淺析影響西部光伏電站“壽命”的因素

鄧偉華

摘 要：因我國西北地區(qū)人口密度較小、戈壁沙漠等閑置土地較多，所以大型光伏發(fā)電廠大部分都建在西北地區(qū)，西北地區(qū)自然環(huán)境的特點(diǎn)是沙塵天氣多、晝夜溫差大，因此自然環(huán)境對光伏電站“壽命”的影響是比較大的，文章就影響光伏電站“壽命”的一些因素展開討論，以便使讀者對光伏電站的建設(shè)有所了解和幫助。

關(guān)鍵詞：影響；光伏電站；壽命；因素

太陽是一個(gè)巨大無盡的潔凈能源中心，據(jù)科學(xué)家推算，在太陽內(nèi)部進(jìn)行的由“氫”到“氦”核聚變反應(yīng)已經(jīng)持續(xù)了幾十億年，其向宇宙空間輻射的能量功率為380000000000萬億千瓦，其中大約22億分之一到達(dá)地球大氣層，30%左右被大氣層反射，23%左右被大氣層吸收，其余的到達(dá)地球表面，其功率大約為800000億千瓦，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于燃燒大約500萬噸煤釋放的熱量。地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都是來源于太陽；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然氣等）從根本上說也是遠(yuǎn)古以來貯存下來的太陽能，所以廣義的太陽能所包括的范圍非常大，狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電的直接轉(zhuǎn)換。開發(fā)利用太陽能，使之成為能源體系中重要的替代能源，可以說是人類能源戰(zhàn)略上的終極理想。人類對太陽能的利用有著悠久的歷史。我國早在兩千多年前的戰(zhàn)國時(shí)期就知道利用四面鏡聚焦太陽光來點(diǎn)火，利用太陽能來干燥農(nóng)副產(chǎn)品。發(fā)展到現(xiàn)代，太陽能的利用已日益廣泛。

下面討論的問題主要是影響光伏系統(tǒng)發(fā)電和壽命的七個(gè)主要因素，這七個(gè)因素，有自然環(huán)境層面的，有技術(shù)層面的，也有市場層面的問題。

1 溫度對光伏發(fā)電的影響

對于這個(gè)問題雖然好多人都有認(rèn)識，但是沒有引起足夠的重視，有很多發(fā)電部門或者行業(yè)對這個(gè)問題至少引起的重視還不夠。實(shí)際上單晶硅和多晶硅的溫度系數(shù)都是0.35%～0.45%之間，根據(jù)測算，按照這個(gè)公式計(jì)算，一個(gè)30瓦的標(biāo)準(zhǔn)板，現(xiàn)在所謂并網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)板在環(huán)境溫度20度左右的時(shí)候，板溫一般是25度左右，甚至更高一些，這樣每個(gè)板上的總值大概接近4伏的電壓，這個(gè)數(shù)字還是比較大的，就是在中午時(shí)分。在光伏發(fā)電量最大的時(shí)候，中午時(shí)分反而是效率最低的，所以，陽光最好的時(shí)候，發(fā)電效率反而是比較低的，這是一個(gè)問題，在系統(tǒng)設(shè)置過程中要充分的考慮到。

2 粉塵對光伏發(fā)電的影響

中國的西北部地區(qū)是經(jīng)常遭受沙塵暴襲擾的地區(qū)，即便是在晴朗的天空，沒有沙塵暴的天氣，將近20幾天的時(shí)間，光伏板上自然的降塵就影響發(fā)電的15%～20%，這個(gè)影響是比較大的。在沙塵天氣一場沙塵就會(huì)影響到大約30%至40%，粉塵對光伏電池板發(fā)電的影響是重大的。最近有人關(guān)注熱發(fā)電，熱發(fā)電是反射，粉塵對熱發(fā)電的影響比光伏的影響還要大，至少翻一倍，粉塵面都是在玻璃的下面，陽光入射進(jìn)來，被粉塵遮擋一層，再反射出去還要遮擋一層，影響更大，而且光伏是平板的，光熱是曲面的，不管是平板還是曲面，都會(huì)有同樣的問題。

對太陽能電池板的清洗一直是困擾光伏發(fā)電的一個(gè)問題，有很多人認(rèn)為，可以直接用水去沖洗，實(shí)際上這個(gè)問題在南方不是那么很突出，到了北方，尤其是西北這樣的地區(qū)，問題就來了，其一是沒有水，當(dāng)?shù)厮貏e缺，其二，即便是有水也是鹽堿水，洗了之后有白色的鹽堿，還不如不洗。

3 光伏組件效率衰減和組件本身壽命的影響

光伏電池長期在陽光下暴曬，其光伏電池性能、封裝材料、蓋板的透光性都受到影響，逐步衰減。大家也知道光伏板子不是永久性的，壽命大約是25至30年，這個(gè)衰減是什么情況呢？首先是光伏電池的衰減，然后是組件脫焊，這是光伏電池板存在的問題。我們做了一個(gè)測試，以45瓦板子的功率為例，最早的原始數(shù)據(jù)拿45瓦來說，這是峰值功率的情況，其后衰減的情況也不一樣，有的特別嚴(yán)重，有的不是特別嚴(yán)重。前50天衰減速度還是比較快的，在前50～100天衰減稍稍好一些，后面的衰減就比較好了，一般來說進(jìn)入一年以后，衰減一般是0.5%～0.8%的情況。

非晶硅光伏組件效率衰減特別快，一個(gè)月就達(dá)到15%，后面趨于相對穩(wěn)定的狀況。這個(gè)衰減我們觀察了兩個(gè)問題，一個(gè)是電池片本身性能衰減，一個(gè)是玻璃表面形成了水垢導(dǎo)致玻璃透過的影響，所謂的水垢具體成分是什么，我們也不是很清楚，但是有一點(diǎn)是肯定的，就是沙塵和降雨形成混合物以后，經(jīng)過幾天時(shí)間，鈣化物重新在玻璃上形成一層鈣化層，鈣化層很難用抹布擦掉，一般都是用鋼絲刷去刷，清除時(shí)困難一些。組件內(nèi)部的電池脫焊是導(dǎo)致組件徹底報(bào)廢的原因，包括在以前光伏電站中也出現(xiàn)這樣的問題，生產(chǎn)廠家焊接的過程當(dāng)中出現(xiàn)一些偶然的焊接過程中問題，導(dǎo)致在光伏組件運(yùn)營過程當(dāng)中，出現(xiàn)一系列的故障，用了若干年以后，比如說像這個(gè)焊片，焊的時(shí)候可能沒有焊好，再加上光伏組件電流比較大，這個(gè)地方就脫焊，最后導(dǎo)致電池報(bào)廢。

更多電池組件出現(xiàn)問題的是熱脹冷縮，電池片和電池片之間是用銅帶連在一起的，這個(gè)銅帶在西部地區(qū)每天進(jìn)行一次熱脹冷縮，甚至不止一次，白天的時(shí)候即便在冬天，白天的溫度也是三四十度，到了晚上是零下三四十度，這樣每天的熱脹冷縮，導(dǎo)致太陽電池板位移，使得焊帶在幾年以后，最短的大概就是三年，焊帶就會(huì)出現(xiàn)斷裂了。斷裂了以后還很難發(fā)現(xiàn)，板子不工作了，你也找不到原因，要很仔細(xì)地看才能把斷裂的地方找到。

4 組件串接匹配誤差

光伏板在安裝前一般都不做檢測，很相信廠家，由廠家提供光伏組件，有很多的科研報(bào)告提供正偏差的光伏組件，實(shí)際上有一些組件參差不齊，要求是5%到3%，但是實(shí)際的比這個(gè)要大一些。光伏組件中大部分都是21片，最少的是19片太陽電池板，這里面有一塊電池性能不好，就導(dǎo)致這20片電池輸出性能都會(huì)受到影響，這個(gè)就是常說的木桶效應(yīng)吧。

5 線路損耗

由于光伏發(fā)電場地較大，輸電電流較大，線路較長，在設(shè)計(jì)導(dǎo)線的時(shí)候，很多設(shè)計(jì)都是按照安全電流做的設(shè)計(jì)，這種情況是不合理的，沒有考慮到電路的損耗，大部分情況下這個(gè)損耗很大，很多設(shè)計(jì)損耗都在7%～8%。

6 光伏組件熱斑問題

這個(gè)與光伏組件有關(guān)系，也與逆變器有關(guān)系，熱斑問題有兩個(gè)形成的原因，一個(gè)是遮蔭，一個(gè)是光伏組件本身過熱出現(xiàn)的問題，熱斑帶來的危害是非常突出的，有時(shí)板子中心區(qū)的溫度接近50度了，其他的板子都處在差不多的另一溫度，這個(gè)是早上9點(diǎn)鐘左右做的測試，這個(gè)逆變器沒有啟動(dòng)起來，不知道是什么原因，當(dāng)逆變器啟動(dòng)以后這個(gè)熱斑就沒有了，逆變器沒有啟動(dòng)的時(shí)候，這個(gè)熱斑就出現(xiàn)了。這個(gè)熱斑會(huì)影響整個(gè)電池串的輸出。

7 基礎(chǔ)和支架

有很多混凝土支架，采用不同的設(shè)計(jì)方式，對于不同的地面，支架要求不一樣。在中國西部，做支架要考慮到風(fēng)沙的流失，有的光伏電站，當(dāng)初建的時(shí)候很好，沒有問題，但隨著風(fēng)吹日曬，時(shí)間長了把支架下面的沙吹跑了，整個(gè)基礎(chǔ)就下沉，一般采用條形樁，就是為抑制這種現(xiàn)象的發(fā)生。前幾年為了加強(qiáng)建設(shè)速度和降低成本用了金屬樁，特別是螺旋樁，這樣雖然速度快，但在西部有一個(gè)問題就是銹蝕，光伏電站一般要30年的壽命，這樣的金屬樁能不能保持30年就是一個(gè)問題。

文章主要討論了影響光伏電站“壽命”的七大因素。我們國家大型光伏發(fā)電廠大部分都建在西北地區(qū)，受西北地區(qū)自然環(huán)境的影響，特別是沙塵天氣多、晝夜溫差大兩大因素的影響，光伏電站的運(yùn)行“壽命”會(huì)大打折扣。另外，一些技術(shù)層面的因素，如光伏組件效率衰減和組件本身壽命、組件串接匹配誤差、線路損耗等因素也影響著光伏電站的“壽命”。

參考文獻(xiàn)

[1]尚華，王惠榮.太陽能光伏發(fā)電效率的影響因素[J].寧夏電力，2010 （5）.