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以史为鉴:光伏行业如何可持续发展?

2016-12-15

       中国光伏行业历经迅猛发展已将近十年,其间历经过供不应求的大好市况,也在2011-2012年间饱尝价格一泄千里的熊市。当时,外有双反,内有价格战,很多组件厂 都出现严重亏损,面临生存危机。在内外夹击的双重压力下,一些厂家为了谋求短期利润,采取了降本策略,一是改进生产工艺,提升良率;二是变更材料清单、引 入低成本新材料。
       时隔5年,这一大批使用未经验证材料的组件已经开始大规模出现失效,其投资回收期远远低于一般行业10到25年的质保年限。组件厂家需面对接踵而来的质量索赔,结果是因小失大,使投资人望之却步,更打击了对行业发展的信心。
       如今历史似乎正在重演,光伏全产业链正历经新一轮的价格调整。据产业机构EnergyTrend调研显示,随着今年“630抢装潮”的落幕,7月以来,整个光伏市场需求骤降、订单变少、库存持续积压,包括硅片、电池及组件在内的光伏产业链上下游品种价格已出现全面下滑。而在近日的一次大型项目招标会上,部分竞标企业报出了令人咋舌的“最低中标价”,不禁让人担忧光伏产品质量能否保障电站的长久运行。因此,为了避免历史重演,光伏从业人员应以史为鉴,真正从光伏材料这一源头把控质量,从而促进我国光伏产业健康可持续发展。
       一个真实案例
       2012年,中国西部的某光伏电站顺利并网,崭新的组件在充足的阳光下熠熠发光。并网典礼上,所有人眼中都充满了对未来的期望。
       2013年,在对组件进行的随机抽样检测中,尽管肉眼看到的外观并无显著变化,但通过显微镜可清楚观察到背板表面出现大量微裂纹。
       2016年,市场上开始听到越来越多只安装了4-5年的组件出现背板开裂的问题,三年前看到的微裂纹已经变成更长更深的宏观裂纹;很多裂纹沿焊带形成,具有明显的漏电隐患。项目业主立即对电站运维人员警示了该安全风险,以免造成触电事故,并向组件厂家提出质保索赔。
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       除了中国西部以外,在欧洲、东南亚和中国东部的电站,也陆续发现光伏组件出现了此类背板的开裂问题,安装时间都在5年以内。根据10年产品质保的要求,组件厂应该对出现问题的组件进行更换。这无疑对厂商造成了巨大的财务和商誉损失。同时,项目业主也深感困惑,为何这些组件都通过了国际认证测试,还是无法避免此类的质量问题。
       寻找根本原因
       从光伏组件的安装环境与使用条件来看,任何光伏组件中的材料都必须耐受25年以上的户外气候挑战。尤其背板,作为光伏组件的最外层,对组件起到最关键的 保护,因此对材料长期可靠性的要求非常高。此外,背板直接受到紫外、风沙、剧烈温度改变的影响,也是最容易出现老化问题的材料之一。
       尽管光伏行业要求25年的质保,但一直缺乏对长期老化性能的测试方法和标准,从而导致各种质量不一的材料都能够通过测试,被应用在组件产品上。这些材料虽然短期内不会出现问题,但是一旦长时间在户外曝晒,不到10年、甚至5年就会开始出现老化失效等问题,禁不住时间的考验。
       对于光伏的应用,行业急需发展更完善的测试方法,以更准确地预测背板材料的长期可靠性。
       优化测试方法
       首先,现阶段行业惯用的测试方法普遍采用单项加速老化实验,这完全不能模拟户外实际情况(湿、热、紫外、温度变化同时发生),当然无法真实反映材料在户外老化的结果。
       再者,部分测试标准偏低,无法体现背板材料在质保期间面对的户外环境风险。以紫外测试剂量来说,荒漠25年的累积紫外剂量大概在275kWh/m2,温和气候也大于170kWh/m2。而目前的认证测试只需要15kWh/m2,和户外25年老化所承受的剂量相差甚远。
       最后,现行的老化测试对材料老化后的力学性能关注不足,比如冷热循环应力和动态机械载荷。而户外失效往往是由于材料老化后力学性能下降导致的。
       为了更好的模拟户外老化应力对材料的影响,最好能采用更能反映户外情况的序列老化测试,即在加速老化测试中将原来单项的紫外、湿热和冷热应力等老化因素测试按照一定顺序对同一个样品进行测试,这样就能更好评估不同材料在长期老化性能方面的差异。
       序列老化测试:
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       举例来说,以序列老化测试对PVDF背板以及PVF背板进行序列老化测试后,PVDF背板出现了开裂现象,这说明由于PVDF薄膜横向力学性能不佳,在老化后容易变脆,在冷热循环应力下容易朝单一方向开裂;而PVF薄膜因为是双向拉伸的成膜技术,所以不会有这种问题。
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       下图是在北美地区户外使用4年的PVDF背板形貌,平均开裂比例约57%,裂纹方向均沿纵向形成。
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       近几年来,在降低成本的压力下,光伏组件的关键材料产生很多质变,因此测试方法也必须因应众多材料的加入而调整,以更好的区别各种材料之间的差异性,让组件商、光伏投资业者有更好的依据可选择适合光伏应用的材料。
       延长使用寿命和降低功率衰减是保障项目投资回报和降低发电成本的重要因素。实地户外是对光伏组件最终极的检测,然而因应行业发展的变化,在测试方法上也有改善的空间,序列老化测试能够更好对不同材料的长期可靠性进行甄别,应该被更加广泛的使用。

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