大尺寸产品新时代:组件可靠性和性能测试重要趋势之国际专家观点

  • 2020年09月21日
  • 作者: Finlay Colville
    Finlay Colville

    Finlay Colville

    太阳能情报分析部门总监,Solar Intelligence, Solar Media

    Finlay Colville博士于2015年6月加入Solar Media(太阳能传媒),担任太阳能情报分析部门总监。Finlay Colville博士自2005年起活跃于太阳能产业,经常在全球主要太阳能会展和高水平产业聚会中发表演讲,并定期为太阳能杂志和在线新闻撰写评论文章。 此前,Finlay Colville博士曾在Solarbuzz公司担任太阳能事务部门副总监,带领Solarbuzz团队专注于太阳能市场研究和策略项目咨询。而在开始其在Solarbuzz的工作之前,Colville博士已有十余年相关业务和全球营销经验。他曾在美国Coherent Inc. 的太阳能事业部担任营销总监,负责市场商情分析和太阳能产品策略。 Finlay Colville博士拥有苏格兰格拉斯哥大学物理学学士学位和圣安德鲁斯大学非线性光子学博士学位。

    电子邮件:.(JavaScript must be enabled to view this email address)

  • 翻译: Selina Shi

    Selina Shi

    电子邮件:.(JavaScript must be enabled to view this email address)

"业内普遍关注的问题是长期可靠性和耐久性。我们经常对组件进行一系列测试,评估它们是否可以在现场持续使用以及在整个生命周期内的预期发电量。"

Cherif Kedir是可再生能源测试中心(RETC)总裁兼首席执行官。

Cherif Kedir是可再生能源测试中心(RETC)总裁兼首席执行官。

在RETC冰雹耐久性测试中,冰球击中组件前的瞬间。

在RETC冰雹耐久性测试中,冰球击中组件前的瞬间。

冰雹耐久性测试中的光伏组件受损情况。

冰雹耐久性测试中的光伏组件受损情况。

太阳能上游制造行业正在快速向尺寸更大的p型/n型单晶硅片、电池和组件转型,业界将这种快速转型誉为组件性能提升的新时代。这也是在快速变化的下游市场中,为降低光伏电站LCOE(平准化度电成本)迈出的一大步。

此前,从多晶组件到单晶组件的过渡以及PERC(钝化发射极背面电池)技术大规模利用的责任往往止于下游项目开发商、EPC公司和资产所有方。

如果下游行业希望在快速发展的组件技术新领域中游刃有余,那么往往需要依靠独立测试机构。这些测试机构的任务是确认和测量宣称的性能增益,同时暴露出可能存在的可靠性问题并提供解决方案指导意见。

最近,我们有机会与位于加州弗里蒙特的可再生能源测试中心(RETC)总裁兼首席执行官Cherif Kedir进行了详细交流。

讨论涉及目前影响组件设计、认证、性能和可靠性的各种问题。对于致力于降低光伏电站投资风险、实现最高长期项目回报的投资方来说,这些问题显然至关重要。

去年10月在槟城举行的PV ModuleTech 2019大会上,Cherif深入讨论了一个议题——双面组件。我们希望以此议题开启访谈。

过去12个月,组件设计出现了许多新进展。在全球公用事业领域,双面组件已经展现了良好的发展势头。但是,在双面组件的推进过程中,人们仍然担心很多问题,包括反射率测量、跟踪器收益率、可靠性问题、更高的电流和功率的影响,此外还有通常情况下是否值得冒险进行额外投资。

从性能和可靠性角度而言,我们是怎么看待双面组件的?在现场安装之前,目前最关键的问题是什么?

Cherif Kedir:"对光伏行业来说,双面组件技术的发展前景很不错。它对项目产能的提升已经得到了验证,最终可以实现LCOE的下降, 而EPC公司/开发商只需为此增加一点投资。但是,我们在测试中发现,这种技术存在一些相关的、反复出现的风险。业界普遍关注的问题是长期性能和可靠性。在性能和可靠性方面,背面性能衰减值得注意,在某些情况下,这可能是由于LeTID(热辅助光致衰减)和PID(电位诱发衰减)造成的。

此外,在谈到性能和可靠性时,现场条件(因地点而异)也会发挥作用。在现场,运维计划、场地反照率以及产品安装场地的现场天气条件都会对预期性能水平产生影响。开发商应该对未来的项目现场进行调查,在一处进出方便的给定地点,利用收集的数据预测计划安装在几百亩土地上的所有组件的反射率。开发商们明白价值会在整个场地中发生变化,而且发生变化的可能性会很大,因此需要做出相应规划。无论个别位置的计划如何,实际现场反射率会受到EPC公司和运维计划的极大影响;系统和组件设计会对最佳运行表现以及生物因素,例如,如何维护地面植被以及现场植被管理/杂草控制方法,产生深远影响。

此外,还需要考虑建模的准确性、潜在影响假设或隐含假设。这并不一定是个新问题,然而,额外的背面性能假设增加了不确定性;这是由组件安装方式(1P vs 2P或2L)、电线管理以及其他影响现场组件背面性能的因素共同推动的。

业界普遍关注的问题是长期可靠性和耐久性。我们常对组件进行一系列测试,评估它们在现场持续使用的可能性并预估整个生命周期内的发电量。然而,最近几个月,发电厂面临着越来越多的冰雹事件,一个出现的新问题就是光伏组件对冰雹的承受能力。为了解决这个问题,RETC推出了冰雹耐久性测试(HDT),正面玻璃成为其中焦点。随着M4和M6大型电池的使用,组件的体积普遍越来越大。许多组件采用了双玻结构,这令它们变的更重了。额外的重量使这些组件更难处理,因此可能会对安装人工成本产生负面影响。为了解决这个问题,一些制造商已将玻璃厚度从3.2毫米减少到2.8毫米或更薄。这会令组件变的更轻,一般来说,也更容易处理。更薄的正面玻璃往往不能进行钢化加工,而是通过热处理或化学处理来强化。在测试中我们发现,使用较薄的非钢化玻璃生产的组件被冰雹损坏的几率更高。因此,这些组件在现场的耐用性可能较差、机械强度较低,抗冲击能力也较弱。"

Cherif,你刚才提到了这些组件的机械耐久性和玻璃特性,那么我们来谈谈冰雹。冰雹耐久性测试(HDT)是一个越来越重要的新测试,这个测试与组件如何抵御冰雹的影响有关。能不能介绍一下背景,为什么投资方越来越关注这个测试,可以通过哪些测试来模拟组件因为冰雹而发生的性能变化?

"RETC研发了‘冰雹耐久性测试’(HDT)用于量化和了解冰雹对组件的影响。美国中西部和南部地区的组件市场正在发展之中,这些地区的天气模式迥异,存在着冰雹现象。HDT项目使我们能够对组件、不同的施工工艺和材料清单(BOM)进行分类,确定在冰雹多发地区的组件抗冰雹冲击能力。我们向组件发射了各种冰球用于模拟不同程度的冰雹事件,在极限速度下发射不同尺寸的冰弹冲击组件,这使我们能够分析组件在接近损坏阈值情况下的性能,更准确地评估它们在冰雹多发地区可能面临的风险。

如前所述,采用较薄的正面玻璃生产的双面组件在冰雹事件中更易破碎。在冰雹耐久性测试中,我们发现,采用更薄的正面玻璃的双面组件比采用3.2mm正面玻璃的单面玻璃/背板组件的故障率更高。"

“在RETC冰雹耐久性测试规程中,我们研究了玻璃破裂、电池裂缝和性能衰减问题。在极限速度下,50.8毫米(2英寸)冰弹的高冲击能量令电池出现裂缝是相当常见的,虽然如此,传统的单面组件出现破裂并不常见。但是,最近几批组件的情况并非如此。从历史上看,在我们测试的组件中,只有5%的组件在受到2英寸冰弹极限速度撞击时会破碎。在最近提交的材料中,某些情况下,组件故障率会高出10倍以上。在美国许多地区,冰雹的发生频率和规模都在不断增加,而这些地区也是光伏项目数量最多的地区,这令人感到很担忧。”

“除了灾难性的玻璃破碎外,冰雹冲击往往会造成电池片内部裂缝,导致性能衰减,尤其是在产品的使用寿期内。除了冰雹事件外,现场组件还要承受更多应力。冰雹冲击会引发电池片裂缝和裂隙。由于后续的加热和冷却周期,风和阵风导致的振动,这些裂缝往往会随着时间的推移而恶化。"

随后,谈话又回到了目前的组件设计变化上。据我们观察,组件供应商似乎每个月都在改变组件设计和额定功率。令很多人都感到困惑的是,为什么组件可以很快从370-380W上升到约800W。在PV Tech看来,从硅片/电池尺寸、组件布局/尺寸到使用的材料,有很多东西都发生了变化,尤其是在组件组装过程中。

您能谈谈这些变化对组件可靠性的影响吗,尤其是考虑到制造过程中的所有变化和物料清单?

"RETC肯定发现了一些影响组件可靠性的新因素。其中一些是非常基本的问题,归根结底,它们与更高性能组件的功率输出增长有关。其他时候,组件的变化主要集中在更大的结构等方面。我们经常发现的一个典型问题是传统组件的使用,这些组件最初是为M2q电池单面组件设计的。二极管、电缆和连接器设计为在10A以下电流环境中运行并经过了验证,但现在,它们却被用在比10A高出10-20%的高电流环境中。这会导致连接器过热,在多种测试中出现熔断。从二极管短路到接线盒完全变形,各种故障出现的频率更高了。

遮蔽不均对组件可靠性也有重要影响。遮蔽不均通常是由鸟粪、树叶、不均匀污染造成的,它们可能会堆积在组件顶部,导致部分电池在正常运行时发生过热。在双面组件技术中,安装或支架设计都可能导致部分电池出现热点。一些双面厂商设计的较大接线盒遮挡了部分电池,导致电池在较高温度下工作。支架设计和电线管理也发挥了同样重要的作用,有时,它们也是背面辐照度分布不均的原因。

最近几个月面临的一个普遍问题是疫情对光伏供应链的影响。一些制造商难以确保稳定的原材料供应(EVA、背板甚至电池),无法履行对开发商的长期义务,面临着难以就特定BOM做出承诺的压力。而对制造商的客户,也就是开发商来说,制造商们通常有这么做的合同义务。除了这些承诺和特定BOM产品供货能力外,与这些BOM相关的测试以及在项目执行前的测试可能无法覆盖制造商最终运抵现场的材料。这是制造商们正在处理的一个问题,制造商们还在试图与它们的供应商和开发商共同解决这个问题。除了质量问题,开发商们现在还面临着接受未经测试的材料的现实问题。因此,一些开发商采用定期可靠性测试的办法以配合大批量出货,这确保了供货质量的一致性。此外,作为一种先发制人的行动,还可以用于验证在项目执行过程中获得的新BOM。

新冠疫情蔓延带来的全球影响预计将持续到明年,鉴于此,这些供应链问题可能会持续一段时间。然而,供应问题必将得到解决。厂商在审核二级和三级供应商时会格外小心,并会进行更严格、更频繁的可靠性监测测试。我们认为,开发商们对这些产品进行额外尽职调查的决定会提升项目质量。额外测试和对产品进行更多尽职调查也会让项目质量变的更高。"

2019年,RETC发布了光伏组件指数,背后的驱动力是什么?在组件设计和测试协议变化的背景下,这个指数在过去12个月是如何发展的?

"在过去的几年里,制造商要求我们创建一份报告,其中包括我们在测试实验室的发现以及我们目睹的业界成就。它们希望我们展现生产优秀产品的公司。于是我们就这样做了——我们创建了光伏组件指数(简称PVMI)。

经过慎重考虑,我们创建了年度光伏组件指数报告(PVMI)并不断对其进行改进,我们发布的调查结果集中在以下几个方面。

* 创建一份人人都可获取的免费报告

* 提供具体的、有数据支持的调查结果

* 包括有意义的性能报告

* 客观突出厂家的成绩,展现业内最擅长产品制造的公司

在创建光伏组件指数报告的过程中,我们避免最后制作出一份对制造商进行排名的报告。相反,我们专注于突出特定的产品和产品系列。我们创建PVMI报告的目的是尽可能直截了当。这非常简单:如果一名制造商要入围RETC高成就厂家清单,它们就必须勾选所有复选框。它们需要在各方面都有非常出色、极为可靠的表现。”

感谢Cherif今天抽时间和我们探讨这些重要的趋势和问题。

PV-Tech原创文章,未经许可严禁转载,违者必究
 

(责任编辑:Selina Shi)

合作伙伴

鸣谢

Solar Media