众所周知，投资光伏电站是一【yī】项长期的收益，因此电【diàn】站【zhàn】25年的生【shēng】命周【zhōu】期能【néng】否得到【dào】保障至关【guān】重要。作为全球【qiú】领先的光伏解【jiě】决方案提供者，杜邦公【gōng】司在光伏领域深耕已超【chāo】过40年。为深入【rù】了解光伏产品及其性能【néng】，杜邦公司对各地电站【zhàn】做了现场检测，积【jī】累了大量组【zǔ】件【jiàn】端的【de】检测数据【jù】。在第三届光伏发电运营及后【hòu】服务研讨【tǎo】会上，杜邦光伏解决方【fāng】案技术专家夏季博士【shì】就组件【jiàn】端检测【cè】数据【jù】及经验进行了分享【xiǎng】。
据了解，杜邦从【cóng】2011年【nián】起，开【kāi】始对不同运行时间的组件进行实地【dì】检【jiǎn】测、评【píng】估、数据积【jī】累和材料失效模式的探究。该项【xiàng】目是组件【jiàn】及其材料的【de】综【zōng】合调【diào】研，通过尽量选【xuǎn】择不同【tóng】可分析特征的组【zǔ】件进行实地考【kǎo】察，使用多步【bù】骤【zhòu】检测【cè】方案，对不同地【dì】理及气候类型(包【bāo】括北美、亚太地区、欧洲和中东等地【dì】)、不同组件【jiàn】性能【néng】、不同材料性能、不同【tóng】安装方式、不同使用年限等进行分类分析。
杜邦【bāng】通过使用综合处理法来达到光伏【fú】系【xì】统【tǒng】性能风险最小【xiǎo】化及【jí】能量输【shū】出【chū】最优化的效果。首先进行电站现场检测，包括外【wài】观【guān】检查、红外热成像检测【cè】热斑、红外【wài】光谱检测【cè】热效率【lǜ】、色度仪、光【guāng】泽度仪等。其次，将现场的一些组【zǔ】件带回【huí】实验室，进行非【fēi】破坏【huài】性测试及【jí】分析，包括【kuò】功率测量、EL成【chéng】像、湿漏【lòu】电、绝缘测试等。做完【wán】上述测试后，为了解不同区域的影响，会再进行破坏【huài】性测试及分析【xī】，包括【kuò】结构分【fèn】析SEM、成【chéng】分分析IR、缺陷路【lù】径X-Ray、机械性能等【děng】。最后【hòu】就是进行经验总结与措施改进。
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【gòng】检测【cè】了超过【guò】275个电站，总装【zhuāng】机超1GW，覆盖了来自92个组件制造商的超过400万块组【zǔ】件【jiàn】。检测结果显示【shì】，组件【jiàn】总失效率【lǜ】为22.3%，背板失效率为【wéi】9.5%，聚合物失效率表现【xiàn】为干热气候 > 热带【dài】地【dì】区【qū】 > 温和地区【qū】。组件失效的类型包【bāo】括电池、焊带、背板、封装【zhuāng】材料以及其它等等。其中【zhōng】，电池及焊带【dài】失效包括腐蚀、热斑、蜗牛纹、连接失效、开裂、焦【jiāo】班【bān】等【děng】;背板【bǎn】失效包【bāo】括开裂、脱层、黄变、内层开【kāi】裂等;封装材料【liào】失效包括【kuò】变色、脱层等;其它失效类【lèi】型包【bāo】括玻【bō】璃失效、减【jiǎn】反涂【tú】层脱落【luò】、接线盒等。
其中，对【duì】于不同【tóng】类型背板的【de】失效率，杜邦【bāng】也做了一个统计(如下图)。蓝色柱状代表【biǎo】所有不同类型背板统【tǒng】计，红色柱状代表运【yùn】行4年以【yǐ】上【shàng】的电站中组件【jiàn】背板，可以看到运【yùn】行时【shí】间【jiān】较长的电站【zhàn】背板【bǎn】失效率【lǜ】显著增加，这也【yě】与【yǔ】大家的共识比【bǐ】较吻合。从不同材料【liào】背板类型来看，PA(尼龙)类【lèi】背板失效率高达【dá】45.7%，尤【yóu】其是在西部地区开裂较多;其【qí】次是PVDF膜失效率【lǜ】10.6%，PET(聚酯类)失效【xiào】率【lǜ】3.4%，FEVE膜失效率2.3%，Tedlar® PVF膜【mó】失效率最低，仅有0.05%。
此外，杜【dù】邦在研究中还发现，不同安装方式【shì】对组件【jiàn】失效【xiào】率【lǜ】的影响也不同。从大量【liàng】电站测试结【jié】果【guǒ】来看，屋顶光伏电站【zhàn】的【de】组件失效【xiào】率显著高于地【dì】面电站，其中屋顶光伏电站组件的背【bèi】板失效率约为地【dì】面电站的2.5倍，然而【ér】不同安装方式【shì】下电池的失效率相差却【què】没【méi】那么【me】大。
造【zào】成【chéng】这一结果的原因，杜邦分析【xī】认为主【zhǔ】要【yào】有三个原因：第一，由于屋顶光伏电站的组【zǔ】件【jiàn】温【wēn】度比同气候【hòu】条件【jiàn】下地面电站高约15摄【shè】氏度，背板失效率的差异可能是由于屋【wū】顶【dǐng】电站的温度较高导致【zhì】，这种由于温度差异导致的背板失效率差异【yì】也与气候类型的影响一【yī】致【zhì】;第【dì】二，有些屋【wū】顶【dǐng】电【diàn】站的组【zǔ】件【jiàn】是贴【tiē】着屋顶安装的，太阳光照射到屋顶后，直接反射到组件背面，导致背面吸收的紫【zǐ】外线【xiàn】较多;第三，屋顶【dǐng】分布式电站的质量【liàng】良【liáng】莠不齐，有些电【diàn】站会【huì】选用一些较次的【de】材料，也会导致失效率【lǜ】增【zēng】大。
组件【jiàn】安【ān】装在户【hù】外，背板材料会发生【shēng】老化减薄，因【yīn】此搜集【jí】了很多【duō】背板样品进行户外老【lǎo】化减【jiǎn】薄【báo】数据分析。从统计数【shù】据上【shàng】看，PVDF和PET背板【bǎn】的老化减薄速率要比Tedlar®PVF大很【hěn】多，一般【bān】比后【hòu】者大3~5倍。其中不同PVDF和【hé】PET背【bèi】板的老化减薄【báo】速率也会表现出较大差异【yì】，这可【kě】能是由于【yú】各自成分组件差异【yì】较【jiào】大;若以【yǐ】此【cǐ】老【lǎo】化减薄速率计算，一款25µm PVDF为外层的背板，在8年内，PVDF经【jīng】侵蚀后所剩【shèng】的厚度【dù】就会【huì】低于保护背【bèi】板所需10μm的最低厚度，而Tedlar® PVF的老化减薄速率仅有0.34µm/年，以此速度计算Tedlar® 25µm PVF为外【wài】层的背板可以使用超过30年。
同时【shí】，美国空间【jiān】站的数据【jù】也与上【shàng】述户外组件检测【cè】结【jié】果的【de】趋势基本一【yī】致。美国空【kōng】间站外部【bù】共装载了38种聚合物，样品朝空间站前进【jìn】方向，长期暴露于反应性氧【yǎng】原子、紫外线和X射线下，长达四年时【shí】间，其中PVDF、PET、PA和PMMA均【jun1】发生了严重侵蚀，而Tedlar® PVF侵【qīn】蚀【shí】率非【fēi】常低，如【rú】下图【tú】。
Tedlar® PVF低功率损失和【hé】几乎无降解的优异性能在多年【nián】的户【hù】外案【àn】例【lì】中【zhōng】也得以体【tǐ】现【xiàn】，如【rú】下图列举的不同时间、不同地点的电站【zhàn】，年功率衰减【jiǎn】均较低。以1999年北京【jīng】的某屋顶【dǐng】电站为【wéi】例，杜邦将部分组【zǔ】件拆卸到实验室进行材料破坏性的分析，可以发【fā】现，经过18的运行历史，其【qí】Tedlar®内【nèi】、外层薄【báo】膜均磨【mó】损不到3µm，力学性【xìng】能【néng】方面保持【chí】了【le】60%以上的断裂伸长率【lǜ】。
背板失效实例分析
背板开裂会使背板失去绝缘性能，组件【jiàn】面临极高的【de】安全与【yǔ】失效风险。杜邦在【zài】全【quán】球户外【wài】可靠性【xìng】项目研究【jiū】过程中，也看【kàn】到很【hěn】多失【shī】效的案例，如西欧某个运行【háng】了4年的2.3MW光伏电站中【zhōng】，PET聚酯背板开裂比例约50%，部分组件无法通过湿漏电测试，安全隐患大;北美【měi】某个运【yùn】行4年的40kW光伏【fú】电站中【zhōng】，PVDF聚偏氟【fú】乙烯背板【bǎn】开裂与脱【tuō】层比例【lì】超57%;我【wǒ】国西【xī】部【bù】某运行【háng】了4年的20MW光伏电站中【zhōng】，PA聚酰胺背板【bǎn】开裂比例 > 40%。
以【yǐ】PVDF背板为例，其典型失效模【mó】式是初始出现裂纹, 随之伴着更【gèng】多的【de】开裂和深层的脱层【céng】。且【qiě】PVDF薄【báo】膜开【kāi】裂【liè】大都从【cóng】电【diàn】池片间隙处开始，因为此处【chù】背面和正面都会接收到紫外辐射，随后沿纵向发【fā】展。
在第三方测试机构DNV-GL全【quán】尺寸组【zǔ】件序【xù】列老化测【cè】试中，PVDF背板的【de】组件在MAST序列老化测试后开【kāi】裂，机械性能下降严重，同【tóng】样与户【hù】外实测【cè】项【xiàng】目相【xiàng】佐证。在【zài】两块组件的每片电【diàn】池背后【hòu】都能【néng】看到明显的开裂，裂纹沿着焊带【dài】方向【xiàng】发展，几乎贯穿整个组件。所有【yǒu】开裂都沿着组件的纵向(机械方向)，主要原【yuán】因【yīn】是横向机械性能差。
杜邦【bāng】通过早期【qī】电站的案例分【fèn】析发现，背板开裂【liè】和机械性能降低的早【zǎo】期信号就是出现微裂纹。如2013年时，工作【zuò】人员发现中国西部某20MW电站中，安装1年【nián】后的【de】PA背板【bǎn】出现大量微裂纹，到【dào】2016年时，该【gāi】电站背【bèi】板果然【rán】出【chū】现了【le】大【dà】量的开裂，开裂比例高达40%。今年，在国内某电站运行2.5年【nián】的PVDF背板表面【miàn】观察【chá】到大量微裂纹，那么【me】后【hòu】续是否也会引起大【dà】面积【jī】背板开裂，还需【xū】要【yào】持续【xù】跟进调【diào】查。
此外，今年也是双面组【zǔ】件【jiàn】发【fā】展非常火爆的【de】一年，但双面双玻组件同样有【yǒu】不少【shǎo】户【hù】外失效【xiào】的案例，如【rú】某户外电站实际运行仅一【yī】年，组【zǔ】件严【yán】重变形【xíng】，最大弯曲程度肉眼检测大于【yú】1cm，据统计大约9-21%的双玻组件被发现有此【cǐ】问题。
为顺应双面【miàn】技术发展的趋【qū】势，杜邦也顺势推出了透明背板产品，应用到双面【miàn】组件【jiàn】中【zhōng】相【xiàng】当于传【chuán】统【tǒng】结构的组件，而【ér】单【dān】玻组件【jiàn】电池运【yùn】行温度比双玻低，可【kě】提【tí】高功率输出。此外，在成本方面，也可降低组件端【duān】生【shēng】产成本以及安装、运维成本等。
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