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光伏组件究竟能用多少年,“短命”组件短在哪里?——从规模扩张到高质量发展,新征程,再思考
2019-05-08   |  编辑:faye  |  60浏览人次

光伏组件作为光伏发电的核心设备,其质量倍受关注,能否达到预期使用寿命也经常受到质疑。时至今日,光伏发电已实质性地进入“去补贴”时代,为降低度电成本,有人会问:组件预期使用寿命为什么是25年?能否使用30年或更长时间?为什么市场上会有很多达不到预期寿命的组件?“短命”组件问题到底出在何处?新征程,需要我们有新思考。带着问题和疑问,本文基于数据做了解析。

一、总体分析和判断

目前,多数企业对交付使用的光伏组件提供两类质保,一类是有限产品质保,质保期大多为 10 年或 12 年,质保范围为组件的设计、材料或工艺原因造成的质量问题;二是有限电性能,即最大输出功率质保,通常为 25 年线性质保,有的企业为提高产品的竞争力,对特殊类型的组件(如双玻组件)提供了 30 年质保。由于组件在系统成本中占比最高,光伏电站设计使用寿命通常与组件最大功率保证年限相同。

客观地说,将组件预期使用寿命确定为 25 年或认为组件最大输出功率衰减至初始功率的 80% 即不能经济地使用,只是约定俗成,并无有说服力的理论依据或经验证实。

针对行业关心的问题,鉴衡认证中心一直在开展相关的检测和研究工作。近几年,结合各种类型的电站检测,鉴衡有意识地对不同类型、不同气候区组件的使用情况进行了针对性检测和分析。图 1 为鉴衡在位于我国亚湿热、暧温、寒温等光伏应用较广区域内的 20 座电站中,每类气候区选择 21 种不同类型和型号的组件,合计 63 种组件最大功率衰减程度的测试和分析结果。

图1:组件最大功率衰减均值和极值指数,来源:鉴衡认证

解释和说明:

1)按投用时间,样本组件分三档,包括投用时间在1 年以内、3 年左右、5 年左右。

2)导入“最大功率衰减均值指数”、“最大功率衰减极值指数”两个指标用以衡量组件最大功率相对于保证值的衰减水平,并进行横、纵向比较。其中,“最大功率衰减均值指数”是指某电站、单一型号“抽检组件样本组”最大功率衰减率均值与对应期限最大功率衰减保证值(线性计算)的比值;“最大功率衰减极值指数”是指某电站、单一型号“抽检组件样本组”中最大功率衰减率最大值与对应期限衰减率保证值的比值。

3)按标称功率计算组件最大功率衰减率;数据处理时,未考虑最大功率的测量不确定度。

4)数据处理时,剔除有明显外观和内部质量缺陷组件的检测数据。

5)未考虑初始实测与标称功率的差异及测量不确定度的影响,虽为统计结果,仍存在偏差。

鉴衡认证所检测的 63 种组件“最大功率衰减均值指数”的平均值为 0.71。其中,运行时间在一年以内的组件有19种,“最大功率衰减均值指数”为 0.71;运行时间在3年左右的组件有32种,“最大功率衰减均值指数”为 0.71;运行时间在5年左右的组件有 12 种,“最大功率衰减均值指数”为 0.72,意味着组件平均功率衰减水平明显优于保证值。以运行时间5年左右的多晶硅组件为例,按首年衰减不超过2.5%、其后每年不超过 0.7% 的线性保证值计算,运行 5 年的组件最大功率衰减的保证值为不超过 5.3%,“最大功率衰减均值指数”为 0.72,组件实际最大功率衰减的平均值为 3.98%。

从这组数据看,组件平均功率衰减水平优于保证值;另外,运行时间在 1 年、3 年、5 年的组件,“最大功率衰减均值指数”差异较小,线性外推,单纯从最大功率衰减程度看,可以粗略地认为:大部分组件可以经济地使用 25 年或更长时间。

二、组件使用寿命的影响因素

尽管没有强制性规定,对外销售的组件通过 IEC 61215 和 IEC 61730 的检测和认证已成为行业惯例。近些年,有些通过认证的组件在使用过程也出现了质量问题,人们不禁要问:为什么通过 IEC 61215 和 IEC 61730 认证的组件还会出问题?要回答这一问题,首先需要对 IEC 61215 和 IEC 61730 标准的作用有正确的理解。

对 IEC 61215 标准的作用,在IEC 61215-1:2016 《地面用光伏组件—设计鉴定和定型—第一部分:测试要求》的“范围和目的”中给出了说明,需要理解以下几点:

1)标准中给出如下说明“本试验序列的目的是在尽可能合理的费用和时间内确定组件的电性能和热性能,并表明组件能够在 IEC 60721-2-1 中描述的户外气候条件下长期使用。通过此试验的组件的实际使用寿命预期取决于组件的设计以及它们使用的环境和条件”。可以简单地理解为:通过标准测试,仅证实组件具备长期运行所需的基本性能,并不表明组件能够实际使用 25 年。

2)IEC 60721-2-1:2013 《环境条件分类 自然环境条件 温度和湿度》中按温度和湿度给出了 5 类环境条件。GB/T 4797.1-2018 修改采用了 IEC 60721-2-1:2013 标准,结合中国实际,给出了 7 种环境条件。标准中仅给出了一般的室外环境类型及其温、湿度条件,作为组件设计依据的背景材料并不充分。实际工作中,还需要考虑光照(如紫外光强度)、气候现象(如:大风、沙尘、冰雹、积雪)、大气环境质量、工况条件等方面的影响。针对特定条件,现行 IEC 系列标准采用的是“补丁”方式,即针对已出现或新出现的问题或需求,制定专项测试标准,如:IEC TS 62804-1 《光伏组件电势诱导衰减测试方法 第1部分:晶体硅》、IEC 61701 《光伏组件盐雾腐蚀试验》、IEC 62716 《光伏组件氨腐蚀试验》。

3)另外,拟进一步修订的 IEC 61215 标准中,给出如下说明“加速测试条件基于实际观察到的失效模式。根据产品设计可以选定不同的加速因子,测试结果不宜解释为组件使用寿命的预测,不是所有的衰减机理都可以证明”。根据标准的最新解释,对组件及其所用材料,盲目地增加测试条件的强度或累积量;或对外宣称通过 3 倍  IEC 标准测试的组件就能使用 30 年,缺少依据。

总体看,现行 IEC 标准和国家标准,还不够系统和完善,在满足组件设计、制造、使用及质量验证的需求方面,还有差距。

1.组件使用寿命的影响因素

图 2 从设计、制造、使用等环节概括了影响组件使用寿命的一些主要因素。

图2:组件使用寿命影响因素概览,来源:鉴衡认证

图中所述的各类因素,或多或少地影响着组件的使用寿命,需要全过程、全要素控制。依据统计结果,在影响组件使用寿命的各类因素中,技术成熟度、制程质量控制、环境适配性为需要控制的关键因素。

1)图 3 为在位于不同区域的 6 个电站中,每个电站选取同企业、同时点投用、不同效率档的组件,进行最大功率衰减程度对比测试的结果。其中,标识为 “A” 的组件为同期成熟度较高的效率档,标识为 “B” 的为高效率档位的组件。

可以看出,6 个对比组中,“A” 类组件最大功率衰减均值指数均低于 “B” 类组件。根据经验,部分 “B” 类组件尚处于不够成熟和稳定的量产期。

图3:同期、不同效率水平组件功率衰减对比,来源:鉴衡认证

2)图 4 为从位于我国亚湿热、暧温、寒温等 3 类气候区的 15 座电站中,每类气候区各选择 15 种组件,每种组件抽取不少于 5 块无严重缺陷的组件,进行最大功率衰减程度对比测试和分析的结果。

通过对比可看出,在亚湿热、暧温两类气候区中使用的组件,最大功率衰减情况并无明显差异;在寒温区中使用的组件,从均值指数和极值指数看,均明显好于前两类气候区。这意味着,针对某些特定的环境条件,需要采用针对性设计,以提高组件的可靠性。

图4:不同气候区最大功率衰减均值和极值指数对比,来源:鉴衡认证

3)图 5 为从同一电站使用的不同厂家供应的 2 款组件中,各选择 7 块无明显缺陷的组件,进行最大功率衰减程度对比测试和分析的结果。图中的“衰减指数”指的是组件实测最大功率衰减率与同期保证值的比值。

通过对比可看出,B 厂家组件最大功率衰减均值和一致性明显好于 A 厂家的组件,反应出 A 厂家在制程质量控制方面存在问题,产品质量的一致性较差。

值得一提的是,在抽测的组件中,某电站使用的某国外企业生产的组件,使用 3 年后,几乎无衰减,且样本组件间的性能偏差很小,反应出极高的可靠性水平。

图5:不同组件功率衰减一致性对比,来源:鉴衡认证

2. 实际使用组件存在的突出问题

鉴衡认证分析已有的检测数据,运营期内的组件,从最大功率衰减程度看,可以归纳为 4 种走势,见图 6。

图6:组件最大功率走势图,来源:鉴衡认证

图 7 为前述 63 种样本组件中,处于不同最大功率衰减均值指数区间的组件占比情况。可以粗略地认为:均值指数小于 0.5 的组件,符合图6中的走势一;均值指数在 0.5~1 的组件符合走势二;均值指数在 1~1.5 的组件为带病组件,趋于走势三;均值指数大于 1.5 的组件,存在较为严重缺陷,趋于走势四。

图7:最大功率衰减均值指数占比, 来源:鉴衡认证 

初步分析趋于走势三和走势四的组件,导致组件最大功率过快衰减的原因主要有以下几方面:

1)针对特定气候区的环境条件及发生频次较高的恶劣气候现象,组件设计或选型考虑不周;

2)工程设计或施工原因导致的组件缺陷问题;

3)组件采购及制程质量控制不到位导致的组件质量问题;

4)某些新型、未经充分验证即批量投用的组件及所用材料带来的质量问题。

三、结语

总体看,在技术质量方面,光伏产业的技术研究存在两个不平衡,一是可靠性方面的技术研究滞后于单体设备效率提升方面的技术研究;二是系统应用技术的研究水平滞后于设备端。另外,需要提醒的是:近两年,过于强调初装成本的降低,而对由于可靠性不够所导致的后期运维成本抬高或性能水平过快减损重视不够。

作为光伏电站的核心设备,组件能够长期、安全、可靠地运行,是保证电站取得预期收益的基础。平价上网,组件效率“领跑+长跑”缺一不可。

文章来源:鉴衡认证

 
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