光伏组件的可靠性及应用

光伏组件是光伏发电系统的发电机，其重要性不言而喻。世界范围内，早在20世纪70年代便开始了对其可靠性的有关研究，美国国家可再生能源实验室（NREL）与喷气推进实验室（JPL）制订了一套测试模拟组件的耐久性和可靠性的方式。经过了几年时间，从Block I－V五个项目阶段成功研究制定了“地面用太阳电池组件的设计和测试规范—1981”［1］（见表18．1），完成了太阳电池组件的经典结构设计和可靠性测试方案。这项研究意义深远，至今国际电工委员会IEC标准的测试项目设计正是来源于当初的Block Buys经典设计，由此衍生的晶体硅组件结构设计和材料也延续至今。

表18．1　“地面用太阳电池组件的设计和测试规范—1981”测试方案I－V

通常，组件20年使用期内的衰减率为不超过20%。意大利的欧盟联合研究实验室（JRC）对包括BP、西门子等组件企业生产的204块超过20年使用期光伏组件的衰减情况进行监控，发现55%的组件衰减少于10%（见图18．2）。2005年，甘肃自然能源研究所对其10kWp太阳能试验示范基地中一块使用了23年的光伏组件进行功率测试，发现衰减仅6%［2］。2009年，中山大学太阳能系统研究所对一批使用了23年的晶体硅组件进行测试，发现整体衰减约6%［3］。因此，使用20年以上的晶体硅组件基本可以满足小于20%的衰减率要求。

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图18．2　JRC监控的204块超过20年使用期光伏组件的衰减情况

图18．3　NREL统计组件衰减率和频率（样本量）［4］

但是，仍然有一部分组件不能满足此要求。2012年6月，NREL发布了组件衰减情况分析报告，报告中描述了主要在澳洲、美国、欧洲和日本等区域的系统或组件的衰减情况统计结果。结果显示，仍然有一定比例的组件年衰减率超过1%，即20年衰减率超过20%，而且，近10年使用的组件的年衰减率中位值约为使用20年以上组件的1．6倍［4］（见图18．3）。本节将就具体导致组件衰减发生的常见问题进行分析。