光伏背板户外典型失效与加速老化测试研究

光伏背板户外典型失效与加速老化测试研究胡红杰杜邦光伏解决方案2016年9月21日2016年杜邦光伏解决方案网络研讨会Copyright©DuPont2016.Allrightsreserved.持久价值长远思考所带来的价值度电成本（LCOE）：衡量收益更好的方式系统总成本/寿命周期总发电量=度电成本$/kWh度电成本（LCOE）提供了更准确的成本和现金流计算方式考虑初始成本之外的成本:从每瓦成本$/WATT转换为度电成本$/kWh只能运行10年光伏系统的度电成本（LCOE）是持续运行25年两倍延长系统使用年限从10可帮助投资回报增加年2530%DuPontConfidential3Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.平均发电成本(LCOE)是衡量综合成本的最好标准LCOE平均发电成本系统效率系统寿命辐照量年衰减遮挡/阴影弱光发电性能部件失效÷组件安装运维融资SystemRevenue系统收入内部收益率IRRSystemCost系统安装成本LifetimePowerOutput总体电力输出•SystemEfficiency•SystemLife•Insolation•AnnualDegradation•Shading•Low-lightperformance•Componentfailures•Modules•BoS•O&M•Financing系统成本组件成本+建置成本+运维成本LCOE==总电力输出使用寿命*组件年均电力输出*系统效率DuPontConfidential4Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.当前认可测试的局限及户外研究的必要性当前认证测试的局限：仅用来评价组件设计初期可靠性，无关耐久性和使用寿命；多为单项应力测试，无法表现综合与协同效应；单个组件仅需通过一项老化测试；非通电条件下测试。测试标准低或缺失，如紫外、风沙磨损等。组件的封装系统为其提供绝缘保护，其自身需要耐受各种外部环境应力长期化学和物理老化；组件内部电池片和电路材料需要耐受机械应力以及内部电场和迁移到组件内部湿气、氧气、离子共同作用的电化学腐蚀开展光伏组件的户外实证研究和序列老化测试十分必要DuPontConfidential5Operatingon3continentsCollectingdataonmodulesspanningover30years杜邦在全球开展户外组件研究项目AlexBradley博士在2011年，杜邦启动一项全球性的光伏组件研究，涵盖不同地区及气候范围。研究重点为可靠性与其它影响组件完整性的问题。5Copyright©DuPont2016.Allrightsreserved.DuPontConfidential6Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.杜邦户外组件研究项目未检测到失效,59%封装材料,4%背板,9%电池,24%玻璃,2%失配,1%其他,1%目测检验中各组分对应的失效比例组件材料可视缺陷玻璃•破裂•腐蚀•雾度增大封装材料•变黄•分层电池/电连接•腐蚀•热斑•电连接受损•蜗牛纹•隐裂•焦斑背板•开裂•变黄•分层IEEEPVSC(NewOrleans,2015,A.Bradleyetal)•已经在北美、欧洲和亚洲检验了超过60个光伏项目•安装时间0-30年•涵盖了超过45家组件制造商的产品41%的所检查的组件存在外观缺陷，上述发现与BP和SunPower的数据相符DuPontConfidential7Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.光伏电站外观失效检测结果汇总背板外观问题Source:DuPontFieldModuleProgram,whichanalyzed60globalinstallationsNote:AllpercentagenumbersarebasedonMW*PVF(PolyvinylFluoride),PVDF(PolyvinylideneFluoride)PET(PolyethyleneTerephthalate),FEVE(FluorinatedEthyleneVinylEther)Backsheet22%Cell59%Encapsulant10%Glass5%Mismatch2%Others2%组件外观问题*PVDF58%PET30%FEVE11%Tedlar®(PVF)1%Others1%DuPontConfidential8Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.劣质材料引起组件失效加速功率衰减（耐久性）(Durability)严重功率衰减（可靠性）(Reliability)安全性失效/风险SafetyFailure/Risk焊带断裂电池片开裂电池片腐蚀前板玻璃脱层封装材料变黄电池片热斑背板脱层背板失效引起的电池腐蚀Source:NREL,DuPont组件边框结构失效DuPontConfidential9Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.与EVA或接线盒脱层层间脱层开裂发黄绝缘失效时间功率可靠性功率时间耐久性安全人员损伤品牌受损影响销售质保索赔增加投资成本背板失效组件失效潜在影响背板材料和组件失效模式DuPontConfidential10Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.不同背板户外失效类型Polyethlene聚乙烯背板断层和开裂户外老化21年欧洲PVDF偏氟乙烯背板黄变热斑处起泡起泡和开裂户外老化2年美国沙漠地区PET聚酯背板黄变、开裂和脱层开裂黄变户外老化12年日本户外老化4年欧洲FEVE氟涂料背板脱层与燃烧4年户外中国/美国DuPontConfidential11Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.•北美4个光伏系统，地面安装•2011年安装，户外运行4年•PVDF背板外层PVDF薄膜发生开裂和剥落•PVDF薄膜开裂方向为纵向•4个系统中PVDF背板发生该失效比例为21%~85%PVDF薄膜背板户外大比例应力开裂背板外层PVDF薄膜纵向开裂背板外层PVDF薄膜脱层完全剥落DuPontConfidential12Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.“...我们不会推荐任何组件厂商，如果它的组件采用的背板材料有过发黄的先例.”FelixHolz德意志银行(2013年10月)PVDF背板材料内层在户外2年后发黄户外失效案例:PVDF背板在各类环境均出现内层发黄组件背板内层观测到发黄现象:多个国家(中国，比利时，西班牙，美国和德国……)组件户外使用时间少于5年5个不同的组件生产商背板黄变说明聚合物已发生老化降解，意味着组件存在失效和安全隐患DuPontConfidential13Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.户外失效案例:PVDF背板开裂起泡屋顶安装服役2年组件（西班牙)PVDF背板受热开裂Copyright©DuPont2016.Allrightsreserved.江苏滩涂电站5年PVDF背板起泡（非热斑导致）功率衰减11%-14.7%PVDF背板起泡DuPontConfidential14Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.户外失效案例:PET聚酯背板户外4年出现严重开裂•安装于西班牙，湿热气候•2.3MW组件，两种组件类型，户外使用4年•所有PET聚酯背板都出现开裂，开裂沿焊带方向•一些组件未通过湿漏电测试•电站所有者无法获得更换的组件背板开裂会导致组件失效和安全风险DuPontConfidential15Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.西藏9年组件，PET背板内层严重黄变西藏9年组件，PET背板空气面严重粉化户外失效案例:PET背板西藏9年严重黄变和粉化PET背板西藏9年减薄21微米电池间隙处背板中间层PET分子量从19100降低至12000，显著降解Copyright©DuPont2016.Allrightsreserved.DuPontConfidential16Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.•中国•组件安装于2012年•2013年发现微小开裂•2016年发现开裂变大•欧洲•组件安装于2012年，检测于2015年•微小开裂，大裂纹，脱层，水汽侵入导致腐蚀•漏电导致逆变器跳闸户外失效案例:PA背板大规模开裂Cracks户外一年户外四年户外三年DuPontConfidential17Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.户外失效案例:FEVE涂料背板剥落户外3年，美国新泽西州，400kW光伏阵列背板外层FEVE涂层变脆和腐蚀，FEVE涂层沿焊带剥落可能的原因包括冷热应力以及湿热老化后粘接力下降DuPontConfidential18Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.Source:DuPont,various35年25年10年基于杜邦TM特能®PVF薄膜的背板是唯一拥有30年以上长期户外实绩验证的背板材料自1978年起，基于杜邦™特能®PVF薄膜的背板就开始使用在光伏组件中光伏组件25年质保要求PET聚酯PVDF尼龙耐水解PETFEVE涂料DuPontConfidential19Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.户外15年,93.0%功率户外23年,93.9%功率户外23年,86.9%功率237北京451户外20年,92.3%功率户外17years,86.7%功率户外27年,~90%功率户外11年,92.5%功率68户外18年,88.2%功率9荒漠/高原上海亚热带/热带大陆性气候0.33%0.66%0.47%0.78%0.39%0.27%0.68%0.57%使用基于特能®（PVF）薄膜的背板的组件经受各类气候长期考验户外14年DuPontConfidential20Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.背板，小组件，大组件ASTMG155或SAEJ1960中的老化测试方案背板或小组件综合考虑紫外和降雨，是商业可用测试仪器的常用老化测试条件。综合考虑户外的重要应力,适用于背板，小组件或者大组件测试，是我们的最优推荐。综合考虑了户外的两种重要应力，测试时间更短，不需昂贵的紫外测试设备。适用于大组件或小组件（用PCT替代DH）测试。DH/TC用于评估大组件中的背板开裂PCT/TC用于评估小组件中的背板开裂序列老化测试方案推荐基本原理DuPontConfidential21Copyright©2016DuPont.Allrightsreserved.涵盖了户外最主要的应力条件，适用于背板、小组件和全尺寸组件，UVA照射背板空气面杜邦推荐的序列老化测试方法DH/UVA/1x(TC/UVA)DH/UVA/2x(TC/UVA)DH/UVA/3x(TC/UVA)时长22周等效于户外12年组件背面紫外辐照剂量时长32周等效于户外18年组件背面紫外辐照剂量时长42周等效于户外24年组件背面紫外辐照剂量6weeks6weeks4weeks6weeks6weeks6weeks4weeks6weeks4weeks6weeks6weeks6weeks4weeks6weeks4weeks6weeks4weeks6weeks与户外条件相关性•DH100025年一个循环已足够•UVA1000~6年每个循环检查是否有失效；三个循环等效户外18年组件背面紫外辐照剂量DuPontConfidential22组件序列老化测试-PVDF开裂，PET发黄序列