光伏電站典型風險分析

摘 要：通過分析近千份光伏電站的現場技術服務報告，從外觀缺陷、遮擋缺陷、內部缺陷3個方面對光伏組件缺陷進行統計，并對造成缺陷的原因進行分析；分析造成光伏電站典型風險的原因，并針對典型風險提出一站式解決方案，該解決方案包括檢測技術服務、整改方案提出及實施、整改效果評估等，通過采用該解決方案可確保光伏電站安全隱患的消除或降低及發電能力的提升。

關鍵詞：光伏電站；典型風險；光伏組件缺陷；火災；發電量

中圖分類號：TM615 文獻標志碼：A

收稿日期：2024-02-26

通信作者：李賽（1986—），男，碩士、工程師，主要從事光儲電站檢測方面的工作。417245129@qq.com

0" 引言

根據國家能源局數據，截至2023年底，中國太陽能發電裝機容量約為6.1億kW，同比增長55.2%[1]，其中，光伏發電占據較大比重。在國家相關政策的扶持下，近年來中國光伏發電得到了快速發展，但隨著存量光伏電站的數量也在不斷增加，很多光伏電站出現了光伏組件發電效率低下的情況。針對這種情況，對光伏電站進行性能檢測和發電效率低下原因分析顯得尤為重要。寧夏國信檢研科技有限公司針對光伏電站的現場技術服務業務已覆蓋中國31個省級行政區域，服務過的光伏電站總裝機容量超過30 GW，本文通過分析收集的近千份光伏電站的現場技術服務報告，從外觀缺陷、遮擋缺陷、內部缺陷3個方面對光伏組件缺陷進行統計，并對造成缺陷的原因進行分析；此外，分析造成光伏電站典型風險的原因，并提出典型風險解決方案。

1" 光伏電站技術服務數據

光伏組件作為光伏電站的核心部件，其運行狀態直接影響光伏電站的發電量，根據近千份光伏電站的現場技術服務報告，下文從光伏組件外觀缺陷、遮擋造成的光伏組件缺陷（下文簡稱為“光伏組件遮擋缺陷”）、光伏組件內部缺陷等方面對光伏組件缺陷進行統計分析。

1.1" 光伏組件外觀缺陷

現場檢查光伏組件時的抽檢比例通常在5%左右，根據統計結果，檢查的光伏組件總數量約為500萬塊，其中，存在外觀缺陷的光伏組件共8290塊，占光伏組件總數量的0.17%。對光伏組件的外觀缺陷類別進行統計，統計結果如表1所示。表中，“占比”是指某類缺陷光伏組件占缺陷光伏組件總數量的比例，EVA為乙烯-醏酸乙烯酯共聚物。

從表1可以看出：光伏組件背板劃傷或正面劃傷的占比最大，約為65%，此類缺陷主要是由施工時安裝不當所致；光伏玻璃破損的占比次之，約為14%，此類缺陷主要是由人為破壞和光伏組件運行過程中受力、受熱不均所致；蝸牛紋的占比約為6%，其是指內部存在隱裂、碎片的光伏組件經過3～5年運行后在外觀上表現出的一種現象，此類缺陷主要是由光伏組件生產、運輸及光伏電站施工時質量不達標所致；光伏組件各類元器件問題，包括接線盒、邊框、太陽電池、焊帶、EVA膜、背板、匯流條等存在的問題，其總占比約為10%，造成此類缺陷的主要原因是產品本身存在質量問題。

1.2" 光伏組件遮擋缺陷

現場檢查光伏組件時的抽檢比例通常在5%左右，根據統計結果，檢查的光伏組件總數量約為500萬塊，其中，存在遮擋缺陷的光伏組件共9280塊，占光伏組件總數量的0.19%。對光伏組件的遮擋缺陷類別進行統計，統計結果如表2所示。表中，“占比”是指某類缺陷光伏組件占缺陷光伏組件總數量的比例。

從表2可以看出：雜草遮擋和鳥糞遮擋屬于最為常見的遮擋缺陷，總占比約為36%，此類缺陷主要是由光伏電站運維不及時所致；而其他遮擋缺陷，比如：旗桿、水箱、女兒墻、電桿、電線，樹木、圍欄造成的遮擋的總占比約為64%，此類遮擋大多在光伏電站建設過程中就已經存在，而后期運維時也無法將遮擋物移除，因此，如何將這類遮擋造成的光伏組件安全隱患及發電量損失降低到最低，是目前光伏行業急需解決的難點。

1.3" 光伏組件內部缺陷

現場檢查光伏組件時的抽檢比例通常在0.25%左右，根據統計結果，檢查的光伏組件總數量約為26.5萬塊，其中，存在內部缺陷的光伏組件共29930塊，占光伏組件總數量的11.32%。對光伏組件的內部缺陷類別進行統計，統計結果如表3所示。表中，“占比”是指某類缺陷光伏組件占缺陷光伏組件總數量的比例。

從表3可以看出：隱裂、碎片、缺角的占比約為81%，此類缺陷主要是由光伏組件生產、運輸及光伏電站施工時質量不達標所致；而虛焊、混檔、斷柵、工藝污染、接線盒故障、黑心片、黑邊等缺陷的占比約19%，此類缺陷主要是由產品本身質量問題所致。

統計發現：在所有檢測的光伏電站類型中，屋頂分布式光伏電站存在內部缺陷的光伏組件占比最高，均值約為44%，主要是因為當光伏組件采用平鋪安裝方式，且無運維檢修通道的情況下，光伏電站運維過程中踩踏光伏組件的現象就很常見，極易造成光伏組件內部缺陷；截至2023年底，檢測到的最嚴重的屋頂分布式光伏電站的內部缺陷光伏組件占比達100%。水面光伏電站的內部缺陷光伏組件占比次之，均值約為15%，相比于地面光伏電站，水面光伏電站的安裝難度更大，光伏組件受到的損傷也相對較大。地面光伏電站的內部缺陷光伏組件占比最小，均值約為10%，基本屬于正常水平。

2" 光伏電站典型風險

本文從安全性和經濟性兩方面對光伏電站面臨的典型風險進行分析。其中，安全性風險主要針對火災，經濟性風險主要針對光伏電站發電量不達標進行分析。

2.1" 火災

2.1.1" 光伏電站火災后現場

由于光伏電站在建設過程中存在質量良莠不齊的情況，導致火災事故頻發。在現場技術服務過程中遇到了一些發生過火災的光伏電站，其中包括屋頂分布式光伏電站和山地光伏電站，這些光伏電站火災后的照片如圖1所示。

2.1.2" 火災主要原因分析

受光伏電站方委托，對起火光伏電站的火災原因進行了深入調查分析后，發現火災主要原因包括：1） 光伏組件存在熱斑、接線盒發熱異常；2） 施工質量不達標；3） 運維不及時。

1）光伏組件存在熱斑、接線盒發熱異常。光伏組件熱斑及接線盒發熱異常圖如圖2所示。

從圖2可以看出：光伏組件熱斑處的溫度高達208.6 ℃，接線盒發熱異常處的溫度高達139.6 ℃；而干草的燃點為130～250 ℃，對于山地光伏電站而言，光伏組件長期處于此種溫度下，極易引燃干草而發生火災。此外，光伏組件長期處于熱斑或接線盒長期處于高溫狀態下，均易發生自爆，從而引起火災。

2） 施工質量不達標。因施工質量不達標出現的線纜虛接發熱、布線凌亂、線纜絕緣皮發熱熔化、線纜絕緣皮破損等現象，極易發生設備短路，從而引起火災。幾種光伏電站施工質量不達標情況如圖3所示。

3） 運維不及時。由于運維不及時，會出現逆變器或光伏組件被雜草嚴重遮擋的現象，一旦逆變器或光伏組件因此出現發熱故障，很容易引燃干草從而導致火災。運維不及時造成的逆變器或光伏組件遮擋情況如圖4所示。

2.2" 發電量不達標

若光伏電站發電量不達標，則會嚴重影響其收益。通過分析近千份光伏電站的現場技術服務報告發現，發電量不達標的主要原因包括：1）光伏組件遮擋嚴重；2） 光伏組件的電勢誘導衰減（PID）效應嚴重；3） 光伏組件灰塵損失嚴重[2-3]。

1）光伏組件組件遮擋嚴重。寧夏國信檢研科技有限公司的檢測團隊進行了光伏組件遮擋實驗，當太陽電池面積被遮擋達到50%時，遮擋位置的溫度高達178.1 ℃，遮擋10 min后，背板出現燒焦現象，具體如圖5所示。

通過監測平臺得到圖5所示的異常光伏組串及無遮擋的正常光伏組串的輸出功率數據，并測試被遮擋光伏組件及正常光伏組件的正面溫度，測試結果如表4所示。

由表4可知：遮擋瞬間光伏組串的輸出功率損失高達25.13%，遮擋10 min后光伏組串輸出功率損失值為9.86%，由此可知，光伏組件遮擋對其發電量的影響很大。

2） 光伏組件的PID效應嚴重。PID效應會造成光伏組件輸出功率衰減，某已并網運行10年的光伏電站光伏組件輸出功率衰減嚴重，對光伏組件性能進行檢測，檢測結果顯示，該光伏電站的光伏組件存在嚴重的PID效應。PID效應嚴重的光伏組件的電致發光（EL）圖如圖6所示。

由圖6可知：PID效應會造成輸出功率衰減，且輸出功率衰減率普遍在49%左右，嚴重的甚至能達到60%以上。

光伏組件作為光伏電站的核心部件，當其功率出現嚴重衰減時，無法保證光伏電站的發電量。造成PID效應的因素一般可以從光伏接地系統、光伏組件、環境3個方面來分析。①光伏接地系統方面，當光伏接地系統承受負偏壓時，隨著偏置電壓的升高，太陽電池中載流子的運動也隨之加快，從而使漏電流不斷增大，最終導致PID效應的發生。②光伏組件方面，太陽電池擴散工藝中摻雜濃度不一致，會導致太陽電池的某些區域摻雜濃度過高或過低，影響太陽電池的整體性能和光電轉換效率；?摻雜深度不一致會導致太陽電池的局部電場分布不均，影響電荷的收集和傳輸，從而影響太陽電池的光電轉換效率；此外，減反射層的厚度及制備方法等原因也會促使PID效應產生。③環境方面，高溫環境易導致半導體的反向飽和電流密度迅速增大，使漏電流增大；且高濕環境會加速EVA酯鍵的分解，加快Na+的產生，從而加速光伏組件發生PID效應[4]。

3）光伏組件灰塵損失嚴重。灰塵嚴重遮擋的光伏組件照片如圖7所示，圖中所示光伏電站全站的光伏組件均存在這種灰塵嚴重遮擋的情況，導致整個光伏電站的輸出功率為0 W，無法發電，造成這種情況的主要原因是缺乏運維。

3" 典型風險解決方案

針對上述典型風險，本文提出一站式技術解決方案，包括檢測技術服務、整改方案提出及實施、整改效果評估等環節，確保技術服務完成后光伏電站達到安全隱患消除和發電能力提升的效果。解決方案實施過程中，首先技術服務團隊會多次進入光伏電站，對其進行現場勘察，初步了解光伏電站的地理位置、周圍環境，對所有電氣構件進行影像定位，形成受檢光伏電站全貌信息導航平臺；然后收集與光伏電站發電量有關的數據，比如：裝機容量、歷年發電量數據、當地氣象數據、各電氣構件的歷史運行數據等，確定光伏電站內各區域發電能力差異情況；最后，通過咨詢光伏電站方，深入了解光伏電站的運維現狀、運維難點及檢測需求。

根據現場勘察、數據核查、咨詢調查階段所收集到的待檢光伏電站的性能特點及光伏電站方的需求，開展技術檢測，對重點電氣構件（光伏組件、逆變器等）進行就地電性能精準檢測，找出發電量提升點。同時，對光伏電站火災風險進行重點排查，通過對周邊環境勘察，主要設備的外觀、紅外檢查，在電氣構件定位時進行標注，找出火災風險點。針對找出的風險點，技術服務團隊會進行分析評估然后制定切實可行的整改方案以消除或降低火災風險。

4" 結論

本文通過分析近千份光伏電站的現場技術服務報告，從外觀缺陷、遮擋缺陷、內部缺陷3個方面對光伏組件缺陷進行了統計，并對造成缺陷的原因進行了分析；分析了造成光伏電站典型風險的原因，并針對典型風險提出一站式解決方案。該解決方案包括檢測技術服務、整改方案提出及實施、整改效果評估等內容，通過采用該解決方案可確保光伏電站安全隱患的消除或降低及發電能力的提升。

[參考文獻]

[1] 國家能源局. 國家能源局發布2023年全國電力工業統計數據[EB/OL].（2024-01-26）.https：//www.nea.gov.cn/2024-01/26/c_1310762246.htm.

[2] 王書平. 屋頂分布式光伏電站發電量影響因素分析[J].電力安全技術，2023，25（12）：17-20.

[3] 徐偉，孫后中，劉振領.光伏發電量影響因素分析與管理提升[J].農村電工，2023，31（7）：29-30.

[4] 王新剛. 光伏組件功率衰減影響因素研究進展[J].應用能源技術，2018（12）：42-44.

analysis of Typical risk IN PV power station

Li Sai，Wang Bingnan，Zhang Yanjun，Du Chen

（Ningxia Guoxin inspection amp; research Co.，Ltd，Yinchuan 750021，China）

Abstract：This paper analyzes nearly a thousand on-site technical service reports of PV power stations，and statistically analyzes the defects of PV modules from three aspects： appearance defects，shading defects，and internal defects，and analyzes the causes of the defects. Analyze the causes of typical risks in PV power stations，and propose a one-stop solution for typical risks，including detection technology services，proposal and implementation of rectification plans，and evaluation of rectification effects. By adopting this solution，the elimination or reduction of safety hazards in PV power stations and the improvement of power generation capacity can be ensured.

Keywords：PV power station；typical risks；defects of PV modules；fire；electricity generation capacity