電站建設背后：材料電站隱裂風險
此前一家權威認證機構發布了一組調查結果：他們對425座太陽能光伏電站進行了監測，發現了大量問題，其中與光伏組件及其原材料有關的問題令人警覺，尤其是后期建設的電站，問題暴露的越來越多。
調查發現組件主要存在熱斑、隱裂、內部缺陷和功率衰減等質量問題，尤以內部缺陷導致的功率衰減問題突出，在2013年現場測試的11座大型地面電站檢測后，發現運行一年期左右的組件中（考慮了設備的不確定因素），51%的組件衰減在5%—10%之間，其中約30%的組件功率衰減超過10%，8%的衰減超過20%。
30%建成的3年以上的電站都不同程度出現了問題，建設1年的電站成本、收益都出現了較大波動。參照國外電站運行情況，國內光伏組件經過惡性競爭，價格壓到了最低限度，質量開始經受考驗。
通常而言，光伏組件衰減第一年是5%，后面為每年不超過0.8%，25年下來不允許超過20%。按照調查所得，如果組件一年衰減達到20％，按照這個速度下去，五年后這個電站就報廢了，可以說光伏電站存在很大隱患。
需要保護的電池片組件，按字面意思解釋就是由各種材料組裝而成的物件，具備發電的功能，是太陽能光伏電站的主要構成部分。具體由哪些構成呢？
首先，最核心中間部分是太陽電池片，外面的封裝材料都是為了保護它，它是組件在太陽光照條件下產生光生伏特效應的基石，電池性能的好壞與質量決定組件發電量的高低。
中山大學太陽能系統研究所對一些過往電站的舊組件一直有跟蹤研究，在對一批1986年的舊組件分析時他們發現，雖然總體水平保持不錯，但來自電池的缺陷占比缺陷總數的比例很高。
中山大學太陽能系統研究所洪瑞江博士表示：“經過23年的戶外使用，這批組件依然顯示很好的整體性能，衰減不大約6%。組件的外觀缺陷主要是封裝材料的老化和破損，單體電池片存在裂紋也是造成組件失效的關鍵隱患。”
他說：“電池出現裂紋，導致組件電流和填充因子嚴重降低。還有電池柵線斷開，導致組件電壓和功率降低；柵線脫落造成搭接，電池片破裂、崩邊。隨著硅片的進一步薄片化，太陽電池的質量應受到重視。”
過往的案例與經驗尚擺在眼前，這幾年電池片問題進一步凸顯。以近兩年引起人們關注的PID（Potential Induced Degradation）為例，可以說三年前的太陽電池都是不具有抗PID功能的，因為問題沒有大面積暴露、年限也未達到，電站業主及投資商們并未察覺。然而，隨著近兩年問題的出現，人們才煥然大悟，應該要抗PID。
于是，檢測機構對組件端從里到外進行考核，尋找產生這種現象的原因，結果發現都存在一定影響，其中電池片首當其沖，從而各大光伏制造公司開始研發抗PID電池片。
研發新功能的產品需要增加成本，但是眼下，光伏電站項目都看重初始投資，一般而言現在的初始投資是7、8塊，但是投資下去的電站所獲得的收益率千差萬別。
比如一家電站業主在電站招標過程中，如果在合同里指定選用電池必須為抗PID電池，按照行業技術標準，投標企業會給你提供對應電池。如果為了降低成本不注明，就把防PID這道工序減掉了，投標企業提供一般電池，這其中節省的成本是1.1元，但是有可能會使電站損失10%的發電量。當然，這個也需要看地形氣候及具體項目所在地環境情況而定。
一位業內組件技術人員表示：“其實，以前的組件并沒有這么多問題，這跟組件使用的材料質量有關。這幾年光伏電站裝機迅猛發展，出現了很多因為降成本、趕工期的項目，粗制濫造，所以組件在戶外還沒有兩年，就有相關問題暴露。”
“是的，有一些早年建成的電站已經運行30年，運行情況比這兩年建成的電站還要好，這些光伏電站在歐洲和日本，包括我們以前中國的西部青海省，當時是外國廠商援建的，組件表現很好，衰減值不到10%。如果是真才實料建的電站，我們從7.1元加到8.2元，把保險系數都加上，系統效率提升三個點，我們的年度衰減每年是0.8%，25年衰減20%。然后我們的運營費用降低兩個點，這樣計算雖然初始投資貴了一塊多，但是凈現值折算下來是2.37元，我們的收益增長了100%，翻了一番。”晶澳副總裁曹博認為，如果我們衡量一座電站是去核算它的度電成本，整個系統、電站設計25年中它的凈現值收益，不是單純追求初始投資的最低化，最后的收益會有很好預期。追求初始投資最低化是舍本逐末，讓我們產生高損失的一種現象。
多家光伏上市公司日本銷售人員向PV－Tech反饋：“電池片的成本占組件生產總成本的80%以上，其他的原材料成本對總成本影響較小，因此，應盡量選用高品質的電池，從而降低原材料品質問題帶來的后期風險。為什么我們國家的光伏公司都把自己最好的組件賣到日本，因為人家看重品質，對于日本消費者而言，這是一個需要運行25年的產品，質量保證和售后服務是他們覺得重要的方面，價格反倒是其次。”
在調查中發現，不論是以往電站還是近幾年的電站，組件都有EVA(乙烯基乙酸乙脂)變黃現象，黃變的部位有的出現在組件的局部，有的則整個組件都出現黃變，這其實一種老化，很大程度上影響了太陽光透過率，縮短了組件的使用壽命。
據了解，EVA膠膜是太陽電池組件封裝過程中一種非常關鍵的材料，EVA自身化學結構不穩定，耐老化性能相對較差。雖然目前業內有檢測認證機構對其進行測試考核，但即便是常規的濕熱老化測試，在85%濕度、85℃、1000h條件下，EVA也是比較容易出現發黃、起泡、脫膠等老化現象，更何況要在戶外運行25年。
洪瑞江博士表示：“在卸下來的舊組件中，EVA的問題很多，除了黃變還有起泡，EVA起泡會導致組件電流降低。而且EVA水解產生的乙酸不但會腐蝕玻璃和背板，破壞EVA與玻璃和背板的粘接，還會腐蝕電極和焊帶，嚴重影響組件的電性能。”
面對EVA的問題，曹博也深有感觸：“EVA對于組件透水性的影響非常大，不同EVA對PID的影響也是致命的。通常大家會對EVA進行檢測，正常的檢測周期至少要半年時間才能把所有參數檢測成功，在這過程中如果為了降低成本，一些企業選用隨便的原材料，后果是很可怕的。”
他說：“因為EVA整體造價只占組件成本的一毛錢，我們電站系統假如說是70塊錢的話，它只占1/70，但是因為它的成本節省10%，也就是1/700，但會導致我們電站出現大的問題。因為客戶要求組件降一毛錢，組件廠為了省一毛錢，就要求EVA供應商給降一毛錢，EVA本身只占這么多成本還要降價，這會使整個系統存在大規模失效的隱患。”
據筆者了解，雖然眼下中國存在上百家EVA生產制造商，EVA的價格也很便宜，形成混戰局面，但其實EVA的生產存在較強的技術壁壘，國內生產EVA 膠膜的廠家中，在質量和規模方面達到世界水平的企業很少，這也是EVA容易出問題的原因之一。
據EVA研發技術人員介紹，EVA在常溫狀態下不發粘，加熱到所需的溫度后將發生本質的變化(包括物理變化和化學變化)，將三層材料(鋼化玻璃、太陽電池片和絕緣背板)粘接到一起，形成太陽電池組件，主要起到粘接密封的作用，而將這幾層連接在一起需要層壓機，這里涉及到組件廠家的生產工藝。
“EVA出現問題，不僅僅是EVA公司的事情，還跟組件的生產工藝有關。”廣州寶力達電氣材料有限公司總經理周樹東在接受PV－Tech采訪時表示，這跟每家組件廠商的生產環境、生產設備、原材料情況都有關系，有些企業做的好，有自己的最佳生產工藝，做出來的組件產品就高，還能降低成本。
歐洲的電站業主發現了背板的問題，引起了業內很大震動，將人們的視線聚焦到封裝材料的選擇與質量上。
在過去的電站中，背板出現問題的狀況并不突出，因此被歸入籠統損壞的類別里，但是近幾年，背板問題出現越來越多。市場上有了采?不同材料和結構的各種背板，也出現了許多背板供應商，各種新產品、新材料充斥在組件里。
隨著光伏電站裝機的大幅攀升，背板的需求也大大增加，原有的背板產能無法滿足需求，于是，新材料、新背板開始了大規模的應用試驗，尤其在中國。
做為組件背面的最外層，在戶外環境下背板保護太陽電池不受水汽侵蝕，阻隔氧氣防止氧化 、耐高低溫，具有良好的絕緣性和耐老化性能 、 耐腐蝕性能。
在各種背板結構中，耐候性最好的無疑是TPT和TPE結構背板，這在業內基本成為共知。
光伏組件需要長期暴露在戶外自然環境中，紫外光、水汽、鹽霧、風沙、高低溫、化學物質等外部環境因素都會使組件的長期可靠性受到影響，因此常規的內部缺陷EL檢測是非常必要的，光伏組件內部的缺陷隱裂會嚴重影響組件的發電效率及使用壽命，部分電站跟廠商會在生產完成后進行組件的EL檢測儀或者在電站組件上架前進行組件EL全檢，殊不知，在這過程中任何一個環節都有可能造成組件的隱裂產生，后續自然環節的影響也同樣會產生內部缺陷，這些都需要具有良好的綜合檢測性能。
光伏材料的選擇跟后期必要的EL檢測維護，這對電站的質量及收益率有密切影響。
除了太陽電池、封裝材料，對二極管容易出問題的環節，也有企業在跟進，比如組件防火方面，防熱斑方面。
據了解，熱斑產生的基本原理是電池短路以及現場運營過程中長期遮隱，在以往的案例中，著火也往往與二極管有關，目前電池組件都用二極管做一個開路旁路的作用。
東方日升新能源股份公司運營總監云飛表示：“二極管的電壓一般在0.6，在真正產生熱斑和產生衰減之前，已經不發熱了。所以我們研發了一條新的管控設備，能夠一旦有左行電壓產生情況下，立即切斷電池串的電流，有效防止了熱斑的產生。”同時他還表示，將繼續把這一方面的研究持續改善下去。
追溯到早年，其實國內外不少公司對確保光伏組件質量一直在做相關努力和工作，比如1982年，ARCO Solar最開始推出了五年質保的組件，1982年5月，安裝了10KW的系統，20年后，22%的組件有碎片（熱斑），絕大部分組件發黃或背板分層（記載來自中大洪瑞江博士）。
1985年，Kyocera開始提供十年質保的組件，1987年，增加到12年。
九十年代中期，BP Solar將質保增加到20年。
1997年，Siemens公司開始提供25年的組件質保，從那開始其他公司跟進，他們當時主要得益于對單體電池質量的提高，對封裝材料和工藝的改進。
包括對超白玻璃的優化，使其達到更高透光率；研制耐氣候老化性能和封裝工藝性能更加優越的EVA膠膜；開發其他性能優異的背板材料；采用密封性能更優和膠帶類封膠材料產品。
前人植樹，后人乘涼，對于組件產品的品質，行業先行者們從來都沒有停止追求與探索。
隨著科技的越來越發達，制造業技術的進步，新材料性能的逐步提升，全方位的EL檢測跟色差分選，組件的質量沒有道理變得越來越脆弱，而是應該在性能與壽命方面得到更大的提高與鞏固。
