眾所周知，投資光伏電站是一項長期的收益，因此電站25年的生命周期能否得到保障至關重要。作為全球領先的光伏解決方案提供者，杜邦公司在光伏領域深耕已超過40年。為深入了解光伏產品及其性能，杜邦公司對各地電站做了現場檢測，積累了大量組件端的檢測數據。在第三屆光伏發電運營及后服務研討會上，杜邦光伏解決方案技術專家夏季博士就組件端檢測數據及經驗進行了分享。
據了解，杜邦從2011年起，開始對不同運行時間的組件進行實地檢測、評估、數據積累和材料失效模式的探究。該項目是組件及其材料的綜合調研，通過盡量選擇不同可分析特征的組件進行實地考察，使用多步驟檢測方案，對不同地理及氣候類型(包括北美、亞太地區、歐洲和中東等地)、不同組件性能、不同材料性能、不同安裝方式、不同使用年限等進行分類分析。
杜邦通過使用綜合處理法來達到光伏系統性能風險最小化及能量輸出最優化的效果。首先進行電站現場檢測，包括外觀檢查、紅外熱成像檢測熱斑、紅外光譜檢測熱效率、色度儀、光澤度儀等。其次，將現場的一些組件帶回實驗室，進行非破壞性測試及分析，包括功率測量、EL成像、濕漏電、絕緣測試等。做完上述測試后，為了解不同區域的影響，會再進行破壞性測試及分析，包括結構分析SEM、成分分析IR、缺陷路徑X-Ray、機械性能等。最后就是進行經驗總結與措施改進。
2018全球電站檢測大數據匯總：組件失效率22.3%
截止到2018年，杜邦共檢測了超過275個電站，總裝機超1GW，覆蓋了來自92個組件制造商的超過400萬塊組件。檢測結果顯示，組件總失效率為22.3%，背板失效率為9.5%，聚合物失效率表現為干熱氣候 > 熱帶地區 > 溫和地區。組件失效的類型包括電池、焊帶、背板、封裝材料以及其它等等。其中，電池及焊帶失效包括腐蝕、熱斑、蝸牛紋、連接失效、開裂、焦班等;背板失效包括開裂、脫層、黃變、內層開裂等;封裝材料失效包括變色、脫層等;其它失效類型包括玻璃失效、減反涂層脫落、接線盒等。
其中，對于不同類型背板的失效率，杜邦也做了一個統計(如下圖)。藍色柱狀代表所有不同類型背板統計，紅色柱狀代表運行4年以上的電站中組件背板，可以看到運行時間較長的電站背板失效率顯著增加，這也與大家的共識比較吻合。從不同材料背板類型來看，PA(尼龍)類背板失效率高達45.7%，尤其是在西部地區開裂較多;其次是PVDF膜失效率10.6%，PET(聚酯類)失效率3.4%，FEVE膜失效率2.3%，Tedlar® PVF膜失效率最低，僅有0.05%。
此外，杜邦在研究中還發現，不同安裝方式對組件失效率的影響也不同。從大量電站測試結果來看，屋頂光伏電站的組件失效率顯著高于地面電站，其中屋頂光伏電站組件的背板失效率約為地面電站的2.5倍，然而不同安裝方式下電池的失效率相差卻沒那么大。
造成這一結果的原因，杜邦分析認為主要有三個原因：第一，由于屋頂光伏電站的組件溫度比同氣候條件下地面電站高約15攝氏度，背板失效率的差異可能是由于屋頂電站的溫度較高導致，這種由于溫度差異導致的背板失效率差異也與氣候類型的影響一致;第二，有些屋頂電站的組件是貼著屋頂安裝的，太陽光照射到屋頂后，直接反射到組件背面，導致背面吸收的紫外線較多;第三，屋頂分布式電站的質量良莠不齊，有些電站會選用一些較次的材料，也會導致失效率增大。
組件安裝在戶外，背板材料會發生老化減薄，因此搜集了很多背板樣品進行戶外老化減薄數據分析。從統計數據上看，PVDF和PET背板的老化減薄速率要比Tedlar®PVF大很多，一般比后者大3~5倍。其中不同PVDF和PET背板的老化減薄速率也會表現出較大差異，這可能是由于各自成分組件差異較大;若以此老化減薄速率計算，一款25µm PVDF為外層的背板，在8年內，PVDF經侵蝕后所剩的厚度就會低于保護背板所需10μm的最低厚度，而Tedlar® PVF的老化減薄速率僅有0.34µm/年，以此速度計算Tedlar® 25µm PVF為外層的背板可以使用超過30年。
同時，美國空間站的數據也與上述戶外組件檢測結果的趨勢基本一致。美國空間站外部共裝載了38種聚合物，樣品朝空間站前進方向，長期暴露于反應性氧原子、紫外線和X射線下，長達四年時間，其中PVDF、PET、PA和PMMA均發生了嚴重侵蝕，而Tedlar® PVF侵蝕率非常低，如下圖。
Tedlar® PVF低功率損失和幾乎無降解的優異性能在多年的戶外案例中也得以體現，如下圖列舉的不同時間、不同地點的電站，年功率衰減均較低。以1999年北京的某屋頂電站為例，杜邦將部分組件拆卸到實驗室進行材料破壞性的分析，可以發現，經過18的運行歷史，其Tedlar®內、外層薄膜均磨損不到3µm，力學性能方面保持了60%以上的斷裂伸長率。
背板失效實例分析
背板開裂會使背板失去絕緣性能，組件面臨極高的安全與失效風險。杜邦在全球戶外可靠性項目研究過程中，也看到很多失效的案例，如西歐某個運行了4年的2.3MW光伏電站中，PET聚酯背板開裂比例約50%，部分組件無法通過濕漏電測試，安全隱患大;北美某個運行4年的40kW光伏電站中，PVDF聚偏氟乙烯背板開裂與脫層比例超57%;我國西部某運行了4年的20MW光伏電站中，PA聚酰胺背板開裂比例 > 40%。
以PVDF背板為例，其典型失效模式是初始出現裂紋, 隨之伴著更多的開裂和深層的脫層。且PVDF薄膜開裂大都從電池片間隙處開始，因為此處背面和正面都會接收到紫外輻射，隨后沿縱向發展。
在第三方測試機構DNV-GL全尺寸組件序列老化測試中，PVDF背板的組件在MAST序列老化測試后開裂，機械性能下降嚴重，同樣與戶外實測項目相佐證。在兩塊組件的每片電池背后都能看到明顯的開裂，裂紋沿著焊帶方向發展，幾乎貫穿整個組件。所有開裂都沿著組件的縱向(機械方向)，主要原因是橫向機械性能差。
杜邦通過早期電站的案例分析發現，背板開裂和機械性能降低的早期信號就是出現微裂紋。如2013年時，工作人員發現中國西部某20MW電站中，安裝1年后的PA背板出現大量微裂紋，到2016年時，該電站背板果然出現了大量的開裂，開裂比例高達40%。今年，在國內某電站運行2.5年的PVDF背板表面觀察到大量微裂紋，那么后續是否也會引起大面積背板開裂，還需要持續跟進調查。
此外，今年也是雙面組件發展非常火爆的一年，但雙面雙玻組件同樣有不少戶外失效的案例，如某戶外電站實際運行僅一年，組件嚴重變形，最大彎曲程度肉眼檢測大于1cm，據統計大約10-20%的雙玻組件被發現有此問題。
為順應雙面技術發展的趨勢，杜邦也順勢推出了透明背板產品，應用到雙面組件中相當于傳統結構的組件，而單玻組件電池運行溫度比雙玻低，可提高功率輸出。此外，在成本方面，也可降低組件端生產成本以及安裝、運維成本等。
夏季表示，在平價上網即將到來的時期，降本必須以不犧牲質量為前提，只有堅持“領跑+長跑”的概念，才能保證光伏產業健康發展。
