超大光伏組件扛得住極端天氣嗎？

國(guó)家氣候中心監(jiān)測(cè)顯示，6月以來(lái)赤道中東太平洋海溫持續(xù)攀升，預(yù)計(jì)夏秋季將形成一次“強(qiáng)—超強(qiáng)厄爾尼諾事件”。極端天氣正從偶發(fā)變?yōu)槌B(tài)，也帶給光伏電站一道“必答題”。

入夏以來(lái)，極端天氣再度成為能源保供的重要挑戰(zhàn)之一。臺(tái)風(fēng)“美莎克”帶來(lái)的極端降水未歇，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“巴威”又直撲東南沿海。國(guó)家氣候中心監(jiān)測(cè)顯示，6月以來(lái)赤道中東太平洋海溫持續(xù)攀升，預(yù)計(jì)夏秋季將形成一次“強(qiáng)—超強(qiáng)厄爾尼諾事件”。極端天氣正從偶發(fā)變?yōu)槌B(tài)，也帶給光伏電站一道“必答題”。

作為光伏電站的核心發(fā)電單元，組件的結(jié)構(gòu)安全直接決定25年生命周期內(nèi)能否經(jīng)受住反復(fù)沖擊。而近年來(lái)版型越做越大的超大組件（2384毫米×1303毫米），究竟是降本“利器”，還是風(fēng)險(xiǎn)敞口？

極端天氣叩問(wèn)組件安全

極端天氣的頻率和強(qiáng)度變化日趨凸顯。中國(guó)氣象局公共氣象服務(wù)中心數(shù)據(jù)顯示，截至7月2日，今年西北太平洋和南海共有9個(gè)臺(tái)風(fēng)生成，較常年同期平均偏多5個(gè)；臺(tái)風(fēng)“巴威”短時(shí)間內(nèi)升級(jí)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，體型大、強(qiáng)度強(qiáng)、風(fēng)力極端、移動(dòng)速度快，威力遠(yuǎn)超平常臺(tái)風(fēng)。

極端天氣對(duì)光伏電站造成較大沖擊。2024年9月，臺(tái)風(fēng)“摩羯”以17級(jí)以上風(fēng)力（62米/秒）登陸海南文昌，成為1949年以來(lái)登陸我國(guó)的最強(qiáng)秋臺(tái)風(fēng)，海南、廣東多地光伏電站組件被吹飛、樁基傾倒。

更值得警惕的是，組件質(zhì)量底線正在經(jīng)受考驗(yàn)。國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局抽查顯示，2024年8月光伏組件合格率降至69.4%，較此前93%—94%的水平明顯下滑，不合格項(xiàng)集中在功率虛標(biāo)、機(jī)械載荷和動(dòng)態(tài)載荷不達(dá)標(biāo)，組件已被列為中風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)品。極端天氣增多與組件載荷能力下降相互疊加，風(fēng)險(xiǎn)被進(jìn)一步放大。

超大組件的抗風(fēng)能力尤其堪憂。全球第三方檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)TUV北德發(fā)布的《大尺寸&超大尺寸光伏組件載荷性能研究報(bào)告》顯示，超大組件（2380毫米×1300毫米）在風(fēng)速達(dá)45米/秒時(shí)即發(fā)生螺栓孔變形、組件損壞，而版型相對(duì)較小的組件（2260毫米×1130毫米）在風(fēng)速持續(xù)增至60米/秒時(shí)仍通過(guò)測(cè)試，后者雙面結(jié)構(gòu)剛度約為前者的1.3倍。45米/秒約相當(dāng)于14級(jí)臺(tái)風(fēng)，對(duì)東南沿海和西北“沙戈荒”等大風(fēng)頻發(fā)地區(qū)的電站而言，遭遇頻率更高。

尺寸膨脹的“七年軌跡”

組件尺寸的“膨脹”有其產(chǎn)業(yè)脈絡(luò)。直到2023年，阿特斯、東方日升、晶澳、晶科、隆基、天合、通威、一道、正泰9家頭部企業(yè)就組件尺寸達(dá)成共識(shí)，標(biāo)準(zhǔn)尺寸為2382毫米×1134毫米。

但“尺寸競(jìng)速”并未因此停止。目前，超大組件則將面積推至3.1平方米（2384毫米×1303毫米）甚至更大，面積相較于標(biāo)準(zhǔn)組件（2382毫米×1134毫米）增幅約15%，重量超過(guò)38kg。然而組件尺寸擴(kuò)大的同時(shí)，玻璃厚度多年保持不變，單玻一般使用3.2毫米厚度玻璃，雙玻使用2毫米+2毫米厚度玻璃。當(dāng)組件尺寸變大而玻璃厚度保持不變時(shí)，載荷風(fēng)險(xiǎn)隨之上升。

美國(guó)能源部與國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）曾在《持續(xù)變大的組件》報(bào)告中指出，組件變得更大、邊框更小更薄，組件本身從被保護(hù)對(duì)象變成承重構(gòu)件。更不容忽視的是，越來(lái)越多的光伏電站使用這些“大而軟的組件”后出現(xiàn)早期玻璃破裂的情況。

國(guó)際能源署光伏電力系統(tǒng)計(jì)劃（IEA PVPS）關(guān)于極端天氣影響的報(bào)告同樣明確指出，新型大尺寸組件尺寸已達(dá)2300毫米×1300毫米，而且通常不針對(duì)重雪載荷進(jìn)行加固，現(xiàn)行認(rèn)證測(cè)試未能覆蓋風(fēng)雪載荷與低溫耦合，這些因素會(huì)加劇電池開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

美國(guó)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室RETC的組件指數(shù)報(bào)告也顯示，玻璃組件自發(fā)破裂是影響當(dāng)今組件可靠性的首要問(wèn)題，其中超大組件是導(dǎo)致破裂的重要因素之一。太陽(yáng)能項(xiàng)目保險(xiǎn)公司連續(xù)多年發(fā)布《太陽(yáng)能風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估》，多次提出“隨著組件版型變大、玻璃變薄、邊框與背板結(jié)構(gòu)變化，冰雹風(fēng)險(xiǎn)正在加劇”。

版型優(yōu)劣須實(shí)測(cè)作答

組件版型之爭(zhēng)，本質(zhì)上是光伏產(chǎn)業(yè)從規(guī)模擴(kuò)張邁向高質(zhì)量發(fā)展進(jìn)程中，關(guān)于降本與可靠如何平衡的一次集體求解。

組件尺寸增大帶來(lái)的降本效應(yīng)存在邊際條件。晶澳科技早在2021年“尺寸之爭(zhēng)”白熱化時(shí)就曾表示，組件尺寸適當(dāng)增加有助于降低系統(tǒng)成本，但有邊際條件。隨著尺寸繼續(xù)增大，成本下降趨勢(shì)趨緩，反而帶來(lái)機(jī)械載荷、隱裂等可靠性風(fēng)險(xiǎn)。

國(guó)泰君安證券研究所也曾指出，硅片尺寸的換代由成本決定，一旦新一代產(chǎn)品的成本優(yōu)勢(shì)不再，迭代動(dòng)力自然衰竭，而安全性正是這條成本曲線中最不能省略的變量。光伏電站是25年周期的資產(chǎn)，一場(chǎng)臺(tái)風(fēng)、一場(chǎng)暴雪造成的資產(chǎn)損失與發(fā)電量折損，足以吞噬尺寸膨脹省下的全部成本。

中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)持續(xù)推動(dòng)組件尺寸標(biāo)準(zhǔn)化工作。2021年，在《M10系列組件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的共識(shí)》中，將相關(guān)尺寸定義為標(biāo)準(zhǔn)尺寸。基于210的中版型、大版型組件外形尺寸及安裝孔距離已正式納入中國(guó)光伏協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)際半導(dǎo)體協(xié)會(huì)SEMI標(biāo)準(zhǔn)。

今年5月，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)發(fā)布強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《光伏組件安全要求》和《光伏組件銘牌標(biāo)識(shí)要求》，將于明年6月1日起正式實(shí)施。其中規(guī)定光伏組件的電氣安全、機(jī)械安全、防火安全、有害物質(zhì)限制等要求，對(duì)組件機(jī)械載荷、邊框強(qiáng)度提出強(qiáng)制性要求。

從2256毫米×1133毫米到2382毫米×1134毫米，光伏組件尺寸的每一次躍遷，最終都由市場(chǎng)做出選擇。版型孰優(yōu)孰劣，看的是安全性、可靠性的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以及光伏電站25年運(yùn)行的真實(shí)表現(xiàn)。

文丨本報(bào)記者 董梓童

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出品 | 中國(guó)能源報(bào)（cnenergy）

責(zé)編丨李慧穎