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行業新聞

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光伏組件究竟能用多少年,“短命”組件短在哪里?——從規模擴張到高質量發展,新征程,再思考

2019-05-07|來自:|發布:

光伏組件作為光伏發電的核心設備,其質量倍受關注,能否達到預期使用壽命也經常受到質疑。時至今日,光伏發電已實質性地進入“去補貼”時代,為降低度電成本,有人會問:組件預期使用壽命為什么是25年?能否使用30年或更長時間?為什么市場上會有很多達不到預期壽命的組件?“短命”組件問題到底出在何處?新征程,需要我們有新思考。帶著問題和疑問,本文基于數據做了解析。

一、總體分析和判斷

目前,多數企業對交付使用的光伏組件提供兩類質保,一類是有限產品質保,質保期大多為 10 年或 12 年,質保范圍為組件的設計、材料或工藝原因造成的質量問題;二是有限電性能,即最大輸出功率質保,通常為 25 年線性質保,有的企業為提高產品的競爭力,對特殊類型的組件(如雙玻組件)提供了 30 年質保。由于組件在系統成本中占比最高,光伏電站設計使用壽命通常與組件最大功率保證年限相同。

客觀地說,將組件預期使用壽命確定為 25 年或認為組件最大輸出功率衰減至初始功率的 80% 即不能經濟地使用,只是約定俗,并無有說服力的理論依據或經驗證實。

針對行業關心的問題,鑒衡認證中心一直在開展相關的檢測和研究工作。近幾年,結合各種類型的電站檢測,鑒衡有意識地對不同類型、不同氣候區組件的使用情況進行了針對性檢測和分析。圖 1 為鑒衡在位于我國亞濕熱、曖溫、寒溫等光伏應用較廣區域內的 20 座電站中,每類氣候區選擇 21 種不同類型和型號的組件,合計 63 種組件最大功率衰減程度的測試和分析結果。 

解釋和說明:

1)按投用時間,樣本組件分三檔,包括投用時間在1 年以內、3 年左右、5 年左右。

2)導入“最大功率衰減均值指數”、“最大功率衰減極值指數”兩個指標用以衡量組件最大功率相對于保證值的衰減水平,并進行橫、縱向比較。其中,“最大功率衰減均值指數”是指某電站、單一型號“抽檢組件樣本組”最大功率衰減率均值與對應期限最大功率衰減保證值(線性計算)的比值;“最大功率衰減極值指數”是指某電站、單一型號“抽檢組件樣本組”中最大功率衰減率最大值與對應期限衰減率保證值的比值。

3)按標稱功率計算組件最大功率衰減率;數據處理時,未考慮最大功率的測量不確定度。

4)數據處理時,剔除有明顯外觀和內部質量缺陷組件的檢測數據。

5)未考慮初始實測與標稱功率的差異及測量不確定度的影響,雖為統計結果,仍存在偏差。

鑒衡認證所檢測的 63 種組件“最大功率衰減均值指數”的平均值為 0.71。其中,運行時間在一年以內的組件有19種,“最大功率衰減均值指數”為 0.71;運行時間在3年左右的組件有32種,“最大功率衰減均值指數”為 0.71;運行時間在5年左右的組件有 12 種,“最大功率衰減均值指數”為 0.72,意味著組件平均功率衰減水平明顯優于保證值。以運行時間5年左右的多晶硅組件為例,按首年衰減不超過2.5%、其后每年不超過 0.7% 的線性保證值計算,運行 5 年的組件最大功率衰減的保證值為不超過 5.3%,“最大功率衰減均值指數”為 0.72,組件實際最大功率衰減的平均值為 3.98%。

從這組數據看,組件平均功率衰減水平優于保證值;另外,運行時間在 1 年、3 年、5 年的組件,“最大功率衰減均值指數”差異較小,線性外推,單純從最大功率衰減程度看,可以粗略地認為:大部分組件可以經濟地使用 25 年或更長時間。

二、組件使用壽命的影響因素

盡管沒有強制性規定,對外銷售的組件通過 IEC 61215 和 IEC 61730 的檢測和認證已成為行業慣例。近些年,有些通過認證的組件在使用過程也出現了質量問題,人們不禁要問:為什么通過 IEC 61215 和 IEC 61730 認證的組件還會出問題?要回答這一問題,首先需要對 IEC 61215 和 IEC 61730 標準的作用有正確的理解。

對 IEC 61215 標準的作用,在IEC 61215-1:2016 《地面用光伏組件—設計鑒定和定型—第一部分:測試要求》的“范圍和目的”中給出了說明,需要理解以下幾點:

1)標準中給出如下說明“本試驗序列的目的是在盡可能合理的費用和時間內確定組件的電性能和熱性能,并表明組件能夠在 IEC 60721-2-1 中描述的戶外氣候條件下長期使用。通過此試驗的組件的實際使用壽命預期取決于組件的設計以及它們使用的環境和條件”。可以簡單地理解為:通過標準測試,僅證實組件具備長期運行所需的基本性能,并不表明組件能夠實際使用 25 年。

2)IEC 60721-2-1:2013 《環境條件分類 自然環境條件 溫度和濕度》中按溫度和濕度給出了 5 類環境條件。GB/T 4797.1-2018 修改采用了 IEC 60721-2-1:2013 標準,結合中國實際,給出了 7 種環境條件。標準中僅給出了一般的室外環境類型及其溫、濕度條件,作為組件設計依據的背景材料并不充分。實際工作中,還需要考慮光照(如紫外光強度)、氣候現象(如:大風、沙塵、冰雹、積雪)、大氣環境質量、工況條件等方面的影響。針對特定條件,現行 IEC 系列標準采用的是“補丁”方式,即針對已出現或新出現的問題或需求,制定專項測試標準,如:IEC TS 62804-1 《光伏組件電勢誘導衰減測試方法 第1部分:晶體硅》、IEC 61701 《光伏組件鹽霧腐蝕試驗》、IEC 62716 《光伏組件氨腐蝕試驗》。

3)另外,擬進一步修訂的 IEC 61215 標準中,給出如下說明“加速測試條件基于實際觀察到的失效模式。根據產品設計可以選定不同的加速因子,測試結果不宜解釋為組件使用壽命的預測,不是所有的衰減機理都可以證明”。根據標準的最新解釋,對組件及其所用材料,盲目地增加測試條件的強度或累積量;或對外宣稱通過 3 倍  IEC 標準測試的組件就能使用 30 年,缺少依據。

總體看,現行 IEC 標準和國家標準,還不夠系統和完善,在滿足組件設計、制造、使用及質量驗證的需求方面,還有差距。

1. 組件使用壽命的影響因素

圖 2 從設計、制造、使用等環節概括了影響組件使用壽命的一些主要因素。

 

圖中所述的各類因素,或多或少地影響著組件的使用壽命,需要全過程、全要素控制。依據統計結果,在影響組件使用壽命的各類因素中,技術成熟度、制程質量控制、環境適配性為需要控制的關鍵因素。

1)圖 3 為在位于不同區域的 6 個電站中,每個電站選取同企業、同時點投用、不同效率檔的組件,進行最大功率衰減程度對比測試的結果。其中,標識為 “A” 的組件為同期成熟度較高的效率檔,標識為 “B” 的為高效率檔位的組件。

可以看出,6 個對比組中,“A” 類組件最大功率衰減均值指數均低于 “B” 類組件。根據經驗,部分 “B” 類組件尚處于不夠成熟和穩定的量產期。

 

 2)圖 4 為從位于我國亞濕熱、曖溫、寒溫等 3 類氣候區的 15 座電站中,每類氣候區各選擇 15 種組件,每種組件抽取不少于 5 塊無嚴重缺陷的組件,進行最大功率衰減程度對比測試和分析的結果。

通過對比可看出,在亞濕熱、曖溫兩類氣候區中使用的組件,最大功率衰減情況并無明顯差異;在寒溫區中使用的組件,從均值指數和極值指數看,均明顯好于前兩類氣候區。這意味著,針對某些特定的環境條件,需要采用針對性設計,以提高組件的可靠性。

3)圖 5 為從同一電站使用的不同廠家供應的 2 款組件中,各選擇 7 塊無明顯缺陷的組件,進行最大功率衰減程度對比測試和分析的結果。圖中的“衰減指數”指的是組件實測最大功率衰減率與同期保證值的比值。

通過對比可看出,B 廠家組件最大功率衰減均值和一致性明顯好于 A 廠家的組件,反應出 A 廠家在制程質量控制方面存在問題,產品質量的一致性較差。

值得一提的是,在抽測的組件中,某電站使用的某國外企業生產的組件,使用 3 年后,幾乎無衰減,且樣本組件間的性能偏差很小,反應出極高的可靠性水平。

2. 實際使用組件存在的突出問題

鑒衡認證分析已有的檢測數據,運營期內的組件,從最大功率衰減程度看,可以歸納為 4 種走勢,見圖 6。

圖 7 為前述 63 種樣本組件中,處于不同最大功率衰減均值指數區間的組件占比情況??梢源致缘卣J為:均值指數小于 0.5 的組件,符合圖6中的走勢一;均值指數在 0.5~1 的組件符合走勢二;均值指數在 1~1.5 的組件為帶病組件,趨于走勢三;均值指數大于 1.5 的組件,存在較為嚴重缺陷,趨于走勢四。

 初步分析趨于走勢三和走勢四的組件,導致組件最大功率過快衰減的原因主要有以下幾方面:

1)針對特定氣候區的環境條件及發生頻次較高的惡劣氣候現象,組件設計或選型考慮不周;

2)工程設計或施工原因導致的組件缺陷問題;

3)組件采購及制程質量控制不到位導致的組件質量問題;

4)些新型、未經充分驗證即批量投用的組件及所用材料帶來的質量問題。

 三、結 語

總體看,在技術質量方面,光伏產業的技術研究存在兩個不平衡,一是可靠性方面的技術研究滯后于單體設備效率提升方面的技術研究;二是系統應用技術的研究水平滯后于設備端。另外,需要提醒的是:近兩年,過于強調初裝成本的降低,而對由于可靠性不夠所導致的后期運維成本抬高或性能水平過快減損重視不夠。


作為光伏電站的核心設備,組件能夠長期、安全、可靠地運行,是保證電站取得預期收益的基礎。平價上網,組件效率“領跑+長跑”缺一不可。


本文作者:鑒衡認證中心  紀振雙 

 

 

 

 

 

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