頻發(fā)的質(zhì)量問題、高衰減率組件正在中國西部光伏電站蔓延，可能會將過去三年積累的光伏電站成績打入塵埃。

“部分多晶硅電池組件2-3年功率衰減3.8%－7.0%，非晶硅3年功率衰減達20%。” 中科院電工所在對青海省太陽能光伏電站后評估檢測后得出令人驚訝的結(jié)果。

根據(jù)鑒衡認證中心調(diào)查，425座太陽能電站中，30%建成的3年以上電站都不同程度出現(xiàn)了問題；由于組件的質(zhì)量問題，有些建成三年的電站設(shè)備衰減率甚至高達68%。如果組件一年衰減超過5%，照此速度，五年后這個電站就報廢了。

隨著“嬰兒期”（運行一年）失效率組件的出現(xiàn)，建設(shè)1年的電站成本、收益都出現(xiàn)了較大波動。這樣的電站如何保證投資回報率？如何獲得銀行貸款？如何讓投資者、業(yè)主放心？

以國內(nèi)現(xiàn)有的招標交易及競爭環(huán)境，單獨的太陽能電站組件供應(yīng)商沒有力量挽回這一局面，有些事情，需要電站業(yè)主、投資商自己把關(guān)。

未經(jīng)實績驗證的材料損害組件根本

組件是太陽能電站最重要的組成設(shè)備，電站的質(zhì)量、發(fā)電量、收益率、價值都與它息息相關(guān)。它主要由太陽電池、封裝材料、背板、玻璃、邊框、接線盒等組成，這些材料都對組件性能、質(zhì)量產(chǎn)生影響，電池片是核心，外面的封裝材料都是為了保護它，其中一個關(guān)鍵的保護材料是處于最外層的背板，一旦背板失效，里面的封裝材料、電池片就如失去蔽護的花朵，隨環(huán)境凋零。

背板是光伏組件背面的一層復合結(jié)構(gòu)材料，將電池片和組件封裝材料與大氣環(huán)境隔離，為組件提供絕緣保護，它需要長期耐受各種環(huán)境應(yīng)力作用，對組件在戶外的可靠性、功率衰減和使用壽命都至關(guān)重要。

隨著國內(nèi)電站裝機的不斷攀升，市場上出現(xiàn)了采?不同材料和結(jié)構(gòu)類型的背板，目前比較常見的背板外層保護材料有杜邦™ 特能® (Tedlar®) PVF薄膜、PVDF薄膜、FEVE涂料、PET聚酯/耐水解PET、PA聚酰胺。

背板的重要性能需要正確的關(guān)鍵材料組合才能體現(xiàn)，越來越多的組件質(zhì)量問題，與背板選材有關(guān)，比較常見的失效模式有開裂、黃變、風沙磨損、熱斑熔化等，這些問題都對組件造成破壞性損害，使電站存在嚴重的安全隱患。

PET背板在日本使用廣泛，其外層保護材料PET聚酯是非氟材料，非氟材料耐候性較差，直接曝露在戶外其高分子鏈段容易被紫外線破壞，出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。圖一（a）是日本戶外應(yīng)用12年的143W單晶組件，組件剩余功率為77W，下降了46%，PET背板外觀黃變嚴重，且明顯脆化開裂。此類情況并非偶然，PET背板90年代開始被日本廠商用于10年質(zhì)保的屋頂組件，有些在戶外幾年內(nèi)就發(fā)生光熱老化發(fā)黃開裂導致組件功率迅速衰減。市場上一種新型耐水解PET背板在長期綜合老化后斷裂伸長率下降變脆。

FEVE涂料背板開裂的情況也比較嚴重，在美國新澤西州一座3年的電站（圖二），組件中使用了FEVE涂料和基于杜邦™ 特能® (Tedlar®) PVF薄膜的兩種背板，其中采用FEVE涂料背板的一塊組件，背板外面的FEVE涂層從PET基材上剝落，剝落方向沿焊帶方向，可能是由于焊帶熱脹冷縮應(yīng)力導致FEVE涂層開裂。從該電站組件取這兩種背板樣品，進行劃格試驗測試背板外層與PET基材粘結(jié)力（圖三），戶外使用3年的FEVE涂料背板其外層涂層可從PET基材上剝離，說明FEVE涂層與PET基材粘接力較弱導致戶外脫層開裂，杜邦™ 特能®（Tedlar®）PVF薄膜則完好粘結(jié)在PET基材上。


圖三. 美國新澤西州安裝3年電站組件（a） 組件使用的FEVE涂層背板涂層剝落；（b）對這些戶外組件使用的FEVE涂層背板和杜邦™ 特能®（Tedlar®） PVF背板的劃格試驗結(jié)果

FEVE涂層脆弱受熱應(yīng)力容易開裂，且FEVE分子鏈為聚氨酯結(jié)構(gòu)，僅有少量含氟鏈段。除此外，F(xiàn)EVE涂層耐磨性差，受環(huán)境的影響大，組件、電站所承受的風險也較高。我國西部地區(qū)光照資源充足、土地價格低廉，是大多數(shù)大型光伏電站理想建設(shè)地。但這些地區(qū)干旱少雨、地表沙化嚴重、風沙活動強烈，隨著戶外使用時間的延長，風沙磨損會不斷減薄背板外表層材料的厚度，所以背板外表層耐磨性能和厚度非常重要。

同樣出現(xiàn)問題的還有PVDF薄膜背板，PVDF背板容易發(fā)生熱斑熔化、受熱脆化和應(yīng)力開裂。在美國亞利桑那州、以色列和西班牙等地面和屋頂電站（圖四），某PVDF單面氟膜背板內(nèi)層在五年內(nèi)普遍發(fā)生黃變現(xiàn)象 (10%-75%電站組件)。單層氟膜背板容易出現(xiàn)內(nèi)層發(fā)黃現(xiàn)象，專家建議在苛刻環(huán)境下使用雙面氟膜杜邦™ 特能® (Tedlar®)TPT背板以避免內(nèi)層紫外老化導致的失效風險。同時PVDF薄膜背板還出現(xiàn)了因熱斑問題導致熔化起泡開裂現(xiàn)象，原因是PVDF薄膜熔點大約只有160 oC -170 oC，對比杜邦™ 特能®（Tedlar®）PVF薄膜熔點大約為190 oC-200 oC。



圖四. PVDF背板熱斑失效。（a）美國亞利桑那安裝2年組件背板因熱斑熔化和開裂；（b）以色列電站組件背板熱斑熔化起泡；（c）西班牙屋頂組件安裝2年內(nèi)背板熱斑老化開裂；（d）為（c）的局部放大圖

上述各類新型材料的背板均通過了相關(guān)認證，但都沒有得到實際長期戶外驗證，材料本身的性能缺失使其不能應(yīng)對各種環(huán)境應(yīng)力?，F(xiàn)行IEC標準多為單項應(yīng)力測試，對紫外測試要求也過低，不能很好的模擬背板材料在戶外所受綜合應(yīng)力的老化失效。有些背板廠商通過逆向研發(fā)，改進材料通過現(xiàn)有實驗室加速老化測試，甚至可以滿足兩倍、三倍IEC測試要求。但是在實際戶外應(yīng)用中還是出現(xiàn)了開裂、脫層、黃變等失效現(xiàn)象，使電站投資者蒙受巨大損失。

對材料的選擇很關(guān)鍵，據(jù)了解，目前如果組件供應(yīng)商在未接到電站投資商對組件的材料要求情況下，從初始成本考慮會優(yōu)先選擇廉價的背板封裝組件。而對電站投資商而言，選擇經(jīng)過實績驗證的背板材料才能確保電站最大價值，因此，了解組件材料清單是投資電站的必要功課。

從功率衰減看投資回報率

投資電站，回報率是投資者首要考慮的因素，一座光伏電站需能保證長期穩(wěn)定運行、保持固定發(fā)電量，這是收回投資成本的基礎(chǔ)。發(fā)電量需要優(yōu)質(zhì)組件來提供，因此組件年功率衰減和使用年限對電站項目內(nèi)部收益率和投資收益凈現(xiàn)值的影響明顯。

以中國西部一類地區(qū)20MW光伏電站為例（圖五），假設(shè)組件年功率衰減為0.8%，組件使用年限從 25 年下降為10年，那么光伏項目內(nèi)部收益率會從11.39%下降為4.89%，投資收益凈現(xiàn)值減少3.28元/瓦。再假設(shè)組件使用壽命為25年，組件年功率衰減由 0.8%上升為 5.0%，項目內(nèi)部收益率將從 11.39%下降為 2.02%，投資收益凈現(xiàn)值將減少4.02元/瓦。

采用長期實績驗證的材料可保護組件功率穩(wěn)定輸出

近幾年組件功率高衰減成為普遍問題，這與采用未經(jīng)戶外長期驗證的新材料有關(guān)，組件和電池材料質(zhì)量對光伏系統(tǒng)投資回報有很大影響，背板作為關(guān)鍵材料首當其沖。

前面提到背板的各種失效模式，如開裂、黃變、老化等都是造成組件功率衰減的誘因，背板一旦老化開裂， 保護層下的EVA封裝材料衰減和腐蝕加速，組件絕緣性能下降，濕漏電增加，這些都會加速組件功率衰減。

歐盟的聯(lián)合研究中心（JRC）從上世紀八十年代開始對晶硅組件進行20余年的戶外組件實證研究，發(fā)現(xiàn)采用玻璃作為背板的組件（雙玻組件）功率衰減明顯且波動大，最高超過60％，不利于電站長期穩(wěn)定運營。而采用基于杜邦™ 特能®（Tedlar®）PVF薄膜背板（不含鋁膜）的組件在戶外使用約20年后，功率衰減均低于20％，平均年功率衰減僅為0.3%。

目前市場上唯一經(jīng)過長期戶外實績驗證的是基于杜邦™ 特能® (Tedlar®) PVF 薄膜背板，國內(nèi)外早年建設(shè)的電站基本都采用該背板。日本、德國、意大利等國研究所通過組件長期戶外老化研究也證明使用杜邦™ 特能® PVF 薄膜背板的組件可保護組件20年以上功率衰減的穩(wěn)定期。國內(nèi)一些研究單位對國內(nèi)光伏系統(tǒng)長期功率衰減也進行了相關(guān)研究，中山大學沈輝等對海南島采用杜邦™ 特能® (Tedlar®) PVF薄膜背板的177片Solarex多晶硅組件功率衰減研究表明，即使在濕熱氣候條件下使用了23年，這些組件的平均功率衰減僅為6.1%，且主要原因是由于封裝材料EVA發(fā)黃透光率下降導致的短路電流下降。

小投入高回報，保障行業(yè)可持續(xù)性發(fā)展

近幾年中國西部電站大發(fā)展，因電站趕工加上成本考量許多組件的質(zhì)量有待時間檢驗。采用PVDF薄膜、FEVE涂料、PET聚酯/耐水解餓PET等外層保護材料的背板，不到四年時間問題逐漸暴露出來，導致組件質(zhì)量問題頻發(fā)，太陽能電站投資受到質(zhì)疑。

從投資成本計算，初始投資采用較低成本的背板材料，導致不斷的質(zhì)量問題，實質(zhì)上增加了長期成本，降低了電站投資回報率，

以西部一類地區(qū)為例來進行比較，一款組件采用經(jīng)過長期戶外實績驗證的材料，使用25年，度電成本為0.76元，可帶來0.14元/千瓦時凈收益。另一款采用低質(zhì)且未經(jīng)長期戶外實績驗證的材料，使用年限可能只有10年，度電成本為1.07元，將導致0.17元/千瓦時的凈虧損。

價格方面，基于杜邦™ 特能®（Tedlar®）PVF 薄膜的TPT背板與單面氟膜背板（如單面PVDF背板）價格僅差0.10-0.12元/瓦，只需多發(fā)25-29天電就可收回成本差異。而基于杜邦™ 特能®（Tedlar®）PVF 薄膜的TPx背板(如TPE背板)與單面PVDF背板僅差0.01-0.02元/瓦，只需多發(fā)1-4天可收回成本差異。優(yōu)質(zhì)背板材料帶來的投資回報與隱含風險存在質(zhì)量問題的廉價背板，孰輕孰重，相信充滿智慧的投資商算得清。