電站建設(shè)背后：材料電站隱裂風(fēng)險(xiǎn)
此前一家權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)發(fā)布了一組調(diào)查結(jié)果：他們對(duì)425座太陽能光伏電站進(jìn)行了監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)了大量問題，其中與光伏組件及其原材料有關(guān)的問題令人警覺，尤其是后期建設(shè)的電站，問題暴露的越來越多。
調(diào)查發(fā)現(xiàn)組件主要存在熱斑、隱裂、內(nèi)部缺陷和功率衰減等質(zhì)量問題，尤以內(nèi)部缺陷導(dǎo)致的功率衰減問題突出，在2013年現(xiàn)場測試的11座大型地面電站檢測后，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行一年期左右的組件中（考慮了設(shè)備的不確定因素），51%的組件衰減在5%—10%之間，其中約30%的組件功率衰減超過10%，8%的衰減超過20%。
30%建成的3年以上的電站都不同程度出現(xiàn)了問題，建設(shè)1年的電站成本、收益都出現(xiàn)了較大波動(dòng)。參照國外電站運(yùn)行情況，國內(nèi)光伏組件經(jīng)過惡性競爭，價(jià)格壓到了最低限度，質(zhì)量開始經(jīng)受考驗(yàn)。
通常而言，光伏組件衰減第一年是5%，后面為每年不超過0.8%，25年下來不允許超過20%。按照調(diào)查所得，如果組件一年衰減達(dá)到20％，按照這個(gè)速度下去，五年后這個(gè)電站就報(bào)廢了，可以說光伏電站存在很大隱患。
需要保護(hù)的電池片組件，按字面意思解釋就是由各種材料組裝而成的物件，具備發(fā)電的功能，是太陽能光伏電站的主要構(gòu)成部分。具體由哪些構(gòu)成呢？
首先，最核心中間部分是太陽電池片，外面的封裝材料都是為了保護(hù)它，它是組件在太陽光照條件下產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)的基石，電池性能的好壞與質(zhì)量決定組件發(fā)電量的高低。
中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所對(duì)一些過往電站的舊組件一直有跟蹤研究，在對(duì)一批1986年的舊組件分析時(shí)他們發(fā)現(xiàn)，雖然總體水平保持不錯(cuò)，但來自電池的缺陷占比缺陷總數(shù)的比例很高。
中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所洪瑞江博士表示：“經(jīng)過23年的戶外使用，這批組件依然顯示很好的整體性能，衰減不大約6%。組件的外觀缺陷主要是封裝材料的老化和破損，單體電池片存在裂紋也是造成組件失效的關(guān)鍵隱患。”
他說：“電池出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致組件電流和填充因子嚴(yán)重降低。還有電池柵線斷開，導(dǎo)致組件電壓和功率降低；柵線脫落造成搭接，電池片破裂、崩邊。隨著硅片的進(jìn)一步薄片化，太陽電池的質(zhì)量應(yīng)受到重視?！?br>
過往的案例與經(jīng)驗(yàn)尚擺在眼前，這幾年電池片問題進(jìn)一步凸顯。以近兩年引起人們關(guān)注的PID（Potential Induced Degradation）為例，可以說三年前的太陽電池都是不具有抗PID功能的，因?yàn)閱栴}沒有大面積暴露、年限也未達(dá)到，電站業(yè)主及投資商們并未察覺。然而，隨著近兩年問題的出現(xiàn)，人們才煥然大悟，應(yīng)該要抗PID。
于是，檢測機(jī)構(gòu)對(duì)組件端從里到外進(jìn)行考核，尋找產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)都存在一定影響，其中電池片首當(dāng)其沖，從而各大光伏制造公司開始研發(fā)抗PID電池片。
研發(fā)新功能的產(chǎn)品需要增加成本，但是眼下，光伏電站項(xiàng)目都看重初始投資，一般而言現(xiàn)在的初始投資是7、8塊，但是投資下去的電站所獲得的收益率千差萬別。
比如一家電站業(yè)主在電站招標(biāo)過程中，如果在合同里指定選用電池必須為抗PID電池，按照行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，投標(biāo)企業(yè)會(huì)給你提供對(duì)應(yīng)電池。如果為了降低成本不注明，就把防PID這道工序減掉了，投標(biāo)企業(yè)提供一般電池，這其中節(jié)省的成本是1.1元，但是有可能會(huì)使電站損失10%的發(fā)電量。當(dāng)然，這個(gè)也需要看地形氣候及具體項(xiàng)目所在地環(huán)境情況而定。
一位業(yè)內(nèi)組件技術(shù)人員表示：“其實(shí)，以前的組件并沒有這么多問題，這跟組件使用的材料質(zhì)量有關(guān)。這幾年光伏電站裝機(jī)迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了很多因?yàn)榻党杀?、趕工期的項(xiàng)目，粗制濫造，所以組件在戶外還沒有兩年，就有相關(guān)問題暴露?！?br>
“是的，有一些早年建成的電站已經(jīng)運(yùn)行30年，運(yùn)行情況比這兩年建成的電站還要好，這些光伏電站在歐洲和日本，包括我們以前中國的西部青海省，當(dāng)時(shí)是外國廠商援建的，組件表現(xiàn)很好，衰減值不到10%。如果是真才實(shí)料建的電站，我們從7.1元加到8.2元，把保險(xiǎn)系數(shù)都加上，系統(tǒng)效率提升三個(gè)點(diǎn)，我們的年度衰減每年是0.8%，25年衰減20%。然后我們的運(yùn)營費(fèi)用降低兩個(gè)點(diǎn)，這樣計(jì)算雖然初始投資貴了一塊多，但是凈現(xiàn)值折算下來是2.37元，我們的收益增長了100%，翻了一番。”晶澳副總裁曹博認(rèn)為，如果我們衡量一座電站是去核算它的度電成本，整個(gè)系統(tǒng)、電站設(shè)計(jì)25年中它的凈現(xiàn)值收益，不是單純追求初始投資的最低化，最后的收益會(huì)有很好預(yù)期。追求初始投資最低化是舍本逐末，讓我們產(chǎn)生高損失的一種現(xiàn)象。
多家光伏上市公司日本銷售人員向PV－Tech反饋：“電池片的成本占組件生產(chǎn)總成本的80%以上，其他的原材料成本對(duì)總成本影響較小，因此，應(yīng)盡量選用高品質(zhì)的電池，從而降低原材料品質(zhì)問題帶來的后期風(fēng)險(xiǎn)。為什么我們國家的光伏公司都把自己最好的組件賣到日本，因?yàn)槿思铱粗仄焚|(zhì)，對(duì)于日本消費(fèi)者而言，這是一個(gè)需要運(yùn)行25年的產(chǎn)品，質(zhì)量保證和售后服務(wù)是他們覺得重要的方面，價(jià)格反倒是其次?！?br>
在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，不論是以往電站還是近幾年的電站，組件都有EVA(乙烯基乙酸乙脂)變黃現(xiàn)象，黃變的部位有的出現(xiàn)在組件的局部，有的則整個(gè)組件都出現(xiàn)黃變，這其實(shí)一種老化，很大程度上影響了太陽光透過率，縮短了組件的使用壽命。
據(jù)了解，EVA膠膜是太陽電池組件封裝過程中一種非常關(guān)鍵的材料，EVA自身化學(xué)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，耐老化性能相對(duì)較差。雖然目前業(yè)內(nèi)有檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行測試考核，但即便是常規(guī)的濕熱老化測試，在85%濕度、85℃、1000h條件下，EVA也是比較容易出現(xiàn)發(fā)黃、起泡、脫膠等老化現(xiàn)象，更何況要在戶外運(yùn)行25年。
洪瑞江博士表示：“在卸下來的舊組件中，EVA的問題很多，除了黃變還有起泡，EVA起泡會(huì)導(dǎo)致組件電流降低。而且EVA水解產(chǎn)生的乙酸不但會(huì)腐蝕玻璃和背板，破壞EVA與玻璃和背板的粘接，還會(huì)腐蝕電極和焊帶，嚴(yán)重影響組件的電性能?！?br>
面對(duì)EVA的問題，曹博也深有感觸：“EVA對(duì)于組件透水性的影響非常大，不同EVA對(duì)PID的影響也是致命的。通常大家會(huì)對(duì)EVA進(jìn)行檢測，正常的檢測周期至少要半年時(shí)間才能把所有參數(shù)檢測成功，在這過程中如果為了降低成本，一些企業(yè)選用隨便的原材料，后果是很可怕的。”
他說：“因?yàn)镋VA整體造價(jià)只占組件成本的一毛錢，我們電站系統(tǒng)假如說是70塊錢的話，它只占1/70，但是因?yàn)樗某杀竟?jié)省10%，也就是1/700，但會(huì)導(dǎo)致我們電站出現(xiàn)大的問題。因?yàn)榭蛻粢蠼M件降一毛錢，組件廠為了省一毛錢，就要求EVA供應(yīng)商給降一毛錢，EVA本身只占這么多成本還要降價(jià)，這會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)存在大規(guī)模失效的隱患?！?br>
據(jù)筆者了解，雖然眼下中國存在上百家EVA生產(chǎn)制造商，EVA的價(jià)格也很便宜，形成混戰(zhàn)局面，但其實(shí)EVA的生產(chǎn)存在較強(qiáng)的技術(shù)壁壘，國內(nèi)生產(chǎn)EVA 膠膜的廠家中，在質(zhì)量和規(guī)模方面達(dá)到世界水平的企業(yè)很少，這也是EVA容易出問題的原因之一。
據(jù)EVA研發(fā)技術(shù)人員介紹，EVA在常溫狀態(tài)下不發(fā)粘，加熱到所需的溫度后將發(fā)生本質(zhì)的變化(包括物理變化和化學(xué)變化)，將三層材料(鋼化玻璃、太陽電池片和絕緣背板)粘接到一起，形成太陽電池組件，主要起到粘接密封的作用，而將這幾層連接在一起需要層壓機(jī)，這里涉及到組件廠家的生產(chǎn)工藝。
“EVA出現(xiàn)問題，不僅僅是EVA公司的事情，還跟組件的生產(chǎn)工藝有關(guān)。”廣州寶力達(dá)電氣材料有限公司總經(jīng)理周樹東在接受PV－Tech采訪時(shí)表示，這跟每家組件廠商的生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)設(shè)備、原材料情況都有關(guān)系，有些企業(yè)做的好，有自己的最佳生產(chǎn)工藝，做出來的組件產(chǎn)品就高，還能降低成本。
歐洲的電站業(yè)主發(fā)現(xiàn)了背板的問題，引起了業(yè)內(nèi)很大震動(dòng)，將人們的視線聚焦到封裝材料的選擇與質(zhì)量上。
在過去的電站中，背板出現(xiàn)問題的狀況并不突出，因此被歸入籠統(tǒng)損壞的類別里，但是近幾年，背板問題出現(xiàn)越來越多。市場上有了采?不同材料和結(jié)構(gòu)的各種背板，也出現(xiàn)了許多背板供應(yīng)商，各種新產(chǎn)品、新材料充斥在組件里。
隨著光伏電站裝機(jī)的大幅攀升，背板的需求也大大增加，原有的背板產(chǎn)能無法滿足需求，于是，新材料、新背板開始了大規(guī)模的應(yīng)用試驗(yàn)，尤其在中國。
做為組件背面的最外層，在戶外環(huán)境下背板保護(hù)太陽電池不受水汽侵蝕，阻隔氧氣防止氧化 、耐高低溫，具有良好的絕緣性和耐老化性能 、 耐腐蝕性能。
在各種背板結(jié)構(gòu)中，耐候性最好的無疑是TPT和TPE結(jié)構(gòu)背板，這在業(yè)內(nèi)基本成為共知。
光伏組件需要長期暴露在戶外自然環(huán)境中，紫外光、水汽、鹽霧、風(fēng)沙、高低溫、化學(xué)物質(zhì)等外部環(huán)境因素都會(huì)使組件的長期可靠性受到影響，因此常規(guī)的內(nèi)部缺陷EL檢測是非常必要的，光伏組件內(nèi)部的缺陷隱裂會(huì)嚴(yán)重影響組件的發(fā)電效率及使用壽命，部分電站跟廠商會(huì)在生產(chǎn)完成后進(jìn)行組件的EL檢測儀或者在電站組件上架前進(jìn)行組件EL全檢，殊不知，在這過程中任何一個(gè)環(huán)節(jié)都有可能造成組件的隱裂產(chǎn)生，后續(xù)自然環(huán)節(jié)的影響也同樣會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部缺陷，這些都需要具有良好的綜合檢測性能。
光伏材料的選擇跟后期必要的EL檢測維護(hù)，這對(duì)電站的質(zhì)量及收益率有密切影響。
除了太陽電池、封裝材料，對(duì)二極管容易出問題的環(huán)節(jié)，也有企業(yè)在跟進(jìn)，比如組件防火方面，防熱斑方面。
據(jù)了解，熱斑產(chǎn)生的基本原理是電池短路以及現(xiàn)場運(yùn)營過程中長期遮隱，在以往的案例中，著火也往往與二極管有關(guān)，目前電池組件都用二極管做一個(gè)開路旁路的作用。
東方日升新能源股份公司運(yùn)營總監(jiān)云飛表示：“二極管的電壓一般在0.6，在真正產(chǎn)生熱斑和產(chǎn)生衰減之前，已經(jīng)不發(fā)熱了。所以我們研發(fā)了一條新的管控設(shè)備，能夠一旦有左行電壓產(chǎn)生情況下，立即切斷電池串的電流，有效防止了熱斑的產(chǎn)生?！蓖瑫r(shí)他還表示，將繼續(xù)把這一方面的研究持續(xù)改善下去。
追溯到早年，其實(shí)國內(nèi)外不少公司對(duì)確保光伏組件質(zhì)量一直在做相關(guān)努力和工作，比如1982年，ARCO Solar最開始推出了五年質(zhì)保的組件，1982年5月，安裝了10KW的系統(tǒng)，20年后，22%的組件有碎片（熱斑），絕大部分組件發(fā)黃或背板分層（記載來自中大洪瑞江博士）。
1985年，Kyocera開始提供十年質(zhì)保的組件，1987年，增加到12年。
九十年代中期，BP Solar將質(zhì)保增加到20年。
1997年，Siemens公司開始提供25年的組件質(zhì)保，從那開始其他公司跟進(jìn)，他們當(dāng)時(shí)主要得益于對(duì)單體電池質(zhì)量的提高，對(duì)封裝材料和工藝的改進(jìn)。
包括對(duì)超白玻璃的優(yōu)化，使其達(dá)到更高透光率；研制耐氣候老化性能和封裝工藝性能更加優(yōu)越的EVA膠膜；開發(fā)其他性能優(yōu)異的背板材料；采用密封性能更優(yōu)和膠帶類封膠材料產(chǎn)品。
前人植樹，后人乘涼，對(duì)于組件產(chǎn)品的品質(zhì)，行業(yè)先行者們從來都沒有停止追求與探索。
隨著科技的越來越發(fā)達(dá)，制造業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，新材料性能的逐步提升，全方位的EL檢測跟色差分選，組件的質(zhì)量沒有道理變得越來越脆弱，而是應(yīng)該在性能與壽命方面得到更大的提高與鞏固。
