天合光能周伟：组件需要针对不同气候条件进行差异化设计
10月19日，2016中国光伏大会在北京新国展开幕。21日上午，光伏设备可靠性论坛在E1馆创新剧场举行。众位技术大咖汇聚一堂，探讨如何用技术手段提升和保证设备可靠性，形成可靠性评价和监督体系，如何通过技术改进实现更高发电量。
天合光能质量部副总裁周伟表示，不同的气侯条件下组件环境应力差异明显，如在干旱或湿热环境中，失效模式不一样，组件需要进行差异化设计。差异化标准是行业新的机遇与挑战，希望可以引起大家对这一问题的关注。
以下为周伟演讲实录：
周伟：整个光伏行业都在快速发展。过去几年中，效率、成本、质量可靠性相当于三步曲，密不可分，任何一项如果有所落后，整个行业的健康发展就会受到很大的影响。所以，大家一直在关注，我们也感受到很大压力。一方面来自市场客户，大家对可靠性关注度越来越高，25年的质保也经常被问及，你们怎么样证明组件可以做到25年？同时，客户对于质量可靠性的要求越来越苛刻。为此，我们做了大量的研究，包括自己的组件在外面的表现。所以，我们认为，差异化是现在必须关注的一个问题。
我今天的报告主要是分三部分。第一，为什么选这个题？第二，跟大家分享一下我们做的一些户外组件的分析。第三，跟大家汇报一下天合对于气侯差异化的解读以及我们关于解决方案一些思路。最后有一个小结。
现在组件厂商基本上普通组件都是25年质保，双玻的可靠性表现更好，衰减相对较低，所以，我们对双玻产品提供的质保都是30年，把这作为个质保的要求。
其实行业里各个环节，都对组件的长期可靠性保证有它的担心和关注。比如说，银行投资方，会担心投资的项目，这个贷款资金的安全性怎么样，投资回报率有没有得到保证？对于电力公司来说，希望买到的这个设备整个系统运行是可靠的，组件发电量符合预期，如果出现问题可以尽快地解决。EPC，更多是关注整个项目可以顺利地执行和交付，而且，早期成本尽可能做到最低，购买的设备可以符合认证要求。
而对于组件厂商来说，产品发出后，我们希望公司可以长期、持续发展，对这个平台和品牌形象都非常关注。所以，在产品发出后，希望它可以符合我们的承诺，可以有很好的表现。同时，通过这样的表现，让客户对我们产品质量能满意、认可和放心。对于我们自己来说，按照质保预期，质保费是可控的，在财务方面也不会有什么影响，不会因为产品的长期可靠性表现不好，造成我们在财务上的重大损失。
材料厂商也很关心这个问题，因为来自于下游客户的信息会传上去，体现在对他们的要求上。新材料、新技术导入的时候，要符合我们的要求，他也会不断跟我们探讨，这些要求，这些测试是不是合理？这个评估的方法是不是有效？同时，我们要实现平价上网，需要不断降低发电成本。那么，材料降本方面空间有多大？还要知道，我们现在现有的材料怎么做进一步的改进和提升，来提高我们的质量可靠性保证的能力，同时带来成本的下降。
其实在这个行业里，各方都在关心同一个问题，产品长期可靠性保证的能力到底是怎样的，是不是可以符合预期？
目前，我们可以看到，前几年，大家采取的都是加严序列测试的方式。如TUV， PEVL 等实验室都有自己加严的测试序列，从这个上面来看，更多是不分组件的类别，以及气侯的差异，用统一的一套测试程序来进行测试，。随着装机量的增加，以及现场反馈问题中更多失效信息收集，大家都发现，气侯条件对组件的可靠性表现有很大的影响。
所以，CQC提出了气候分类差异组件标准的提案，CEI，也就是把气侯按照干湿冷热区分，做不同的测试序列要求。IECTC82 WG2提出的IEC61892标准提案，也是按照干热、湿热和温和气候情况进行气候分类，并有相应的不同测试序列。这个行业的可靠性保证发展趋势是什么？通过这种差异化解决方案可以帮助行业健康发展，而不是一味加严测试标准，，最终实现平价上网。差异化解决方案是可以帮助我们在成本下降的趋势下，让组件的长期可靠性得到保证的一个研究方向。
我们看一下，户外组件的常见故障模式，比如说，PID，蜗牛纹，背板和EVA黄变，脱层，背板开裂，热斑，这些都是常见的问题。在户外条件中，一般集中在高温高湿，高辐照和风沙等几个方面的环境应力。我们收集了几个在户外有22年的组件样本，主要是来自于两个地区，一个是敦煌，属于干热地区，还有来自于深圳的，属于高温高湿地区。这个是早年西门子的组件，来自两个地区的组件样本分析，敦煌的组件主要表现出玻璃磨损、电池片裂片、电池黑片和腐蚀等问题。
通过进一步测试发现，两个地区是同样的设计和构成，但是，两组样本在功率衰减表现方面有显著差异。在干热地区主要衰减来自短路电流衰减，以及玻璃磨损造成的衰减，而来自于深圳地区的组件衰减，主要表现在填充因子的衰减上。据此判断，深圳的组件主要是由于水汽对于电池和焊带的腐蚀引起的串组增加。
同一地区的组件样本之间的衰减情况也有差异，但是，比起两个地区的差异，这个要小的很多。所以，基本上可以看到，干热地区可能是以风沙为主，湿热地区更多是以水汽为主，造成了组件失效。
组件在做设计的时候就需要思考，新材料和新技术是不是可以通过现在的标准进行管控？目前我们很多企业只是按照IEC61215标准进行测试和判断进行，很多材料都可以通过，但是，实际在户外条件下，会有很大的不同。用什么方式对材料进行评估？我们需要有一套更加贴近户外实际应用条件的评估的方法和测试的标准。另外，25年质保依据什么？仅仅靠满足IEC61215标准的要求，也没有办法进行保障。前面我也提到了这个问题，用什么方式可以对组件进行评估？还有在不同的气侯条件下，组件的寿命拐点在哪里？我们通过对实际失效模式的研究，怎么找到室内对应测试关系来应对？希望我们的测试方法可以针对组件早期失效，甚至中期失效，以及组件寿命进行评估，从而找到需要应对的方法。
组件长期可靠性保证最重要的一个方面是材料，主要包括背板、电池、边框、玻璃，封装材料，焊带，还有接线盒。过去几年里，根据现场已经发生的失效情况，我们各个厂家都做了很多的改善。包括应对PID、蜗牛纹的EVA和电池，超软焊带，等等。但是，还有一些情况，比如应对不同气条件下的差异背板的选择。对于电池来说，提效新技术不断地推出，浆料选择，还有网版图形设计也对可靠性起到非常关键的作用。未来在这些方面，可靠性设计要有特别的关注。
接下来谈谈我们对差异化的理解和应对思路。首先，气候分类的原则，前面刚刚讲过，在气侯条件迥异的地方，组件性能表现差异非常显著。那么，如何对气侯进行细分呢？我们现在基本上把气候分类分成两大类，一个是湿润地带，包括热带和温带，热带温度更严苛，可以覆盖温带；另一个是干旱和半干旱的地区。针对这两大类气候条件来看，干旱和半干旱地区日温差大，辐照大，年降水量都小于500毫米，常有沙尘暴，我们做了估算，对于高辐照地区，按照25年UV辐照量，基本上背板抗UV能力要达到200到300千瓦时每平米。IEC61215以前的要求UV测试只有15KWH/m2，这个远远不够的。我们在背板抗UV的要求上必须加严。
另外，实际应用环境，是UV+温度的，如果UV和TC组合起来，是什么样子？需要综合的评估。所以，对于干旱地区组件材料的要求，对于组件的评估，可以考虑UV加TC这样一个组合测试。另外，因为有风沙，所以，我们还要做沙尘的测试，另外DML+TC这样一个组合测试评估。对于材料来说，背板材料的选择，还要可以抗200到300kwh/m2的UV辐照量。
背板的性能评估，我们做到了120千瓦时/m2UV 辐照测试，可以看一下，这个力学性能是有所变化的，纵向和横向断裂伸长率各种材料变化有所不同。这个试验还在继续进行当中，因为120千瓦时/m2相当于10年，试验还在进一步进行，希望可以做到200-300kwh/m2的辐照量，然后来验证25年之后背板材料的力学性能表现是什么样子。
另外，还有就是背板的黄变。我们发现，120千瓦时/m2UV 辐照量测试后，黄变指数大部分材料都是小于3，其中有一个内层EVA变黄，我们怀疑是TPT材料里面用到一些粘连剂造成的，这个试验还在进行当中。
这种气候条件下，背板要能经过耐磨性测试，相对来说，氟膜类背板耐磨性会更高。
针对热带，我们也有自己的考虑。相比于干旱地带，热带地区更多存在高温高湿现象，昼夜温差小，月平均温度在18度以上，湿度很大，加上有台风，气候条件复杂。对这些地区的组件评估时，耐湿热性能一定要好，抗PID性能要强，因为有台风，还要考虑风载的因素。在材料选择上，注重耐湿热性，背板选择的重点选用低透水，耐水解性好的材料，。
可以看到，背板的选择对于可靠性有很大的影响。用什么材料的背板，非常关键。
此外，还有一些其它极端气候环境需要考虑，如暴雪台风、盐雾、氨气等针对这些做出相应的应对措施。
最终的差异化解决思路，一是要根据应用环境更改测试序列，二是尽可能能重现现有的一些失效。对于失效重现，我们考虑对TC加严，二极管热试验加盐，还有UV加严，DH和HF的加严等。
综上，我们是按照热带干旱/半干旱，湿热和温和等气候条件，提出测试序列的方案的。
最终总结一下，不同的气侯条件下，组件的环境应力差异明显，尤其是在干旱与湿热环境中，不同环境失效模式不一样，组件需要进行差异化设计。差异化标准是行业新的机遇与挑战，综合环境因子进行老化试验是组件气侯差异化的前提与保障，希望这个问题可以引起大家的关注。
我的报告就是这样，谢谢大家。
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