众所周知，投资光伏电站是一项长期的【de】收益，因此电站25年的【de】生【shēng】命周【zhōu】期能否得【dé】到保障至关重【chóng】要。作为全球领先的光伏解决方案提【tí】供者【zhě】，杜邦公【gōng】司在【zài】光伏【fú】领【lǐng】域深耕已超过40年。为【wéi】深【shēn】入了解光伏产品及其【qí】性能，杜【dù】邦公司对各地电站做了现场检【jiǎn】测，积累【lèi】了【le】大量组件端的检测数据。在第三【sān】届光伏发电运营及【jí】后服务研讨会【huì】上，杜邦光伏解决方案【àn】技【jì】术【shù】专家夏季博士就【jiù】组件端检测数据及经【jīng】验进行【háng】了分享。
据了解，杜【dù】邦【bāng】从2011年起，开始对不同运【yùn】行时【shí】间的【de】组件进行【háng】实地【dì】检【jiǎn】测、评估、数【shù】据积【jī】累和材料失效模【mó】式的【de】探究。该项目是组件及其材料【liào】的综合【hé】调研，通过尽【jìn】量选择【zé】不同可分析特征的组件进【jìn】行实地考【kǎo】察，使用【yòng】多步骤检测方案，对不同地理及气候【hòu】类型(包括北美、亚【yà】太【tài】地区、欧洲和【hé】中东等【děng】地)、不同组件性能、不同材料性能、不同安装方式、不同使用年限等进【jìn】行分【fèn】类分析。
杜邦通过使用综合处理【lǐ】法来达到光【guāng】伏系统性能风险最【zuì】小化【huà】及【jí】能量输【shū】出最优【yōu】化的【de】效果。首先进【jìn】行电站现场检测，包【bāo】括【kuò】外观检查、红外【wài】热成像检测热斑、红外【wài】光谱检测【cè】热效【xiào】率【lǜ】、色度仪、光泽度仪【yí】等。其次，将现场的一些组件带回实【shí】验室，进【jìn】行【háng】非破坏性测试及分析，包【bāo】括功率【lǜ】测量、EL成像、湿漏电、绝缘测试等。做【zuò】完上述测试后，为了解不同区域的影响，会【huì】再进行【háng】破坏性测试及【jí】分析，包括结构分析【xī】SEM、成分分析IR、缺陷路径X-Ray、机械【xiè】性能等。最后【hòu】就是进行经验总结【jié】与措【cuò】施改【gǎi】进。
2018全球电站检测大数据汇总：组件失效率22.3%
截止【zhǐ】到2018年，杜邦共检【jiǎn】测了超过275个电站【zhàn】，总装【zhuāng】机超1GW，覆盖【gài】了来自92个组件制造商的超【chāo】过【guò】400万块组件。检测结果显示【shì】，组件总【zǒng】失效率为【wéi】22.3%，背板【bǎn】失效率为9.5%，聚合物失效率表【biǎo】现为干【gàn】热气候【hòu】 > 热【rè】带地区 > 温【wēn】和地区。组【zǔ】件失效的类型包括电池、焊带、背板、封装【zhuāng】材料以及其它【tā】等等。其中，电池及焊【hàn】带失效包括腐蚀、热斑、蜗牛纹、连接失效【xiào】、开裂、焦班等;背【bèi】板失效包括开裂、脱【tuō】层、黄变、内层开裂【liè】等;封装【zhuāng】材【cái】料失效包【bāo】括变色【sè】、脱层等;其它【tā】失效【xiào】类型包括玻璃失效、减反涂层【céng】脱【tuō】落、接线盒等【děng】。
其中，对于【yú】不同类型背板的失效率，杜邦也做了一个【gè】统计(如下图【tú】)。蓝色柱状代【dài】表所有不同类【lèi】型背板统计【jì】，红【hóng】色柱状代表【biǎo】运行4年以上的电站【zhàn】中【zhōng】组件背【bèi】板，可以看到运行时间较长【zhǎng】的电站背板【bǎn】失效率【lǜ】显【xiǎn】著增加，这也与大家【jiā】的共识【shí】比较【jiào】吻合。从不同【tóng】材【cái】料背板类【lèi】型【xíng】来看，PA(尼龙)类背板失【shī】效率高达【dá】45.7%，尤【yóu】其是在【zài】西部【bù】地区开裂较多;其次是PVDF膜失效率10.6%，PET(聚酯类)失效率3.4%，FEVE膜失效率2.3%，Tedlar® PVF膜失效率【lǜ】最低【dī】，仅有0.05%。
此外【wài】，杜邦在研究【jiū】中还发现，不同安装方【fāng】式对组件失效【xiào】率的影响【xiǎng】也不【bú】同【tóng】。从大量电站测【cè】试结果来看，屋顶光伏电站的组件失效率显【xiǎn】著高于地面【miàn】电【diàn】站，其中【zhōng】屋顶光伏电站【zhàn】组【zǔ】件的背板失效率【lǜ】约为【wéi】地面电站的2.5倍，然而【ér】不【bú】同安装方式下电池的失【shī】效率相差却【què】没那么大。
造成这一结果【guǒ】的原因，杜邦分析认为主【zhǔ】要有三个原因：第【dì】一，由于屋顶光伏【fú】电站的组件【jiàn】温度比【bǐ】同气【qì】候条件下地【dì】面电站高约15摄氏度，背板失效率的差异【yì】可能是由于屋顶电站的【de】温【wēn】度【dù】较高导致，这种由于温度差异【yì】导致的背板失效【xiào】率差异也与【yǔ】气候类型的【de】影响一致【zhì】;第二【èr】，有【yǒu】些屋顶【dǐng】电站的组件是贴着屋顶安装【zhuāng】的，太阳光照射到屋顶【dǐng】后【hòu】，直接反射【shè】到组【zǔ】件背面，导【dǎo】致背面吸收的紫外【wài】线较多;第三，屋顶【dǐng】分布【bù】式电站的【de】质量良莠不【bú】齐，有些电【diàn】站【zhàn】会选用一些较【jiào】次【cì】的材料，也会导致失效【xiào】率【lǜ】增大。
组件安装【zhuāng】在【zài】户外，背【bèi】板材料会发生老化减薄【báo】，因此搜集了【le】很多背板样【yàng】品进行户【hù】外老化减薄数据分析。从统计数据上看，PVDF和PET背板的老化减【jiǎn】薄速率【lǜ】要比Tedlar®PVF大【dà】很多，一般【bān】比后者大3~5倍。其【qí】中不【bú】同PVDF和PET背板【bǎn】的【de】老化减薄速【sù】率【lǜ】也【yě】会表现出较大差异，这可能是由于各自成分组件差异较大;若以【yǐ】此老化减薄速率计算，一款25µm PVDF为外层的【de】背板，在【zài】8年内，PVDF经侵蚀后所剩的厚度就【jiù】会【huì】低于保【bǎo】护背【bèi】板所需【xū】10μm的最低厚度，而【ér】Tedlar® PVF的老化减薄速【sù】率仅有0.34µm/年【nián】，以此【cǐ】速度计算Tedlar® 25µm PVF为【wéi】外层的【de】背板可以使用超【chāo】过30年。
同【tóng】时，美【měi】国空间站【zhàn】的数据也与上述户外组件检【jiǎn】测结果的趋势基本一致。美国空间站外部【bù】共装【zhuāng】载了38种【zhǒng】聚合物【wù】，样品朝【cháo】空间站前进方向，长期暴露于反应性氧【yǎng】原子【zǐ】、紫外线和【hé】X射线下【xià】，长达四年时【shí】间，其中PVDF、PET、PA和PMMA均【jun1】发生了严重侵蚀，而【ér】Tedlar® PVF侵蚀率非【fēi】常【cháng】低，如下图。
Tedlar® PVF低功率损失和【hé】几乎无【wú】降解的优异性能在多年的户【hù】外案例中也得以体【tǐ】现，如下图列举【jǔ】的不【bú】同时间、不【bú】同地【dì】点的【de】电站，年功率衰【shuāi】减均较低【dī】。以【yǐ】1999年【nián】北京的某屋顶电站为例，杜邦【bāng】将部分组件拆卸到【dào】实验【yàn】室【shì】进行材料破坏性的分析，可以发现，经过【guò】18的运行【háng】历【lì】史，其Tedlar®内、外层【céng】薄膜均磨损不到【dào】3µm，力【lì】学性能方面保持了60%以【yǐ】上的断裂伸长【zhǎng】率。
背板失效实例分析
背【bèi】板开【kāi】裂会【huì】使背板失去绝缘性能，组【zǔ】件面临极高【gāo】的【de】安【ān】全与【yǔ】失效风险。杜邦在【zài】全球户外可靠性项目研【yán】究过程中【zhōng】，也看到很多失效的案例，如西【xī】欧某个运行了4年的2.3MW光伏电站中，PET聚酯背板开裂比例约50%，部分组件无法【fǎ】通过湿漏电测试，安全隐【yǐn】患【huàn】大【dà】;北美某个运行【háng】4年的40kW光伏电站【zhàn】中，PVDF聚【jù】偏氟乙【yǐ】烯背板开【kāi】裂与脱层【céng】比例超57%;我国西【xī】部某运行了4年的20MW光【guāng】伏【fú】电【diàn】站【zhàn】中，PA聚【jù】酰胺背板开裂比【bǐ】例 > 40%。
以【yǐ】PVDF背板为例，其【qí】典【diǎn】型失效模式是初始【shǐ】出现裂纹, 随之伴【bàn】着【zhe】更多的开裂和深层的脱层【céng】。且【qiě】PVDF薄膜开裂大都从【cóng】电【diàn】池片间隙处开始，因为此【cǐ】处背面和正面都会接收到紫外【wài】辐射【shè】，随后沿纵向发展。
在第三【sān】方测试【shì】机构【gòu】DNV-GL全尺寸组件序列老【lǎo】化测试中，PVDF背板【bǎn】的组件在MAST序【xù】列老化【huà】测【cè】试后开裂，机械性能下【xià】降严重，同样与户外实测项目【mù】相佐证。在两块组件的【de】每片电【diàn】池背后都能【néng】看到明显【xiǎn】的开裂，裂纹沿着焊带方【fāng】向发展，几乎【hū】贯穿整个组件。所【suǒ】有开裂都【dōu】沿着组件的纵向(机械方向)，主要原因【yīn】是横向机械【xiè】性【xìng】能差【chà】。
杜邦通过早【zǎo】期电站的案例分【fèn】析发现，背板开裂和机【jī】械性能【néng】降【jiàng】低的早期信号就是出现【xiàn】微裂纹。如2013年时，工作人【rén】员发现【xiàn】中国西部某20MW电站中，安装1年后的【de】PA背板【bǎn】出现大量【liàng】微裂纹，到2016年【nián】时【shí】，该电站【zhàn】背板【bǎn】果然出【chū】现了大量的【de】开裂【liè】，开裂比例高达40%。今【jīn】年，在【zài】国内某电站运【yùn】行2.5年【nián】的PVDF背板表【biǎo】面观察到大量微裂纹，那【nà】么后续是否【fǒu】也【yě】会引起大面积背板开裂，还需要持续跟进调查。
此外，今【jīn】年也是双面组件发展【zhǎn】非常火爆的一年，但双【shuāng】面双玻组件同样【yàng】有【yǒu】不少户【hù】外失效的案例【lì】，如【rú】某户外电站实【shí】际运行仅一【yī】年，组【zǔ】件严重变【biàn】形，最大【dà】弯曲程度肉眼【yǎn】检测大于【yú】1cm，据统计大约9-21%的双玻组件被发现【xiàn】有此问题。
为顺应【yīng】双面技术发展的趋势，杜邦也顺势推出【chū】了透明背板产品，应【yīng】用到双面【miàn】组【zǔ】件中【zhōng】相当于传统结构的组件，而单【dān】玻组【zǔ】件电池【chí】运行温度比双玻低【dī】，可提高功率输出。此【cǐ】外，在成本方面，也【yě】可【kě】降低组件端生【shēng】产【chǎn】成【chéng】本以及安【ān】装、运维成本【běn】等。
夏季表示，在平价上网即将到来的【de】时【shí】期，降本必须以不牺牲质量为前【qián】提，只有坚持“领跑【pǎo】+长跑”的概念【niàn】，才【cái】能保证【zhèng】光【guāng】伏产业健康【kāng】发展。
