光伏組件用鋁合金邊框“霉斑”成因分析

孟慶法++黃艷萍++戴軍

摘 要：目的：分析光伏組件用鋁合金邊框出現(xiàn)“霉斑”的原因。方法：采用基材成分分析，氧化膜厚度分析，掃描電鏡微觀形貌與能譜分析等方法對(duì)拆取的“霉斑”部分和正常部分鋁合金邊框進(jìn)行研究。結(jié)果：試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)“霉斑”為鋁合金點(diǎn)腐蝕導(dǎo)致，是腐蝕后的鋁合金析出物。結(jié)論：潮濕環(huán)境可導(dǎo)致產(chǎn)生鋁合金的點(diǎn)腐蝕，樣品表面的鹵素離子加速腐蝕效果，切斷鹵素離子的環(huán)境條件可減少腐蝕的發(fā)生，防止光伏組件安裝后的斷裂產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：光伏組件； 鋁合金邊框； 點(diǎn)腐蝕；失效分析

中圖分類號(hào)：TQ153.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

光伏組件（或太陽(yáng)電池組件）用鋁合金邊框作為光伏組件的關(guān)鍵支撐與安裝固定部件，其質(zhì)量可靠性將直接關(guān)系到光伏組件實(shí)際安裝后的正常運(yùn)行與否。鋁合金邊框作為光伏組件外圍支撐材料，需要在25年的時(shí)間里經(jīng)受濕熱、濕冷、鹽霧等惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，如果出現(xiàn)質(zhì)量等問(wèn)題，將切實(shí)影響光伏組件的實(shí)際使用壽命。

本文為幫助企業(yè)尋找鋁合金邊框出現(xiàn)的“霉斑”原因，為企業(yè)解決糾紛提供技術(shù)支撐，為問(wèn)題的治理與防護(hù)提供技術(shù)依據(jù)。

1.試驗(yàn)樣品及方法

該光伏組件用鋁合金邊框的合金牌號(hào)及供應(yīng)狀態(tài)為：6063-T5。從鋁合金邊框上取下問(wèn)題部分及正常部分，共兩段樣品進(jìn)行對(duì)比分析。

1.1 化學(xué)成分分析

試驗(yàn)材料為“霉斑”部分和正常部分的鋁合金基材，用X射線熒光能譜儀（生產(chǎn)廠家為美國(guó)ThermoFisher公司，型號(hào)為QUANTX），分析兩部分的基材化學(xué)成分。

1.2 氧化膜膜厚分析

試驗(yàn)材料為“霉斑”部分和正常部分的鋁合金基材，用渦流測(cè)厚儀（生產(chǎn)廠家為德國(guó)ElektroPhysik，型號(hào)為7400F1.5），分析測(cè)試兩部分的陽(yáng)極氧化膜膜厚。每個(gè)樣品分別測(cè)試兩次（取兩次平行測(cè)試結(jié)果）。

1.3 微觀形貌與能譜分析

采用蔡司ZESS公司的OMEGA型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察試樣的“霉斑”、“霉斑”內(nèi)部和正常部分的鋁合金邊框微觀形貌及其EDS能譜。

2.結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)成分與平均膜厚分析結(jié)果

化學(xué)成分與平均膜厚結(jié)果見表1。

從表1化學(xué)成分分析可以看出，正常邊框和“霉斑”邊框材質(zhì)均滿足6063牌號(hào)要求，且膜厚無(wú)差異。

2.2 孔洞微觀形貌與能譜分析結(jié)果

孔洞處的掃描電鏡分析及其EDS能譜分析見表2。

2.3 分析與討論

從上述表2的鋁邊框孔洞處及鋁邊框表面的掃描電鏡分析及EDS能譜分析的元素差異可以看出，在孔洞處，除了相同元素之外，孔洞內(nèi)主要是S，Cl等陰離子元素，而孔洞周圍則是Ca等陽(yáng)離子元素。根據(jù)文獻(xiàn)。此處形成了微區(qū)電池，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致作為鋁邊框基體的純鋁快速溶解，形成腐蝕性的孔洞，并最終表現(xiàn)為點(diǎn)腐蝕。各孔洞處均發(fā)現(xiàn)S，Cl等陰離子元素， Cl離子在潮濕環(huán)境下會(huì)在孔洞缺陷處吸附于基體上，形成微區(qū)電池結(jié)構(gòu)，形成腐蝕正反饋，進(jìn)一步加重了局部微區(qū)的腐蝕。在純鋁區(qū)域，電位更負(fù)，是陽(yáng)極，在腐蝕介質(zhì)如S、Cl離子的作用下，使得Al基體的溶解形成了帶有殘留物的腐蝕坑，潮濕環(huán)境下腐蝕繼續(xù)惡化，腐蝕坑向縱深的發(fā)展，于是表面就表現(xiàn)為帶有殘留物的腐蝕坑，最終表現(xiàn)為鋁邊框表面出現(xiàn)“霉斑”析出物。

結(jié)論

經(jīng)分析，鋁邊框表面的“霉斑”為點(diǎn)腐蝕導(dǎo)致，引起點(diǎn)腐蝕損傷的原因是光伏組件存放在潮濕環(huán)境中，尤其是存在活性陰離子氯這一腐蝕性元素。樣品表面鹵素離子的存在加速了腐蝕效果，建議對(duì)鋁合金邊框進(jìn)行加速鹽霧試驗(yàn)等確認(rèn)腐蝕防護(hù)效果，防止光伏組件安裝后鋁邊框斷裂的產(chǎn)生。

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