投資光伏電站 請(qǐng)先了解材料清單

頻發(fā)的質(zhì)量問(wèn)題、高衰減率組件正在中國(guó)西部光伏電站蔓延，可能會(huì)將過(guò)去三年積累的光伏電站成績(jī)打入塵埃。“部分多晶硅電池組件2-3年功率衰減3.8%－7.0%，非晶硅3年功率衰減達(dá)20%。” 中科院電工所在對(duì)青海省太陽(yáng)能光伏電站后評(píng)估檢測(cè)后得出令人驚訝的結(jié)果。根據(jù)鑒衡認(rèn)證中心調(diào)查，425座太陽(yáng)能電站中，30%建成的3年以上電站都不同程度出現(xiàn)了問(wèn)題；由于組件的質(zhì)量問(wèn)題，有些建成三年的電站設(shè)備衰減率甚至高達(dá)68%。如果組件一年衰減超過(guò)5%，照此速度，五年后這個(gè)電站就報(bào)廢了。隨著“嬰兒期”（運(yùn)行一年）失效率組件的出現(xiàn)，建設(shè)1年的電站成本、收益都出現(xiàn)了較大波動(dòng)。這樣的電站如何保證投資回報(bào)率？如何獲得銀行貸款？如何讓投資者、業(yè)主放心？以國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的招標(biāo)交易及競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，單獨(dú)的太陽(yáng)能電站組件供應(yīng)商沒(méi)有力量挽回這一局面，有些事情，需要電站業(yè)主、投資商自己把關(guān)。未經(jīng)實(shí)績(jī)驗(yàn)證的材料損害組件根本 組件是太陽(yáng)能電站最重要的組成設(shè)備，電站的質(zhì)量、發(fā)電量、收益率、價(jià)值都與它息息相關(guān)。它主要由太陽(yáng)電池、封裝材料、背板、玻璃、邊框、接線盒等組成，這些材料都對(duì)組件性能、質(zhì)量產(chǎn)生影響，電池片是核心，外面的封裝材料都是為了保護(hù)它，其中一個(gè)關(guān)鍵的保護(hù)材料是處于最外層的背板，一旦背板失效，里面的封裝材料、電池片就如失去蔽護(hù)的花朵，隨環(huán)境凋零。背板是光伏組件背面的一層復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，將電池片和組件封裝材料與大氣環(huán)境隔離，為組件提供絕緣保護(hù)，它需要長(zhǎng)期耐受各種環(huán)境應(yīng)力作用，對(duì)組件在戶外的可靠性、功率衰減和使用壽命都至關(guān)重要。隨著國(guó)內(nèi)電站裝機(jī)的不斷攀升，市場(chǎng)上出現(xiàn)了采?不同材料和結(jié)構(gòu)類(lèi)型的背板，目前比較常見(jiàn)的背板外層保護(hù)材料有杜邦™ 特能® (Tedlar®) PVF薄膜、PVDF薄膜、FEVE涂料、PET聚酯/耐水解PET、PA聚酰胺。背板的重要性能需要正確的關(guān)鍵材料組合才能體現(xiàn)，越來(lái)越多的組件質(zhì)量問(wèn)題，與背板選材有關(guān)，比較常見(jiàn)的失效模式有開(kāi)裂、黃變、風(fēng)沙磨損、熱斑熔化等，這些問(wèn)題都對(duì)組件造成破壞性損害，使電站存在嚴(yán)重的安全隱患。PET背板在日本使用廣泛，其外層保護(hù)材料PET聚酯是非氟材料，非氟材料耐候性較差，直接曝露在戶外其高分子鏈段容易被紫外線破壞，出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。圖一（a）是日本戶外應(yīng)用12年的143W單晶組件，組件剩余功率為77W，下降了46%，PET背板外觀黃變嚴(yán)重，且明顯脆化開(kāi)裂。此類(lèi)情況并非偶然，PET背板90年代開(kāi)始被日本廠商用于10年質(zhì)保的屋頂組件，有些在戶外幾年內(nèi)就發(fā)生光熱老化發(fā)黃開(kāi)裂導(dǎo)致組件功率迅速衰減。市場(chǎng)上一種新型耐水解PET背板在長(zhǎng)期綜合老化后斷裂伸長(zhǎng)率下降變脆。圖一. （a）12年日本安裝組件PET背板開(kāi)裂;（b）4年西班牙安裝組件PET背板開(kāi)裂;（c）14年日本屋頂安裝組件PET背板發(fā)黃脆化FEVE涂料背板開(kāi)裂的情況也比較嚴(yán)重，在美國(guó)新澤西州一座3年的電站（圖二），組件中使用了FEVE涂料和基于杜邦™ 特能® (Tedlar®) PVF薄膜的兩種背板，其中采用FEVE涂料背板的一塊組件，背板外面的FEVE涂層從PET基材上剝落，剝落方向沿焊帶方向，可能是由于焊帶熱脹冷縮應(yīng)力導(dǎo)致FEVE涂層開(kāi)裂。從該電站組件取這兩種背板樣品，進(jìn)行劃格試驗(yàn)測(cè)試背板外層與PET基材粘結(jié)力（圖三），戶外使用3年的FEVE涂料背板其外層涂層可從PET基材上剝離，說(shuō)明FEVE涂層與PET基材粘接力較弱導(dǎo)致戶外脫層開(kāi)裂，杜邦™ 特能®（Tedlar®）PVF薄膜則完好粘結(jié)在PET基材上。圖二. 美國(guó)新澤西州安裝3年電站組件FEVE涂料背板涂層開(kāi)裂剝落 圖三. 美國(guó)新澤西州安裝3年電站組件（a） 組件使用的FEVE涂層背板涂層剝落；（b）對(duì)這些戶外組件使用的FEVE涂層背板和杜邦™ 特能®（Tedlar®） PVF背板的劃格試驗(yàn)結(jié)果 FEVE涂層脆弱受熱應(yīng)力容易開(kāi)裂，且FEVE分子鏈為聚氨酯結(jié)構(gòu)，僅有少量含氟鏈段。除此外，F(xiàn)EVE涂層耐磨性差，受環(huán)境的影響大，組件、電站所承受的風(fēng)險(xiǎn)也較高。我國(guó)西部地區(qū)光照資源充足、土地價(jià)格低廉，是大多數(shù)大型光伏電站理想建設(shè)地。但這些地區(qū)干旱少雨、地表沙化嚴(yán)重、風(fēng)沙活動(dòng)強(qiáng)烈，隨著戶外使用時(shí)間的延長(zhǎng)，風(fēng)沙磨損會(huì)不斷減薄背板外表層材料的厚度，所以背板外表層耐磨性能和厚度非常重要。同樣出現(xiàn)問(wèn)題的還有PVDF薄膜背板，PVDF背板容易發(fā)生熱斑熔化、受熱脆化和應(yīng)力開(kāi)裂。在美國(guó)亞利桑那州、以色列和西班牙等地面和屋頂電站（圖四），某PVDF單面氟膜背板內(nèi)層在五年內(nèi)普遍發(fā)生黃變現(xiàn)象 (10%-75%電站組件)。單層氟膜背板容易出現(xiàn)內(nèi)層發(fā)黃現(xiàn)象，專(zhuān)家建議在苛刻環(huán)境下使用雙面氟膜杜邦™ 特能® (Tedlar®)TPT背板以避免內(nèi)層紫外老化導(dǎo)致的失效風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)PVDF薄膜背板還出現(xiàn)了因熱斑問(wèn)題導(dǎo)致熔化起泡開(kāi)裂現(xiàn)象，原因是PVDF薄膜熔點(diǎn)大約只有160 oC -170 oC，對(duì)比杜邦™ 特能®（Tedlar®）PVF薄膜熔點(diǎn)大約為190 oC-200 oC。圖四. PVDF背板熱斑失效。（a）美國(guó)亞利桑那安裝2年組件背板因熱斑熔化和開(kāi)裂；（b）以色列電站組件背板熱斑熔化起泡；（c）西班牙屋頂組件安裝2年內(nèi)背板熱斑老化開(kāi)裂；（d）為（c）的局部放大圖上述各類(lèi)新型材料的背板均通過(guò)了相關(guān)認(rèn)證，但都沒(méi)有得到實(shí)際長(zhǎng)期戶外驗(yàn)證，材料本身的性能缺失使其不能應(yīng)對(duì)各種環(huán)境應(yīng)力?，F(xiàn)行IEC標(biāo)準(zhǔn)多為單項(xiàng)應(yīng)力測(cè)試，對(duì)紫外測(cè)試要求也過(guò)低，不能很好的模擬背板材料在戶外所受綜合應(yīng)力的老化失效。有些背板廠商通過(guò)逆向研發(fā)，改進(jìn)材料通過(guò)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室加速老化測(cè)試，甚至可以滿足兩倍、三倍IEC測(cè)試要求。但是在實(shí)際戶外應(yīng)用中還是出現(xiàn)了開(kāi)裂、脫層、黃變等失效現(xiàn)象，使電站投資者蒙受巨大損失。對(duì)材料的選擇很關(guān)鍵，據(jù)了解，目前如果組件供應(yīng)商在未接到電站投資商對(duì)組件的材料要求情況下，從初始成本考慮會(huì)優(yōu)先選擇廉價(jià)的背板封裝組件。而對(duì)電站投資商而言，選擇經(jīng)過(guò)實(shí)績(jī)驗(yàn)證的背板材料才能確保電站最大價(jià)值，因此，了解組件材料清單是投資電站的必要功課。從功率衰減看投資回報(bào)率 投資電站，回報(bào)率是投資者首要考慮的因素，一座光伏電站需能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行、保持固定發(fā)電量，這是收回投資成本的基礎(chǔ)。發(fā)電量需要優(yōu)質(zhì)組件來(lái)提供，因此組件年功率衰減和使用年限對(duì)電站項(xiàng)目?jī)?nèi)部收益率和投資收益凈現(xiàn)值的影響明顯。以中國(guó)西部一類(lèi)地區(qū)20MW光伏電站為例（圖五），假設(shè)組件年功率衰減為0.8%，組件使用年限從 25 年下降為10年，那么光伏項(xiàng)目?jī)?nèi)部收益率會(huì)從11.39%下降為4.89%，投資收益凈現(xiàn)值減少3.28元/瓦。再假設(shè)組件使用壽命為25年，組件年功率衰減由 0.8%上升為 5.0%，項(xiàng)目?jī)?nèi)部收益率將從 11.39%下降為 2.02%，投資收益凈現(xiàn)值將減少4.02元/瓦。采用長(zhǎng)期實(shí)績(jī)驗(yàn)證的材料可保護(hù)組件功率穩(wěn)定輸出近幾年組件功率高衰減成為普遍問(wèn)題，這與采用未經(jīng)戶外長(zhǎng)期驗(yàn)證的新材料有關(guān)，組件和電池材料質(zhì)量對(duì)光伏系統(tǒng)投資回報(bào)有很大影響，背板作為關(guān)鍵材料首當(dāng)其沖。前面提到背板的各種失效模式，如開(kāi)裂、黃變、老化等都是造成組件功率衰減的誘因，背板一旦老化開(kāi)裂， 保護(hù)層下的EVA封裝材料衰減和腐蝕加速，組件絕緣性能下降，濕漏電增加，這些都會(huì)加速組件功率衰減。歐盟的聯(lián)合研究中心（JRC）從上世紀(jì)八十年代開(kāi)始對(duì)晶硅組件進(jìn)行20余年的戶外組件實(shí)證研究，發(fā)現(xiàn)采用玻璃作為背板的組件（雙玻組件）功率衰減明顯且波動(dòng)大，最高超過(guò)60％，不利于電站長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)。而采用基于杜邦™ 特能®（Tedlar®）PVF薄膜背板（不含鋁膜）的組件在戶外使用約20年后，功率衰減均低于20％，平均年功率衰減僅為0.3%。目前市場(chǎng)上唯一經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期戶外實(shí)績(jī)驗(yàn)證的是基于杜邦™ 特能® (Tedlar®) PVF 薄膜背板，國(guó)內(nèi)外早年建設(shè)的電站基本都采用該背板。日本、德國(guó)、意大利等國(guó)研究所通過(guò)組件長(zhǎng)期戶外老化研究也證明使用杜邦™ 特能® PVF 薄膜背板的組件可保護(hù)組件20年以上功率衰減的穩(wěn)定期。國(guó)內(nèi)一些研究單位對(duì)國(guó)內(nèi)光伏系統(tǒng)長(zhǎng)期功率衰減也進(jìn)行了相關(guān)研究，中山大學(xué)沈輝等對(duì)海南島采用杜邦™ 特能® (Tedlar®) PVF薄膜背板的177片Solarex多晶硅組件功率衰減研究表明，即使在濕熱氣候條件下使用了23年，這些組件的平均功率衰減僅為6.1%，且主要原因是由于封裝材料EVA發(fā)黃透光率下降導(dǎo)致的短路電流下降。小投入高回報(bào)，保障行業(yè)可持續(xù)性發(fā)展 近幾年中國(guó)西部電站大發(fā)展，因電站趕工加上成本考量許多組件的質(zhì)量有待時(shí)間檢驗(yàn)。采用PVDF薄膜、FEVE涂料、PET聚酯/耐水解餓PET等外層保護(hù)材料的背板，不到四年時(shí)間問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)，導(dǎo)致組件質(zhì)量問(wèn)題頻發(fā)，太陽(yáng)能電站投資受到質(zhì)疑。從投資成本計(jì)算，初始投資采用較低成本的背板材料，導(dǎo)致不斷的質(zhì)量問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上增加了長(zhǎng)期成本，降低了電站投資回報(bào)率，以西部一類(lèi)地區(qū)為例來(lái)進(jìn)行比較，一款組件采用經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期戶外實(shí)績(jī)驗(yàn)證的材料，使用25年，度電成本為0.76元，可帶來(lái)0.14元/千瓦時(shí)凈收益。另一款采用低質(zhì)且未經(jīng)長(zhǎng)期戶外實(shí)績(jī)驗(yàn)證的材料，使用年限可能只有10年，度電成本為1.07元，將導(dǎo)致0.17元/千瓦時(shí)的凈虧損。價(jià)格方面，基于杜邦™ 特能®（Tedlar®）PVF 薄膜的TPT背板與單面氟膜背板（如單面PVDF背板）價(jià)格僅差0.10-0.12元/瓦，只需多發(fā)25-29天電就可收回成本差異。而基于杜邦™ 特能®（Tedlar®）PVF 薄膜的TPx背板(如TPE背板)與單面PVDF背板僅差0.01-0.02元/瓦，只需多發(fā)1-4天可收回成本差異。優(yōu)質(zhì)背板材料帶來(lái)的投資回報(bào)與隱含風(fēng)險(xiǎn)存在質(zhì)量問(wèn)題的廉價(jià)背板，孰輕孰重，相信充滿智慧的投資商算得清。