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FEVE涂层脆弱受热应力容易开裂,且FEVE分子链为聚氨酯结构,仅有少量含氟链段。除此外,FEVE涂层耐磨性差,受环境的影响大,组件、电站所承受的风险也较高。我国西部地区光照资源充足、土地价格低廉,是大多数大型光伏电站理想建设地。但这些地区干旱少雨、地表沙化严重、风沙活动强烈,随着户外使用时间的延长,风沙磨损会不断减薄背板外表层材料的厚度,所以背板外表层耐磨性能和厚度非常重要。
同样出现问题的还有PVDF薄膜背板,PVDF背板容易发生热斑熔化、受热脆化和应力开裂。在美国亚利桑那州、以色列和西班牙等地面和屋顶电站(图四),某PVDF单面氟膜背板内层在五年内普遍发生黄变现象 (10%-75%电站组件)。单层氟膜背板容易出现内层发黄现象,专家建议在苛刻环境下使用双面氟膜TPT背板以避免内层紫外老化导致的失效风险。同时PVDF薄膜背板还出现了因热斑问题导致熔化起泡开裂现象,原因可能是PVDF薄膜熔点大约只有160 oC -170 oC 。 图四. PVDF背板热斑失效。(a)美国亚利桑那安装2年组件背板因热斑熔化和开裂;(d)为(c)的局部放大图 (b)以色列电站组件背板热斑熔化起泡;(c)西班牙屋顶组件安装2年内背板热斑老化开裂;
上述各类新型材料的背板均通过了相关认证,但都没有得到实际长期户外验证,材料本身的性能缺失使其不能应对各种环境应力。现行IEC标准多为单项应力测试,对紫外测试要求也过低,不能很好的模拟背板材料在户外所受综合应力的老化失效。有些背板厂商通过逆向研发,改进材料通过现有实验室加速老化测试,甚至可以满足两倍、三倍IEC测试要求。但是在实际户外应用中还是出现了开裂、脱层、黄变等失效现象,使电站投资者蒙受巨大损失。
对材料的选择很关键,据了解,目前如果组件供应商在未接到电站投资商对组件的材料要求情况下,从初始成本考虑会优先选择廉价的背板封装组件。而对电站投资商而言,选择经过实绩验证的背板材料才能确保电站最大价值,因此,了解组件材料清单是投资电站的必要功课。
以中国西部一类地区20MW光伏电站为例(图五),假设组件年功率衰减为0.8%,组件使用年限从 25 年下降为10年,那么光伏项目内部收益率会从11.39%下降为4.89%,投资收益净现值减少3.28元/瓦。再假设组件使用寿命为25年,组件年功率衰减由 0.8%上升为 5.0%,项目内部收益率将从 11.39%下降为 2.02%,投资收益净现值将减少4.02元/瓦。
近几年组件功率高衰减成为普遍问题,这与采用未经户外长期验证的新材料有关,组件和电池材料质量对光伏系统投资回报有很大影响,背板作为关键材料首当其冲。
前面提到背板的各种失效模式,如开裂、黄变、老化等都是造成组件功率衰减的诱因,背板一旦老化开裂, 保护层下的EVA封装材料衰减和腐蚀加速,组件绝缘性能下降,湿漏电增加,这些都会加速组件功率衰减。尤其是现在开始流行的高透EVA,其耐紫外老化性能更是从未经过实证,有待商榷。作为保护层的背板、玻璃等,如果都是未经实证的材料,其背后的质量风险着实令人堪忧。 |