧化二鐵；
——正常情況下，三氧化二鐵比較穩(wěn)定，不會和玻璃（二氧化硅）發(fā)生反應(yīng)，因此可以看到3#樣品玻璃表面的腐蝕是輕微的，Isc電流的下降可能是由于這種輕微的腐蝕導(dǎo)致的玻璃折光指數(shù)的下降；
——但是在有電壓的情況下，由于三氧化二鐵是帶正電荷的強電子物質(zhì)，在-1000V情況下，電子向玻璃內(nèi)遷移，引起膜層結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)而影響了折光指數(shù)，導(dǎo)致Isc的下降。而在+1000V下，在三氧化二鐵存在的情況下加速了玻璃中的Na+向玻璃表面遷移，在有濕度的情況下向玻璃表面遷移的Na+會加速腐蝕膜層，進(jìn)而影響了折光指數(shù)，導(dǎo)致Isc的下降。
3.結(jié)論
安裝在鋼鐵加工廠屋頂?shù)慕M件，空氣中的鐵粉會吸附在玻璃表面，在濕度環(huán)境及電壓情況下，鐵會加速玻璃表面膜層的腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致組件功率大幅度下降。
因此，對于安裝在金屬加工廠房屋頂?shù)姆植际诫娬?，建議加大清洗頻率以避免鐵粉沉積在玻璃表面造成不可逆的破壞，進(jìn)而影響發(fā)電收益。
然而在實際運行中，很多安裝在金屬加工廠屋頂?shù)姆植际诫娬驹谶\行一段時間后，業(yè)主會發(fā)現(xiàn)電站的收益遠(yuǎn)低于預(yù)期，測試組件功率后會發(fā)現(xiàn)組件功率大幅度下降，因此業(yè)主方投訴組件廠商其光伏組件質(zhì)量存在問題。而組件廠商在檢查其組件的EL后發(fā)現(xiàn)這些組件EL完好，組件用的各類材料也是符合出廠質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)。那么是什么原因?qū)е掳惭b在金屬加工廠屋頂?shù)慕M件功率大幅度下降？本文通過實際案例和模擬實驗來解釋這一現(xiàn)象。
1.實際案例
該鋼鐵加工廠屋頂電站現(xiàn)場的組件外觀表面呈淺黃色。
從表1的電性能衰減來看，鋼鐵加工廠屋頂?shù)慕M件功率衰減明顯要高于其他廠房屋頂，功率衰減主要來自：
——Isc的下降。Isc的下降可能來自玻璃透光率的變化，或是金屬部件的腐蝕引起的電流損壞。
——Voc沒有明顯的下降，意味著該電站并不存在PID現(xiàn)象。
表1 屋頂電站組件的電性能衰減
分別取鋼鐵加工廠屋頂組件1片和遠(yuǎn)離鋼鐵加工廠屋頂組件1片進(jìn)行分析。兩個屋頂組件擦拭后如圖3所示。鋼鐵加工廠屋頂?shù)慕M件表面淺黃色無法擦拭，EL圖顯示電池沒有明顯腐蝕現(xiàn)象，因此可以排除是由于金屬部件的腐蝕導(dǎo)致的Isc下降。而遠(yuǎn)離鋼鐵加工廠屋頂?shù)慕M件表面灰塵擦拭后，外觀無明顯的不良，EL除由于多次拆裝導(dǎo)致的隱裂外，無明顯不良。
表2是兩個不同屋頂組件的玻璃掃描電鏡（SEM）圖。結(jié)果顯示，在鋼鐵加工廠屋頂?shù)慕M件，其玻璃的表面形貌發(fā)生明顯的變化，鍍膜玻璃的表面嚴(yán)重破壞。橫截面的SEM顯示，膜層中的孔隙已經(jīng)完全破壞，腐蝕嚴(yán)重。而遠(yuǎn)離鋼鐵加工廠屋頂?shù)慕M件，其玻璃的表面形貌輕微發(fā)生變化，橫截面的SEM顯示鍍膜的膜層孔隙減少，這是玻璃中的Na、Ca離子在戶外濕度情況下向表面遷移導(dǎo)致的鍍膜層孔隙被堵，這是鍍膜玻璃正常的變化。
由此可見，鋼鐵加工廠屋頂組件功率大幅度的衰減與Fe元素有極大的關(guān)系，而鋼鐵加工時空氣中會存在大量的鐵粉，因此我們推斷是空氣中的鐵粉沉積在組件表面，導(dǎo)致鍍膜層破壞，進(jìn)而影響功率。為了證實這一推斷，我們做了一系列模擬實驗。
2.模擬實驗
2.1實驗方案
選取6片同BOM，同期生產(chǎn)的組件，進(jìn)行表3的模擬測試。
2.2實驗結(jié)果
2.2.1實驗后外觀變化
組件玻璃表面噴灑鐵水的1#和2#樣品以及表面均勻噴灑鐵粉的3#樣品，在192小時測試后玻璃表面存在不可擦拭的黃色印記。
組件玻璃表面均勻噴灑水的4#樣品，在192小時測試后玻璃表面存在一些水印，其它無異常。
組件玻璃表面未做處理的5#樣品，192小時測試后無任何外觀變化。
在室外存放的6#控制件，192小時后也無任何外觀變化。
2.2.2電性能參數(shù)
實驗前后的電性能參數(shù)變化如表4所示。可以看出，相對于玻璃表面噴灑水的4#樣品和沒有做過處理的5#樣品，玻璃表面接觸了鐵粉的樣品，其功率衰減偏大。組件玻璃表面噴灑鐵水的1#和2#樣品，在85℃，85%R.H.，+/-1000V，192小時測試后功率衰減分別為6.4%和18.9%。與戶外實際案例一致，功率衰減主要是由于Isc的下降導(dǎo)致的。Voc基本沒有下降，意味著功率衰減并非是PID導(dǎo)致的。組件玻璃表面均勻噴灑鐵粉的3#樣品，在85℃，85%R.H.環(huán)境下192小時后，功率衰減也達(dá)到了3.8%，同樣衰減主要是由于Isc衰減導(dǎo)致的。
2.2.3 SEM分析
實驗后玻璃表面的SEM結(jié)果如表5所示。與6#控制件相比，1#，2#樣品的鐵銹印處的玻璃表面形貌發(fā)生了明顯的變化，表面凹凸不平，呈腐蝕狀。3#樣品的鐵銹印處的玻璃表面形貌與控制件相比也發(fā)生了輕微的變化，表面呈輕微腐蝕狀。4#樣品的水印處的玻璃表面形貌與控制件相比輕微發(fā)生變化，因為玻璃表面的鍍膜層在濕度環(huán)境下會發(fā)生緩慢腐蝕，這是鍍膜玻璃的正常變化。
從橫截面的SEM圖形來看，與6#控制件相比，1#，2#樣品的鐵銹印處的玻璃橫截面顯示玻璃表面膜層已經(jīng)完全破壞，無法測出玻璃膜層厚度。3#樣品鐵銹印處的橫截面可以看出鍍膜層的孔隙數(shù)量出現(xiàn)下降，但膜層厚度為100.5nm，與6#控制件基本一致。4#樣品水印處的橫截面也可以看出孔隙在輕微變少，膜層厚度與6#控制件基本一致。4#樣品的變化是因為鍍膜玻璃在濕度環(huán)境下，玻璃里面的Na、Ca離子向玻璃表面遷移導(dǎo)致的，屬于鍍膜玻璃的正常變化。
SEM結(jié)果顯示，鐵粉在有濕度不加電壓的情況下，對玻璃表面膜層存在輕微的腐蝕，當(dāng)鐵粉在有濕度并有電壓的情況可以加速腐蝕玻璃表面膜層，這也意味著當(dāng)空氣中的鐵粉沉積在玻璃表面，在戶外下雨或濕度的情況下鐵粉會加劇腐蝕玻璃表面。
2.2.4 EDS
EDS顯示玻璃表面接觸鐵粉的組件（1#，2#，3#），在組件表面鐵銹印處均發(fā)現(xiàn)Fe元素。而4#，5#樣品未接觸鐵粉，故元素分析結(jié)果與6#控制件一致。
圖6 實驗后玻璃表面EDS分析
模擬實驗的結(jié)果與戶外實際的案例基本一致，進(jìn)一步證實了鐵粉會導(dǎo)致玻璃表面膜層的破壞，會導(dǎo)致功率大幅度的下降。
鐵粉對鍍膜玻璃影響可能的機理如下：
——鐵粉在空氣中氧化生產(chǎn)三氧化二鐵；
——正常情況下，三氧化二鐵比較穩(wěn)定，不會和玻璃（二氧化硅）發(fā)生反應(yīng)，因此可以看到3#樣品玻璃表面的腐蝕是輕微的，Isc電流的下降可能是由于這種輕微的腐蝕導(dǎo)致的玻璃折光指數(shù)的下降；
——但是在有電壓的情況下，由于三氧化二鐵是帶正電荷的強電子物質(zhì)，在-1000V情況下，電子向玻璃內(nèi)遷移，引起膜層結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)而影響了折光指數(shù)，導(dǎo)致Isc的下降。而在+1000V下，在三氧化二鐵存在的情況下加速了玻璃中的Na+向玻璃表面遷移，在有濕度的情況下向玻璃表面遷移的Na+會加速腐蝕膜層，進(jìn)而影響了折光指數(shù)，導(dǎo)致Isc的下降。
3.結(jié)論
安裝在鋼鐵加工廠屋頂?shù)慕M件，空氣中的鐵粉會吸附在玻璃表面，在濕度環(huán)境及電壓情況下，鐵會加速玻璃表面膜層的腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致組件功率大幅度下降。
因此，對于安裝在金屬加工廠房屋頂?shù)姆植际诫娬?，建議加大清洗頻率以避免鐵粉沉積在玻璃表面造成不可逆的破壞，進(jìn)而影響發(fā)電收益。
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