哪些企业表现最佳?2020年光伏组件可靠性计分报告分析

  • 2020年05月29日
  • 作者: Mark Osborne

    Mark Osborne

    高级新闻编辑,Solar Media Limited 旗下 PV-Tech

    马克•奥斯本在半导体和光伏制造业拥有近二十年的从业经验。作为业内第一批专业网站的负责人之一,马克专注于相关领域的制造业。此外,自2005年以来,马克以半导体编辑的身份主持PV-Tech博客栏目。在其职业生涯中,马克曾多次主持和出席多个业内技术会议及产业相关活动。目前马克担任PV-Tech网站和Photovoltaics International技术刊物的高级新闻编辑一职,负责撰写全球光伏产业的主要发展动态,并继续以其独特的视角及分析力撰写PV-Tech博客栏目(编辑博客)。

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  • 翻译: Selina Shi

    Selina Shi

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这张图表只是一家公司在2020年计分卡测评中获得的最佳表现排名的总量,与特定组件制造商提交测试的组件数量无关。

这张图表只是一家公司在2020年计分卡测评中获得的最佳表现排名的总量,与特定组件制造商提交测试的组件数量无关。

每年, PV Evolution Labs (PVEL)都会与DNV GL联合发布“光伏组件可靠性计分卡”报告,这一报告一直都在提出与组件可靠性的重要方面相关的各种问题。

每年, PV Evolution Labs (PVEL)都会与DNV GL联合发布“光伏组件可靠性计分卡”报告,这一报告一直都在提出与组件可靠性的重要方面相关的各种问题。

在2019年热循环测试中, 9家光伏组件制造商获评最佳表现,2020年热循环测试中获评厂商为17家。

在2019年热循环测试中, 9家光伏组件制造商获评最佳表现,2020年热循环测试中获评厂商为17家。

在2019年湿热测试中,有6家公司获评最佳表现,而在2020年计分卡报告中,这一数字为13。

在2019年湿热测试中,有6家公司获评最佳表现,而在2020年计分卡报告中,这一数字为13。

在2019年计分卡报告中,共有16个不同组件获评DML最佳表现, 2020年报告中的这一数字为19。

在2019年计分卡报告中,共有16个不同组件获评DML最佳表现, 2020年报告中的这一数字为19。

在2020年PID测试记分卡报告中,共有47个不同组件获评最佳表现, 在2019年报告中,这一数字为34。

在2020年PID测试记分卡报告中,共有47个不同组件获评最佳表现, 在2019年报告中,这一数字为34。

首次PAN文件测试包括了10个不同组件, 7家光伏组件制造商获评最佳表现。

首次PAN文件测试包括了10个不同组件, 7家光伏组件制造商获评最佳表现。

包括被测光伏组件数量在内的最佳表现组件。

包括被测光伏组件数量在内的最佳表现组件。

在2020年计分卡报告中,有 4家制造商达到了这个类别,比去年多一家。

在2020年计分卡报告中,有 4家制造商达到了这个类别,比去年多一家。

每年, PV Evolution Labs (PVEL)都会与DNV GL联合发布“光伏组件可靠性计分卡”报告,这一报告一直都在提出与组件可靠性要点相关的各种问题。

新组件的加速开发和引进会推动平准化度电成本(LCOE)的下行,对于新组件,可靠性测试程序会把未能达到2%以下衰减率要求的产品从“最佳表现”清单中剔除。

PVEL的测试程序标准历经多年发展,主要通过提高循环次数进一步提升组件性能,从而达到获评“最佳表现”的要求,这也是从组件可靠性测试的演进中获得的经验教训的一部分。

PVEL的湿热测试就是一个例子。众所周知, IEC 61215电气安全测试标准要求的湿热持续时间仅有1000小时,这会导致无论使用哪些满足IEC测试工况的物料清单,出现电气安全问题的组件都相对较少。

然而,PVEL令循环数量增加了一倍,达到2000次。这种做法令许多衰减问题得以显现,这些衰减会导致组件性能下降,降幅远超2%的PVEL衰减规定。因此,在实现更低LCOE指标的过程中,随着物料清单变量数量不断增长,湿热测试仍是衡量组件可靠性的基准。

重要的是,在2020年报告中,PVEL还在严苛的湿热测试方案中增加了硼氧稳定步骤,PVEL表示,这是因为测试的高温和无电流环境也会导致部分PERC电池内部的钝化硼氧复合体不稳定。为了进一步探讨该问题,PVEL在其产品认证项目中加入了湿热测试2000次循环后的硼氧稳定工艺。

伴随着PERC技术的大规模引入,电势诱导衰减(PID)测试也应运而生。PERC电池可能会出现的性能衰减会破坏电池技术的性能优势。

虽然PVEL正在引入热辅助光致衰减测试(LeTID),但这一消息仅在2019年年中才宣布,测试的引入还需要更多时间,尤其对于单晶PERC电池而言。因此,此次报告中并未出现LeTID易感性测试最佳表现的相关信息。背板耐久性新测试程序也是如此。

根据之前对PVEL报告的分析,我们首先关注的是四种历史可靠性测试以及最新报告中提出的进展。

热循环

在PVEL的热循环测试程序中,组件被放置在一个环境模拟室中,温度先降至-40°C并保持,然后升至85°C,再保持。在提高和降低温度的同时,组件被施以最大功率电流。

试验共计600个循环,在三个期间内重复200次,相当于环境模拟室中的84天。PVEL此前进行的热循环测试是600个循环,近年来增至800个循环。DNV GL在PV Tech主办的TechTalk网络研讨会上及报告中指出,根据其分析,实际上600次热循环测试的测试时间是足够的。延长测试后获得的可靠性偏离几乎没有意义,或者说延长测试会引入不具代表性的故障机制。需指出的是,IEC 61215测试只要求200个循环,事实证明这是不够的。

此前,PVEL曾在2019年计分卡报告中指出,尽管使用的是800次热循环测试序列,但热循环性能提高了42%。

在2020年报告中,PVEL指出,多个种类的硅片、电池和组件的表现都非常强劲,例如标准和半切电池组件、薄膜、叠瓦电池、多主栅及异质结组件。

在2019年热循环测试中, 9家光伏组件制造商获评最佳表现,2020年热循环测试中获评厂商为17家。

值得注意的是,在2020年的热循环测试中,双玻及玻璃-背板双面组件获评最佳表现。获评最佳表现的不同组件共计54个。2019年,这一数字为24。

湿热

在PVEL的湿热测试中,光伏组件被放置在一个环境模拟室中,在85°C、85%相对湿度下恒温保存2000小时(共计约84天)。热量和水分的侵入会令各层光伏组件产生应力。相比之下,IEC测试的时间只有1000小时。

在2019年湿热测试中,有6家公司获评最佳表现,而在2020年计分卡报告中,这一数字为13,较往年有显著增长。

PVEL指出,这主要是由于较新的双玻和玻璃-背板组件物料清单从EVA转向了双玻组件的POE。根据PVEL之前的报告,2018年和2019年有相当数量的测试组件衰减率高于4%。

在2020年计分卡报告中,获评最佳表现的不同组件的数量增至32个,而2019年报告为16个。

动态机械负载

在DML测试中,PVEL按照制造商推荐的配置方案安装组件,在1000Pa环境下进行1000次交变负载循环。之后,组件被放置在环境模拟室中,进行50次热循环(-40°C-85°C)以令微裂纹扩散,再进行三组10次湿度冻结循环(85°C、85%相对湿度中20小时,然后快速降至-40°C)以刺激潜在腐蚀。

之后,PVEL会对组件进行表征和目视检查以评估组件的框架、边缘密封和电池连接的状态。PVEL表示,动态机械负载会诱发微裂纹,这些微裂纹不一定会导致显著的功率损失。但是,只有在热循环和湿度冻结测试后,受电池片裂纹影响的金属导体才会断裂,从而导致黑色的非活动区域和功率衰减增加。

2019年计分卡报告调整了DML测试顺序,包括30个湿度冻结循环。PVEL表示,约80%的历史测试数据只包含了10个湿度冻结周期。

因此,PVEL表示,与历史结果相比,2019年获评动态机械负载最佳表现的比例下降了37%。此前有9家光伏组件制造商在2019年DML测试中获评最佳表现。

然而,在2020年计分卡报告中,这一数字降至8家,证明DML测试的难度逐年增加。PVEL将其归结为数个原因,包括在湿度冻结测试期间,湿热工况导致的PERC电池硼氧不稳定。

PVEL还指出,作为新的机械应力测试的一部分,组件性能容易受到电池片开裂和温度快速变化引起的功率损失的影响。PVEL计划在未来几个月内单独发布一份介绍机械应力测试结果的报告。PVEL还表示,双玻和玻璃-背板双面组件在DML试验中的性能结果类似。

在2019年的计分卡中,共有16种不同的组件获评DML最佳表现,而在2020年的报告中则有19种。

电势诱导衰减

电势诱导衰减(PID)测试是在85°C、85%相对湿度条件下的环境模拟室中进行的。偏置电压等于85°C、85%相对湿度中,两个循环、96小时测试时长下的组件最大系统电压额定值(-1000V或-1500V)。这些温度、湿度和偏置电压条件令PVEL得以评估与漏电现象增加相关的衰减。

2019年计分卡报告结果显示,15家光伏组件制造商的PID处于可控状态,低于2018年测试报告中的20家。

在2020年报告涵盖的22家公司中,获评PID最佳表现的厂家有20家。在四种可靠性测试历史项目中,这22家公司至少都曾获评一项最佳表现。

重要的是, 在2020年PID测试记分卡报告中,共有47个不同组件获评最佳表现, 而在2019年报告中,这一数字为34。

PVEL在最新报告中指出,PID衰减结果的中位数比十年来的任何时候都要高。

关于双面组件的PID测试,PVEL指出,电池正面和背面衰减的范围都非常广,电池背面的衰减程度较高。在PVEL报导的一个案例中,功率损失超过30%。

据了解,部分背面衰减是在PID测试期间,由双面组件可能出现的可逆极化效应造成的,但并非所有的p型双面组件都会出现这种问题。

PAN文件

PAN文件是一种最佳表现排名测试的新方法。这是PVEL在产品认证项目中使用过的分析方法。通过PVsyst软件,PVEL首次使用这种方法对组件产能收益进行基准测试。

流程是根据IEC 61853-1标准,在一系列运行工况下测试三个相同的光伏组件。测试工况:辐照度为100W/m2-1100W/m2,温度为15°C -75°C。PVEL进行了两个1MW光伏电站现场模拟,其中一个电站位于温带气候区,倾角为0°(位于美国波士顿),另一个1MW电站位于沙漠气候区,倾角为20°(位于美国拉斯维加斯)。之后,使用PVsyst建模软件创建一个自定义PAN文件。这个PAN文件可令PVEL基于PVEL的测量结果,如温度损失和弱光照条件,测量kWh/kWp最高发电量。

PVEL指出,根据2016年以来所有产品认证项目的历史PAN文件数据,仅有4%的受测组件会获评2020年记分卡最佳表现。

在这个测试中有很多可移动部分,尤其是与双面组件有关的测试。根据2019年9月在阿姆斯特丹举行的上一届BiFi研讨会上的演讲,由于缺乏在运光伏电站双面组件及跟踪器的真实数据,尤其是弱光照条件下的数据,PVsyst建模的准确性面临挑战。

PVEL指出,双面组件的性能提升是阶梯式的,获评最佳表现的组件中有三分之二都是双面组件。拉斯维加斯模拟光伏电站排除了逆变器削波,从而令单面-双面组件发电量中位数较单面组件高出7.7%。在波士顿的模拟水平倾角项目中,双面组件的发电量中位数较单面组件高出3.3%。

其他差异化模拟电量性能测试还包括了异质结组件,由于某些温度系数较低,异质结组件的高温性能增益显然较高。

需要指出的是,以下数据仅来自PVEL的PAN测试, PAN测试是产品认证项目的一部分,样本在工厂进行见证。

PVEL 2020年最佳表现

需要明确的是, PVEL2020年最佳表现排名分析的编制依据了四类组件可靠性测试历史项目, PVEL重申,并非所有接受评分卡测试的光伏组件制造商都必须公开测试结果。

此外还有必要澄清的是,在2020年报告中,数家光伏组件制造商在某些类别获评最佳表现,但在报告发布时,PVEL还没有完成对一些制造商的组件全面测试。部分制造商的组件可能仅获得了几个最佳表现评级,但在全面测试完成后,这些制造商可能会获得更高的最佳表现评级。

下表是曾在2020年组件可靠性记分卡测试项目中,测试过组件可靠性并成功获评最佳表现的22家光伏组件制造商。但在PVEL发布报告时,所有的测试可能还未完成。

下表还按获评最佳表现的总量对制造商进行了排名,同时也列出了这些制造商的不同被测组件对各家厂商的贡献。

这张图表只是一家公司在2020年计分卡测评中获得的最佳表现排名的总量,与特定组件制造商提交测试的组件数量无关。

我们注意到,排在前两名的厂商——正泰太阳能和隆基乐叶获评最佳表现的总量最多,这与被测组件的数量形成了鲜明对比。

不过再往下看,光伏制造商获评最佳表现的数量与获评的不同组件的数量分布更为平均。这表明,有些公司在四种历史测试项目中都超过了其他公司,有时仅是一个组件,有时是多个不同组件。

有的光伏组件供应商仅凭一个组件就在所有四种历史测试项目中获评最佳表现,例如REC Group, 而Silfab则有不止一个组件在四种历史测试项目中获评最佳表现。

如果将在四种历史测试项目中获评最佳表现的光伏制造商进行细分(无论被测不同组件的数量是多少),那么可以在2020年记分卡报告中找到最佳表现精英组(见下表)。

如前文所述,假如大家对组件部件编码系统不是很熟悉的话,REC Group是以其基于单晶PERC电池的 "TWIN PEAKS 2 "组件入选了这一精英组。

隆基乐叶入选的HiMO 1组件是单晶PERC组件,在所有四种历史测试项目中都获评最佳表现。

在所有四种历史测试项目中,北美光伏制造商Silfab公司的两款单晶PERC组件都获评最佳表现。

最后,在中国公司正泰太阳能的六种不同产品中,有四种组件在所有四种历史测试项目中都获评最佳表现。这些获评最佳表现的组件包括正泰太阳能的Astro Twins半切单晶PERC和半组件设计产品。

正泰太阳能也是在新的PAN文件性能分析中获评最佳表现的少数几家制造商之一。因此,正泰太阳能对明年的业绩提出了很高要求。

实际上,PVEL表示,在2020年计分卡测试中,有几项测试可能是最难获评最佳表现的测试,特别是DML,但也有不少光伏厂商的组件非常接近2%的偏差规定。因此,对历史测试项目一清二楚的厂家数量可能比往年要多得多。

话虽如此, 2021年计分卡测试应会包括新的计划测试类别。从很多方面来说,从那时起会出现一个新的最佳表现分类。

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(责任编辑:Selina Shi)

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