研究报告
光伏电站之物料成本与投资回报风险关系
2015-01-16

2014年中国大陆光伏电站装机量可达10-12GW,占全球1/4。11月起,中国大陆光伏电站进入动工高峰,然而,已完工的光伏电站出现了大规模品质问题。大型地面电站的组件衰减和蜗牛纹大规模爆发等问题正是其例。笔者对青海、西藏、张家口部分电站的业主方进行调研与谈访,发现部分电站采用的知名品牌组件,只要1-2年就会发生严重的组件衰减,蜗牛纹更是大面积爆发。这与所采用的组件、密封塑胶料品质关系密切,且会影响投资回报率。

北京鉴衡认证中心相关负责人透露,目前光伏电站的问题主要集中在设备品质、电站设计、电站施工和电站运维等方面。通过对425个电站的测试发现,光伏组件最主要的品质问题为:热斑、隐裂和功率衰减。以功率衰减为例,该中心去年现场测试了11个运作一年左右的大型地面电站,在考虑设备不确定度后发现,有50%左右的组件发生5%~10%的衰减,30%左右的组件功率衰减超过10%,8%的组件衰减已经超过20%。这意味着,组件企业普遍承诺25年衰减20%的品质保证,部分产品在运作一年后就已接近、甚至超越了保证底线。

中国光伏行业前两年投资过快,再加上投资门槛较低,导致产能爆发,劣币驱逐良币。很多电站开发商不懂组件技术和系统技术,单纯为了追求投资收益而使用大量价格便宜、品质低下的组件。根据对中国国内电站的审查,衰减控制较优的电站,每年组件发电量的衰减可以控制在0.1%左右;而一些未经检验的组件产品,衰减竟超过60%。太阳能光伏组件中的塑胶件,包含:接线盒、封边硅胶、背板和EVA胶膜,是其品质的弱点,EVA胶膜又是最为薄弱的部分。EVA胶膜使用EVA树脂和添加剂通过加热挤压成型,由于EVA树脂本身容易水解而产生醋酸,醋酸正是组件功率衰减问题的重要原因之一。

醋酸可以和玻璃中的钠盐反应引起钠离子迁移导致组件功率衰减(PID衰减),也可以诱导栅线中的银产生氧化反应而出现蜗牛纹现象。日本Chemitox将电池片浸泡在一定浓度的稀醋酸溶液中,观察银栅线的变化,证明了醋酸会逐步腐蚀电池片表面的银栅线,使其变窄。

通过实验模拟恶劣的自然环境,在摄氏85度、湿度85%和外加电压1000V下老化96小时,发现使用低价EVA胶膜的光伏组件均有20%-60%的衰减。这意味中国大陆生产的组件在电站环境不理想的状态下,可能10年内就会发生大规模的电量衰退。然而,即使光伏组件能通过96小时或者192小时衰减测试,是否能保证25年的寿命也还是未知数。一些日夜温差大、或靠近水域的光伏电站更是危机重重;这些场地由于价格低或缺乏特定用途,往往容易被选为光伏发电站设址之处。

随着光伏组件技术的发展,不少国家都对组件抗衰减性能提出越来越严格的要求。比如PVEL 曾经提出光伏组件需要通过600小时的抗PID老化测试,而日本Chemitox则要求组件表面在保留水膜的情况下测试抗PID衰减性能。

对于光伏组件的蜗牛纹问题,目前还没有非常标准的测试方法,多是将电池片做成隐裂状态后拼成组件,交替进行湿热老化和暴晒测试。一些EVA胶膜厂商把蜗牛纹归咎为使用EVA回收料的缘故,并以不使用EVA回料来承诺品质,但这其实是未彻底了解EVA树脂的性能和组件结构所做出的盲目保证。塑胶多次加工会带来自然水解,但在EVA胶膜的生产中,极少有反复多次加工EVA树脂的可能性。蜗牛纹和电池片的品质、背板的透水性、EVA胶膜的配方以及加工技术、组件设计等方面均有关系。对EVA胶膜而言,要做到抗蜗牛纹,更重要的提高其抗水解性。

目前使用光伏组件功率抗衰减方案的组件,在85摄氏度85%湿度和1000V的96小时的老化后,能维持5%以内的功率衰减;而使用海优威新材料股份公司的抗PID衰减EVA胶膜的组件,在国内外多家知名组件厂的试验中衰减不到2%。在日本Chemitox的水膜抗衰减测试中,抗PID衰减EVA胶膜更是中国国内组件厂通过测试的重要保证。海优威的EVA胶膜能够在严酷的自然环境中保障光伏组件有更长的寿命。

若以25年的电站使用年限来计算,功率衰减0.8%和衰减5%的光伏组件,投资回报率相差9.4%。而现在最好的EVA材料和最差的EVA材料,每瓦成本只相差0.03元人民币,只要发电3天的收益就可打平。根据英国Wind&Sun公司2.6KW电站(英国第一个分布式电站)和海南尖峰岭电站的调查研究,电站衰减主要是EVA黄变和闪电纹引发的热斑导致,如果采用高品质EVA,组件寿命或可超过25年。CPTV的技术工程师张雪认为:常见的电站业主投资认为电站组件成本越低越好,但这样的观念没有考虑组件25年的寿命与电站的投资回报率。电站投资方更应该关注组件品质,而封装材料,特别是EVA材料,对组件品质影响甚大。因采用低品质EVA而导致电站大规模爆发闪电纹和功率衰减的情况,随着中国大陆装机量增长而越来越明显。业主投资光伏电站,对EVA材料的选择也需慎之又慎。

笔者认为,尽管低品质组件减少了每瓦的装机成本,却也大幅度减少了电站的使用年限,导致电站未达到使用寿命就发生衰减,甚至提前电站报废。电站的投资商应该忽略每瓦的建造成本,进而关注度电成本,改采品质更优良的材料。

 
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