大多數人覺得金屬粉塵的環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生反應，也不會透過背板進入組件內部，玻璃主要成分是二氧化硅，相對比較穩定，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的分布式電站在運行一段時間后，業主會發現電站的收益遠低于預期，測試組件功率后會發現組件功率大幅度下降，因此業主方投訴組件廠商其光伏組件質量存在問題。而組件廠商在檢查其組件的EL后發現這些組件EL完好，組件用的各類材料也是符合出廠質量管控標準。那么是什么原因導致安裝在金屬加工廠屋頂的組件功率大幅度下降？本文通過實際案例和模擬實驗來解釋這一現象。

1.實際案例

該鋼鐵加工廠屋頂電站現場的組件外觀表面呈淺黃色。

從表1的電性能衰減來看，鋼鐵加工廠屋頂的組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片和遠離鋼鐵加工廠屋頂組件1片進行分析。兩個屋頂組件擦拭后如圖3所示。鋼鐵加工廠屋頂的組件表面淺黃色無法擦拭，EL圖顯示電池沒有明顯腐蝕現象，因此可以排除是由于金屬部件的腐蝕導致的Isc下降。而遠離鋼鐵加工廠屋頂的組件表面灰塵擦拭后，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。結果顯示，在鋼鐵加工廠屋頂的組件，其玻璃的表面形貌發生明顯的變化，鍍膜玻璃的表面嚴重破壞。橫截面的SEM顯示，膜層中的孔隙已經完全破壞，腐蝕嚴重。而遠離鋼鐵加工廠屋頂的組件，其玻璃的表面形貌輕微發生變化，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的組件表面有Fe元素，而遠離鋼鐵加工廠屋頂的組件表面除了Cl和S元素可能是戶外環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，導致鍍膜層破壞，進而影響功率。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，同期生產的組件，進行表3的模擬測試。

2.2實驗結果

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

實驗前后的電性能參數變化如表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的下降導致的。Voc基本沒有下降，意味著功率衰減并非是PID導致的。組件玻璃表面均勻噴灑鐵粉的3#樣品，在85℃，85%R.H.環境下192小時后，功率衰減也達到了3.8%，同樣衰減主要是由于Isc衰減導致的。

2.2.3 SEM分析

實驗后玻璃表面的SEM結果如表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生變化，因為玻璃表面的鍍膜層在濕度環境下會發生緩慢腐蝕，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量出現下降，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境下，玻璃里面的Na、Ca離子向玻璃表面遷移導致的，屬于鍍膜玻璃的正常變化。

SEM結果顯示，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現Fe元素。而4#，5#樣品未接觸鐵粉，故元素分析結果與6#控制件一致。

圖6 實驗后玻璃表面EDS分析

模擬實驗的結果與戶外實際的案例基本一致，進一步證實了鐵粉會導致玻璃表面膜層的破壞，會導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三氧化二鐵；

——正常情況下，三氧化二鐵比較穩定，不會和玻璃（二氧化硅）發生反應，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致的玻璃折光指數的下降；

——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，在-1000V情況下，電子向玻璃內遷移，引起膜層結構的變化，進而影響了折光指數，導致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，進而影響了折光指數，導致Isc的下降。

3.結論

安裝在鋼鐵加工廠屋頂的組件，空氣中的鐵粉會吸附在玻璃表面，在濕度環境及電壓情況下，鐵會加速玻璃表面膜層的腐蝕，進而導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的分布式電站，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，進而影響發電收益。