常言道：瑞雪兆豐年。

雪，在農業(yè)生產(chǎn)中的地位非常重要。充足的降雪可以為農作物提供水分，有利于作物的生長和發(fā)育，決定了來年的收成。然而，對于光伏發(fā)電站而言，暴雪的降臨不僅會影響電站的發(fā)電效率，甚至還會給光伏發(fā)電組件造成隱裂或損壞。

今年入冬以來，我國各地頻頻發(fā)布暴雪預警，這種突發(fā)氣候現(xiàn)象對于光伏組件的運行和生產(chǎn)帶來了一定的挑戰(zhàn)。在這種情況下，光伏組件是否經(jīng)受住了考驗？而光伏企業(yè)在設計產(chǎn)品之初，又為應對這種氣候提前做出了哪些預判和努力？

2023年暴雪預警頻發(fā)，光伏電站面臨考驗

2023年11月4日下午18時，中央氣象臺發(fā)布暴雪橙色預警：因下半年首個寒潮將來襲，可能引發(fā)我國北方地區(qū)大范圍強降雪。據(jù)降水預報圖顯示，11月5日-11月6日，河北北部、內蒙古中東部、遼寧、吉林、黑龍江等地區(qū)都出現(xiàn)了大到暴雪的區(qū)域，內蒙古、遼寧、吉林、黑龍江出現(xiàn)紫色大暴雪區(qū)，部分地區(qū)出現(xiàn)深紫色的特大暴雪區(qū)。

根據(jù)預報，預計11月4日20時至6日20時，內蒙古中東部、東北地區(qū)中西部和北部等地自西向東先后有大到暴雪，部分地區(qū)有大暴雪，局地特大暴雪（30～34毫米），新增積雪深度10～20厘米，局地可達25厘米以上。主要降雪時段5日夜間至6日。

此次發(fā)布的暴雪橙色預警，僅次于最高級別的暴雪紅色預警。根據(jù)氣象部門的預警等級，暴雪分為藍色、黃色、橙色和紅色四個等級，其中紅色是最高級別，表示暴雪強度極強，可能導致極其嚴重的災害。

12月13日18時中央氣象臺發(fā)布暴雪黃色預警：預計12月13日20時至12月14日20時，內蒙古河套地區(qū)、陜西北部和中部以及秦嶺東部、山西南部、湖北西北部、河南中西部、河北中南部、北京西南部、山東北部和西部、遼寧東北部等地部分地區(qū)有大到暴雪，其中，河南西部和陜西秦嶺東部局地有大暴雪或特大暴雪（30～35毫米）。上述部分地區(qū)新增積雪深度5～10厘米，局地可達18厘米以上。

那么，暴雪的到來，會對光伏電站產(chǎn)生什么樣的影響呢？

事件回顧：暴雪來襲，一光伏電站損失7300萬

2021年12月27日，露笑科技股份有限公司發(fā)布公告稱，內蒙古通遼暴雪造成公司旗下的光伏電站項目出現(xiàn)了大棚坍塌，受災面積約為60兆瓦。本次雪災預計使部分受災電站遭受三個月左右的電費損失，具體損失金額還在評估中。

圖片來源：網(wǎng)絡

同一天，露笑科技的董事會秘書在互動平臺上回答投資者時表示：“公司已經(jīng)開始實施通遼項目的修復和重建工程計劃。初步預計，我們將在一月底完成20兆瓦的并網(wǎng)發(fā)電，二月底累計完成40兆瓦的并網(wǎng)發(fā)電，三月底完成60兆瓦的全部并網(wǎng)發(fā)電。”

2022年4月30日，露笑科技發(fā)布“關于內蒙古通遼光伏電站遭受損失的進展公告”稱，此前公司58.62MW 電站遭受極端天氣暴雪影響，出現(xiàn)大棚不同程度坍塌，導致?lián)p失金額預計為 7307.65 萬元。目前，該電站定損及賠付工作已經(jīng)全面進行中。

由此可見，暴雪對于光伏電站的影響，是非常巨大的，輕則影響發(fā)電效率，重則損失光伏組件。

光伏電站遭受的損失，不僅是組件、還有維修期間無法發(fā)電所帶來的電費損失。

雪能有多沉？為什么能壓塌組件陣列

回憶一下前文，暴雪橙色預警的是指“6小時內降雪量達10毫米以上，或者已達10毫米以上且降雪可能持續(xù)”。

降雪量10毫米，就發(fā)布暴雪預警了，不至于吧？

首先我們要了解幾個概念。

雪密度：在現(xiàn)實中，同樣厚度的積雪，因為雪密度的不同，所以質量也不盡相同，我們把雪分為干雪和濕雪兩種。一般來說，濕雪的密度要大于干雪，因為濕雪中含有更多的空氣和水分。濕雪的密度大約為0.3-0.5克/立方厘米，而干雪的密度則比較低，只有0.1-0.3克/立方厘米。這也是為什么濕雪更重、更容易粘在一起的原因。所以在現(xiàn)實中，如果單純的用雪的厚度來計算降雪量的大小，不太嚴謹。

降雪量：是指從天空中降落到地面上的固態(tài)水，未經(jīng)蒸發(fā)、滲透、流失，融化后在水平面上積聚的水層深度，以毫米為單位，用雨量筒來測定。降雪等級標準通常是指在規(guī)定時間段內持續(xù)降雪或降雪量折算成“降雨量”為等級劃分的標準。

因此，這里指的降雪量10毫米，并不是雪的厚度為10毫米，而是雪融化成水以后的離地高度。

一般情況下，降水量和雪的厚度基本呈線性關系。1mm降水量對應 0.9mm-11mm降雪，也就是10倍左右的關系，為了計算方便，我們假設1mm降水量對應10mm降雪。

現(xiàn)在我們來看一下降雪橙色預警中實際的降雪厚度應該達到多少？暴雪橙色預警要求，6小時內降雪量達10毫米以上，其實是指6個小時內降雪的厚度在10厘米以上。這樣就可以理解得通了吧？

那么雪有多重呢？

前文說到，雪的密度不盡相同，即使在同一地點，溫度、濕度、氣壓的變化，都會影響雪的密度。因此，以下計算結果，旨在體現(xiàn)組件承受雪壓的情況，如與實際值存在出入，僅供參考。

雪壓(snow pressure)指建筑物單位水平面上所受到的積雪的重量，通常是建筑工程上計算雪荷載的設計依據(jù)，計算公式如下：

雪壓：S0=h（雪深）×P（密度）

為了能夠更加直觀體現(xiàn)降雪對于單塊組件造成的壓力，我們以某企業(yè)210組件為例，該組件的尺寸為2380毫米×1130毫米。通過計算可以得出該組件單塊面積約為2.7平方米。

下表以150公斤/立方米、250公斤/立方米、300公斤/立方米3種降雪密度情況，15厘米-50厘米7種雪深分別計算，得出雪壓及單組件雪壓。

通過上表可以看出，在雪密度不同的情況下，雪壓各不相同。當選密度為150公斤/立方米、雪深為20厘米時，雪壓為30公斤/平方米，單塊2.7平方米左右的組件將承受81公斤的雪壓。而當密度為300公斤/立方米時，在20厘米雪深下，雪壓則上升到60公斤/平方米，單塊組件將承受162公斤雪壓。

由此可見，面對暴雪天氣時，組件的抗壓能力則決定了落滿積雪的組件能否面對形變、隱裂等嚴峻考驗。

為了進一步分析積雪對于光伏組件陣列造成的壓力，我們借助2021年12月27日，露笑科技股份有限公司內蒙古通遼光伏電站項目大棚坍塌現(xiàn)場的照片，進行一種假設。

圖片來源：網(wǎng)絡

由上圖可見，該組件陣列疑似為6塊（縱向）×45塊+（橫向）組成，為了計算方便，我們假設該組件陣列為6塊×50塊布局，并假設單塊組件面積為2.7平方米。該陣列共計300塊組件，總面積為810平方米（300塊×2.7平方米）。假設當時的降雪量為15mm。

通過計算，可以得出下表。

由現(xiàn)場照片可以看出，該陣列上部分光伏組件目測完整性很好，下部分光伏組件損壞嚴重。

可以分析出，當數(shù)十噸的積雪在重力的作用下，向下部分組件不斷施加壓力，引發(fā)垮塌。

組件抗雪能力如何，行業(yè)協(xié)會有明確“體檢”方法

上文我們介紹的雪壓及單組件雪壓計算數(shù)據(jù)，是按照組件平放在水平面上進行計算的。在光伏組件的實際使用中，為了提高發(fā)光效率，組件通常都會以一定角度安裝，此時，降雪落在傾斜的組件上。從物理學角度來看，此時計算組件的雪量負荷就變成較復雜的問題。因此，組件雪載測試又引入了一個概念——壓強。

中國光伏行業(yè)協(xié)會，于2023年10月15日，發(fā)布了“晶體硅光伏組件低溫雪載測試方法”（下文簡稱“雪載測試方法”）。該雪載測試方法按照GB/T 1.1—2020《標準化工作導則 第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草，對晶體硅光伏組件低溫雪載測試方法進行了詳細說明。

雪載測試方法根據(jù)全球100多個國家40年最大連續(xù)7天新增降雪雪壓及溫度數(shù)據(jù)，由測試機構模擬相應雪壓及溫度，測試光伏組件在對應的環(huán)境下，能否穩(wěn)定工作。

具體測試內容包括：

一、外觀檢查

外觀檢查應依據(jù)IEC 61215-2:2021中MQT 01的規(guī)定。

二、穩(wěn)定性試驗

穩(wěn)定性試驗應依據(jù)IEC 61215-2:2021中MQT 19的規(guī)定。

三、標準條件下性能測試

標準條件下性能測試應依據(jù)IEC 61215-2:2021中MQT 06.1的規(guī)定。

四、電致發(fā)光（EL）測試

電致發(fā)光應依據(jù)IEC TS 60904-13的規(guī)定。

五、絕緣試驗

絕緣試驗應依據(jù)IEC 61215-2:2021中MQT 03的規(guī)定。

六、濕漏電試驗

濕漏電試驗應依據(jù)IEC 61215-2:2021中MQT 15的規(guī)定。

七、低溫雪載試驗

在低溫雪載試驗中，對測試載荷、溫度的確定有明確的要求：

低溫雪載試驗的測試載荷值和溫度值的確定參考附錄A（全球不同國家/地區(qū)歷史 40 年（1981～2020）最大連續(xù) 7 天新增降雪雪壓及溫度）。其中測試環(huán)境溫度宜以具體應用地區(qū)對應環(huán)境溫度向下取整進行設置：如實際環(huán)境溫度為-10.34℃時，對應測試環(huán)境溫度可設置為-11℃。

在進行低溫雪載試驗前，若組件的應用地已經(jīng)明確，按照不低于組件應用地歷史40 年最大7天新增降雪雪壓乘以環(huán)境安全系數(shù)γ（γ取1.1）得到測試載荷。使用對應7天內最低環(huán)境溫度作為測試環(huán)境溫度。

若有多個明確應用地，宜使用新樣品按照每個應用地的最大7天新增降雪雪壓乘以環(huán)境安全系數(shù)γ 與相應溫度數(shù)據(jù)測試，或按照多個應用地的最大7天新增降雪雪壓中的最大值計算得到測試載荷與最低溫度進行測試。

若無明確應用地信息，宜按照組件制造商提供的最大靜態(tài)載荷值，測試溫度-40℃進行統(tǒng)一測試評估。

若某地區(qū)無歷史降雪，則應用在該地區(qū)的組件無需按照本標準進行測試。

在附錄提供的全球不同國家/地區(qū)歷史 40 年（1981～2020）最大連續(xù) 7 天新增降雪雪壓及溫度中，中國歷史40年最大連續(xù)7天新增雪壓最高值為西藏（5389.46Pa），該數(shù)值在附錄中提供的100多個國家中位居第一梯隊，從某種角度來說，如果組件通過了西藏7天新增雪壓的測試，則可以通過附錄中任何一個國家的測試。

由于組件的安裝需要形成一定的角度，在重力的作用下，積雪的壓力將沿著傾斜角度向下傳導，最終組件的下邊緣將承受很大的壓力。

來源：網(wǎng)絡

因此，在組件不均勻雪載測試環(huán)節(jié)，測試設備模擬積雪在傾斜組件表面的堆積情況下檢驗組件抵抗積雪載荷的真實性能表現(xiàn)。目前，業(yè)界普遍采用IEC 62938:2020標準，進行不均勻雪載測試。

光伏組件雪荷載分布圖

組件不均勻雪載測試裝置來源：網(wǎng)絡

雪在組件表面尤其是底端大量堆積時，考驗組件在應對暴雪造成的不均勻壓強時，能否避免邊框彎折或斷裂，背玻不均勻性破裂，安裝系統(tǒng)部分或完全解體等隱患的發(fā)生。

早些時候，天合光能至尊670W系列產(chǎn)品，不均勻雪載的測試結果顯示，臨界雪載荷均高達6600Pa以上，最高達到7000Pa，相當于2.8米積雪產(chǎn)生的壓力，遠高于常規(guī)不均勻雪載要求值。不難看出，以天合光能為代表的組件頭部企業(yè)通過不斷研發(fā)與技術迭代，使其組件抗壓能力已經(jīng)能夠應對40年最大7天新增降雪量的考驗，降低組件隱裂及損壞隱患，保護電站業(yè)主的投資。

但是，光伏電站的抗暴雪能力，不應只引起組件企業(yè)的重視。支架、電站建設、運維企業(yè)同樣責任重大，任何一個環(huán)節(jié)的出錯，都將使其他環(huán)節(jié)的努力付諸東流，只有各環(huán)節(jié)共同努力，才能確保光伏電站順利迎戰(zhàn)暴雪，并取得勝利。

希望本文起到拋磚引玉的作用，旨在引發(fā)光伏電站應對暴雪措施的思考，如有謬誤，多多包涵。