光伏组件如何保证25年寿命

越来越多的组件被安装在中国的各个角落,一边是投资者在有限的空间内寻求最大的收益,一边是组件企业为不得不因价格竞争来降低成本。在供求关系中,质量是博弈双方都需要维持的底线。随着光伏装机量不断提升,问题也逐渐暴露出来。光伏钢化玻璃、电池片、封装材料、接线盒等,这些组件部件如果出现问题,或许造成的影响在短时间内不会明显显露,但迟早会为电站的稳定运行带来麻烦。正如木桶的盛水量由组成的木板中最短的那块决定一样,组件的质量将受制于所采用的原材料中品质最差的那种。如何在有限的价格空间内买到“好”的组件,也成为电站投资商不得不花心思考虑的事情。

越来越多的组件被安装在中国的各个角落,一边是投资者在有限的空间内寻求最大的收益,一边是组件企业为不得不因价格竞争来降低成本。在供求关系中,质量是博弈双方都需要维持的底线。随着光伏装机量不断提升,问题也逐渐暴露出来。光伏钢化玻璃、电池片、封装材料、接线盒等,这些组件部件如果出现问题,或许造成的影响在短时间内不会明显显露,但迟早会为电站的稳定运行带来麻烦。正如木桶的盛水量由组成的木板中最短的那块决定一样,组件的质量将受制于所采用的原材料中品质最差的那种。如何在有限的价格空间内买到“好”的组件,也成为电站投资商不得不花心思考虑的事情。

25年的效率保障

在《关于完善光伏发电价格政策征求意见稿》中,发改委价格司第一次明确了标杆电价自电站投运后执行期为20年;在各个电站的可行性研究中,一般对电站的运行时间按照25年计算。这意味组件在被安装上以后要工作至少20年。

组件质量参差不齐不仅出现在企业与企业间,即使同一家公司生产的不同批次组件也存在质量差异。这种差异有时是人为的,选择不同质量的电池片、不同厂家的辅材都会带来不同的组件品质,当然这也决定了它的价格。

如果一个企业的中标价格过低,显然这批产品中无法使用最好的材料。T?V南德的许海亮透露,通过第三方认证的产品都是有备案的,但买家并不一定对指定的型号做审查,这是个漏洞。如果买家没有对采购做采购审核控制,组件企业很可能会更换材料。许海亮经常会遇到更换材料但没有主动备案的情况,“任何一个厂家不可能在数年的生产中使用同一种材料。”

这里同样面临标准的缺失。作为中国代表参与IEC标准制定的王斯成表示,“现在单一组件标准无法适应不同气候区域。中国的气候区域比欧洲的单一国家复杂多了,有高温的、潮湿的、干热风沙的,也有沿海盐碱腐蚀环境的,甚至还有3000米以上高原地区的。在这么多气候区只用一个标准来考核组件质量并不合适。”在王斯成看来,环境严苛的区域对组件质量的要求就高,而那些环境温和的区域对组件质量要求没那么高,如果再用最高的标准去要求,反而会造成成本的浪费。这就要求电站开发商在前期对项目环境进行勘查时就要形成对组件质量的要求框架。

王斯成也表达了同样的担忧,“金太阳项目只拿初始补贴就可以了,在新的补贴模式下分布式电站要靠长期稳定发电来盈利,就不能只采用便宜的组件了。但开发商也没法保证所有产品都用同样品质的材料,他们担心组件企业偷换价格便宜的辅材。所以现在开发商要进行工厂监造,监督使用通过认证的材料。”

以背板为例,组件采购的背板中,不同的批次其性能一致性也会有所不同,工厂和买家因为成本问题规避第三方的核查,更换材料也不告诉认证机构,只有出了问题或被认证机构查到后才进行第三方测试来评估质量风险。因辅材导致组件直接出现问题的比例并不很大,但更多问题的产生诱因是辅材的质量。许海亮建议,买方在采购过程中要做好尽职调查和质量审核控制。

细节的把控

EVA胶膜的质量差异表现在透光率和耐候性上。如果EVA质量出现问题将直接影响组件输出功率和寿命。西北勘测设计院光电分院副院长肖斌在积累了中电投等大量项目的经验后认为,对于西部高海拔、紫外线强的区域,要特别重视EVA的质量,在长时间紫外线照射下,会造成角膜老化、降解,并使胶膜变黄,进一步影响透光率,影响组件效率和功率。

组件的四周被三种材料包围,玻璃、铝边框和背板。玻璃、铝边框对环境侵蚀的抵抗性能较好,这里最容易受到影响的是背板。由多层高分子薄膜材料黏合起来的背板关系到组件长时间的可靠性。在组件所出现的诸多问题中,背板失效是较为常见的一种。背板失效的因素有多种,如绝缘失效、开裂撕裂、层间脱层、与EVA或接线盒脱层等。

对于背板来说,材料的选择至关重要。背板的膜材料有多种选择,TPT(含氟层+PET+含氟层)、TPE(含氟层+PET+EVA)、PET(PET-PET-PE层)、APA(聚酰亚胺+PET+聚酰亚胺)、AAA(三层聚酰亚胺复合)等是最常见的几种。此外,比亚迪的铝背板以及天合光能近期推出的用玻璃代替复合材料背板的双玻组件都是新的尝试。这几种常见的复合膜材料的评价指标是耐候性、绝缘性能、粘连度以及寿命。在恶劣环境下,PET的表现最不好,稳定发挥的时间寿命无法满足组件的25年使用要求,其余四种中表现最好的是TPT、APA和AAA的粘连度最然表现更好,但抗紫外线能力要差一些,后者在西部地区的性能需求更重要。杜邦对分别TPT和PET背板并在户外运行超过10年的组件进行对比评测。杜邦发现采用TPT背板的组件年平均功率损失为0.8%,而采用PET背板的组件年平均功率损失超过1.3%,甚至有组件年功率衰减达到4.6%。

氟是对抗紫外线的重要因素,作为氟化物研究的全球领先者,杜邦的Tedlar材料在全球背板份额中超过50%。杜邦Tedlar产品经理付波认为TPT和TPE可以根据环境不同进行选择,“对于苛刻环境下,TPT背板要表现更稳定,TPE背板在一般环境下也能承受20年以上的稳定应用。”Tedlar材料在多项测试中保持了稳定的性能,即使背板在接线盒面的那层出现紫外老化后,内层依然会保持稳定。如果内层一旦开裂,将出现脱层、撕裂等现象。杜邦将TedlarTPT背板的内层软化极限温度提升到250℃,这样一来,背板在户外高温下的稳定性能获得更好的提升。

在付波看来,PET的使用有很大风险,“从在日本测试的采用PET背板的组件来看,随着时间延长,年衰减功率是不断提升的,可能前几年还是正常的。如果在中国西部使用,PET背板在五年内保持正常功能没有问题,但更长时间后它的绝缘、阻隔性能都会暴露很多问题,进一步产生老化、漏电、绝缘等现象。”从中电投在西部通过大量电站投资、运维得到的经验看,采用双面含氟背板的意义越来越大。

接线盒作为组件的一部分并且直接关系到电力输出,其质量要求也非常高。抗老化、耐紫外线、防水防尘等是基本要求,更高的要求是好的散热模式以有效降低内部问题、更低的体电阻来减少功率损耗。

付波分享了关于杜邦在质量控制上的经验,“组件的失效分三段,第一段是可靠性,由于设计、加工工艺等出现的问题,叫做可靠性失效;随着时间的推移进入微笑曲线的底部,这时的失效叫做随机失效;时间再往后第三阶段产生的失效就是老化失效。在第一阶段可以通过IEC等标准来规避,第二阶段是必然出现的,我们所要看重的是第三阶段的老化失效。”

辅材最容易出现老化失效,由于这种情况不是在短时间就能体现出来的。作为电站投资商,如果把控不好,或许要在五年或十年后为当下的决策失误买单。

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