淺析影響西部光伏電站“壽命”的因素

鄧偉華

摘 要：因我國西北地區人口密度較小、戈壁沙漠等閑置土地較多，所以大型光伏發電廠大部分都建在西北地區，西北地區自然環境的特點是沙塵天氣多、晝夜溫差大，因此自然環境對光伏電站“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有所了解和幫助。

關鍵詞：影響；光伏電站；壽命；因素

太陽是一個巨大無盡的潔凈能源中心，據科學家推算，在太陽內部進行的由“氫”到“氦”核聚變反應已經持續了幾十億年，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于燃燒大約500萬噸煤釋放的熱量。地球上的風能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質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、光電的直接轉換。開發利用太陽能，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國時期就知道利用四面鏡聚焦太陽光來點火，利用太陽能來干燥農副產品。發展到現代，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發電和壽命的七個主要因素，這七個因素，有自然環境層面的，有技術層面的，也有市場層面的問題。

1 溫度對光伏發電的影響

對于這個問題雖然好多人都有認識，但是沒有引起足夠的重視，有很多發電部門或者行業對這個問題至少引起的重視還不夠。實際上單晶硅和多晶硅的溫度系數都是0.35%～0.45%之間，根據測算，按照這個公式計算，一個30瓦的標準板，現在所謂并網的標準板在環境溫度20度左右的時候，板溫一般是25度左右，甚至更高一些，這樣每個板上的總值大概接近4伏的電壓，這個數字還是比較大的，就是在中午時分。在光伏發電量最大的時候，中午時分反而是效率最低的，所以，陽光最好的時候，發電效率反而是比較低的，這是一個問題，在系統設置過程中要充分的考慮到。

2 粉塵對光伏發電的影響

中國的西北部地區是經常遭受沙塵暴襲擾的地區，即便是在晴朗的天空，沒有沙塵暴的天氣，將近20幾天的時間，光伏板上自然的降塵就影響發電的15%～20%，這個影響是比較大的。在沙塵天氣一場沙塵就會影響到大約30%至40%，粉塵對光伏電池板發電的影響是重大的。最近有人關注熱發電，熱發電是反射，粉塵對熱發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，都會有同樣的問題。

對太陽能電池板的清洗一直是困擾光伏發電的一個問題，有很多人認為，可以直接用水去沖洗，實際上這個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，問題就來了，其一是沒有水，當地水特別缺，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。我們做了一個測試，以45瓦板子的功率為例，最早的原始數據拿45瓦來說，這是峰值功率的情況，其后衰減的情況也不一樣，有的特別嚴重，有的不是特別嚴重。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，一個月就達到15%，后面趨于相對穩定的狀況。這個衰減我們觀察了兩個問題，一個是電池片本身性能衰減，一個是玻璃表面形成了水垢導致玻璃透過的影響，所謂的水垢具體成分是什么，我們也不是很清楚，但是有一點是肯定的，就是沙塵和降雨形成混合物以后，經過幾天時間，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，清除時困難一些。組件內部的電池脫焊是導致組件徹底報廢的原因，包括在以前光伏電站中也出現這樣的問題，生產廠家焊接的過程當中出現一些偶然的焊接過程中問題，導致在光伏組件運營過程當中，出現一系列的故障，用了若干年以后，比如說像這個焊片，焊的時候可能沒有焊好，再加上光伏組件電流比較大，這個地方就脫焊，最后導致電池報廢。

更多電池組件出現問題的是熱脹冷縮，電池片和電池片之間是用銅帶連在一起的，這個銅帶在西部地區每天進行一次熱脹冷縮，甚至不止一次，白天的時候即便在冬天，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，焊帶就會出現斷裂了。斷裂了以后還很難發現，板子不工作了，你也找不到原因，要很仔細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，有很多的科研報告提供正偏差的光伏組件，實際上有一些組件參差不齊，要求是5%到3%，但是實際的比這個要大一些。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，就導致這20片電池輸出性能都會受到影響，這個就是常說的木桶效應吧。

5 線路損耗

由于光伏發電場地較大，輸電電流較大，線路較長，在設計導線的時候，很多設計都是按照安全電流做的設計，這種情況是不合理的，沒有考慮到電路的損耗，大部分情況下這個損耗很大，很多設計損耗都在7%～8%。

6 光伏組件熱斑問題

這個與光伏組件有關系，也與逆變器有關系，熱斑問題有兩個形成的原因，一個是遮蔭，一個是光伏組件本身過熱出現的問題，熱斑帶來的危害是非常突出的，有時板子中心區的溫度接近50度了，其他的板子都處在差不多的另一溫度，這個是早上9點鐘左右做的測試，這個逆變器沒有啟動起來，不知道是什么原因，當逆變器啟動以后這個熱斑就沒有了，逆變器沒有啟動的時候，這個熱斑就出現了。這個熱斑會影響整個電池串的輸出。

7 基礎和支架

有很多混凝土支架，采用不同的設計方式，對于不同的地面，支架要求不一樣。在中國西部，做支架要考慮到風沙的流失，有的光伏電站，當初建的時候很好，沒有問題，但隨著風吹日曬，時間長了把支架下面的沙吹跑了，整個基礎就下沉，一般采用條形樁，就是為抑制這種現象的發生。前幾年為了加強建設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電廠大部分都建在西北地區，受西北地區自然環境的影響，特別是沙塵天氣多、晝夜溫差大兩大因素的影響，光伏電站的運行“壽命”會大打折扣。另外，一些技術層面的因素，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

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