【DNV GL】2019 年光伏组件可靠性计分卡

MAKE DATA MATTER. 2019 光伏组件 可靠性计分卡 第五版 合作对象 让数据变得重要PV EVOLUTION LABS 撰稿人 作者 Kenneth Sauer ， 高级光伏工程师 Adam Gushansky ， 项目经理 Emily te Amo ， 销售运营分析师 Tori Clifford ， 市场部负责人 Tara Doyle 首席商务官 tara.doylepvel.com Ryan Desharnais 首席技术官 ryan.desharnaispvel.com Tristan Erion-Lorico 光伏组件业务负责人 tristan.erion-loricopvel.com 关于 PV Evolution Labs PV Evolution Labs PVEL 是家全球领先的光伏组件可靠性和性能测试实验室 ， 服务下游太阳能项目开发商 、 金融家 、 资产方和运营商 。 凭借近十年的经验和数据的积累 ， PVEL 提供能评估太阳能技术可融资性的测试。 其值得信赖的独立报告通过数据驱动 、 可量化的指标 取代有关太阳能设备性能的假设 ， 从而实现高效的太阳能项目开发和融资。 PVEL 关联所有主要的光伏和存储制造商 ， 在全球拥有 300 多个下游合作伙伴 ， 代表着超过 30 千兆瓦的年购买力。 PVEL 的使命是通过 生成有效的数据来支持全球光伏下游买家社区 ， 加速采用太阳能技术。 访问 pvel.com 了解更多信息。让数据变得更重要 目录 第 1 部分 简介 前言 首席执行官的来信 . 5 年度光伏装置和光伏组件每瓦价格 6 第 2 部分 光伏组件可靠性 现场的可靠性问题. 8 光伏组件测试 9 第 3 部分 测试结果 光伏组件产品认证计划 PQP 方法论 11 2018 PVEL PQP 12 结果概览 13 热循环 . 14 湿热. 16 动态机械负载序列 18 PID . 19 历史计分卡 23 工厂所在地 .24 第 4 部分 案例研究 产品认证程序失败 .26 了解您的物料清单 BOM .28 第 5 部分 结论 采购最佳实践30 结论 31简介 第 1 部分2019 光伏组件可靠性计分卡 | PVEL 前言 首席执行官的来信 自 2010 年 PV Evolution Labs PVEL 成立以来 ， 全球太阳能市场发生了翻天覆地的变化 。 我们的行业打破了一 个又一个纪录 光伏总装机容量增长了十倍 ， 规模超过 400 GW 。 全球几家最大太阳能发电厂的规模现已超过 1 GW。依 照 DNV GL 的能源转型前景展望 ， 到 2023 年 ， 预计年太阳能装机容量将达到 1 TW 。 全球金融行业认可太阳能是一项安全可靠的投资 ， 这推动了过去十年的增长 。 在我们向无补贴市场的过渡过程 中 ， 机构融资仍然至关重要 。 要使太阳能对全球能源结构作出实质性的贡献 ， 其价格必须持续保持螺旋式下降 ， 同时必须增强对可靠光伏技术的信心 。 PVEL 本身已在该行业经历了近十年的快速增长 作为 PV Evolution Labs 运营了四年 ， 2014 年被 DNV GL 收 购 ， 而近期 ， 即今年 1 月以独立公司重新运营 。 我们继续与 DNV GL 密切合作 ， 致力于帮助光伏设备买家更好地 了解产品的可靠性和性能 。 当前 ， 对太阳能光伏设备进行全面的独立测试 ， 从而构建对高性价比 、 高性能光伏设备的信心 ， 这比以往任何时 候都更加重要 。 自成立以来 ， PVEL 就努力以创新的技术尽职调查和可融资性测试 ， 帮助开发商和更广泛的光伏 设备购买群体获得可靠的融资 。 从这个行业的很多数据中得出的一系列有关设备或系统的说法是互相矛盾 ， 但 是 PVEL 仅专注于关键的数据 。 我们提供独立 、 全面 、 相关且透明的数据 ， 帮助制造商验证声明 、 使开发商优化财 务状况 ， 以及让贷款人将风险降到最低程度 。 PVEL 的光伏组件可靠性计分卡报告第 5 版说明 ， 对光伏设备的彻底审查仍然至关重要 。 微小的产品材料或结构 变化都会导致意想不到的可靠性问题 。 新的电池技术会带来新的性能衰减形式 。 技术进步可能会降低太阳能的 成本 ， 但广泛的部署需要资金支持 。 只有在可量化的情况下 ， 绩效收益才能获得资金支持 。 通过最新的光伏组件可靠性计分卡报告 ， 产品性能和可靠性变得透明 ， 从而支持全球的战略性光伏组件采购 。 我 们很高兴与我们的计分卡合作伙伴 DNV GL 一起发布今年的报告 。 JENYA MEYDBRAY 首席执行官 PV Evolution Labs PVEL DNV GL 很高兴能继续支持光伏组件可靠性计分卡 。 在过去的五年中 ， 计分卡已经确定了 太阳能投资者和开发商在技术尽职调查中最需要的数据 ， 帮助其了解购买策略 。 凭借最 新的计分卡 ， PVEL 继续提供独立的测试 、 数据和报告 ， 指导战略采购并最大限度地降低技 术风险 。 DITLEV ENGEL 首席执行官, DNV GL – 能源 “PVEL | 2019 光伏组件可靠性计分卡 全世界装机 太阳能 光伏发电 容量的 75 运行尚未到五年 仅仅十年 ， 光伏组件的 平均价格 下降了 90 证明当今光伏组件将可靠运行数十年的 长期现场数据尚不存在 。 年度光伏装置 GW 平均光伏组件价格 （ 美元/ 瓦特直流 ） 17 GW 1.88/瓦特 31 GW 1.41/瓦特 30 GW 0.84/瓦特 37 GW 0.66/瓦特 39 GW 51 GW 76 GW 99 GW 107 GW 138 GW 0.63/瓦特 0.57/瓦特 0.49/瓦特 0.35/瓦特 0.30/瓦特 0.22/瓦特 资料来源 IEA PVPS, NREL, Greentech Media/Wood Mackenzie, IRENA 5 17 GW 2.15/瓦特 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019光伏组件可靠性 第 2 部分 平均光伏组件价格 （ 美元/ 瓦特直流 ）PVEL | 2019 光伏组件可靠性计分卡 现场的可靠性问题 组件失效模式和老化机制 光伏组件在整个使用寿命期间都容易受到多种失效模式的影 响 ， 从玻璃破损等早期失效问题到电池腐蚀等长期磨损问题均 可能发生。 在 IEA 于 2014 年首次发布的这张广泛应用的图表 中， PVEL 添加了当前正在进行行业评估的两个额外失效机制 光 照和高温诱导衰减 LeTID 和背板故障 （ 参见图 1，右 侧 ）。 8 资料来源 IEA PVPS 2014； LeTID 和背板故障加上 PVEL ， 2019 资料来源 Heliolytics ， 2019 性能不佳案例研究 下文介绍了一个示例 ， 严重的组件性能不佳会将盈利的项目变 成这样的项目 遭受大幅发电损失 ， 需要支付现场调查成本以及 与组件保修相关的人工和法律费用。 在发现该电站没有达到要 求后 ， 电站业主安排发送了 23 个组件进行实验室测试 。 经过实 验室的测量显示 ， 组件功率在电站开始运营后不到两年的时间 内 ， 降低程度在 8 至 36 范围内。 通过发光和热成像 ， 确定了 电池金属膏体出现了热机械疲劳。 可从整个 EL 图像的许多亮点 看到。 在高串联电阻和互连故障使得电流无法输送 ， 导致电流沿电池 汇流条集中的地方 ， 出现了亮点。 除了发电损失之外 ， 这种缺陷 还可能导致热斑使得现场出现背板烧伤 、 玻璃破损和潜在的安 全问题。 此类组件缺陷会引发长期组件可靠性的不确定性 ， 并导 致未来难以确定哪些组件容易受高功率损失的影响。 通过 PVEL 的建议来适当地采购组件 ， 可以避免电站业主面临这一代价昂 贵的问题 ， 因为通过 PVEL 的 PQP 进行热循环测试和进行串行 缺陷测试无疑会在故障组件安装前发现该组件缺陷。 从性能不佳的现场拍摄的组件 EL 图像。 资料来源 DuraMAT/ NREL ， 2019 项目财务影响 不断降低的购电协议价格和利润率使得组件性能和可靠性对财 务回报比以往任何时候都更为重要。 美国国家可再生能源实验 室 NREL 广泛研究了光伏发电站在组件性能衰减率高于预期 时的财务敏感性分析。 在最近的研究中 ， NREL 得出结论 ， 如果将 年组件性能衰减率从 0.5 提高到 1.5 ， 会使现场的实际均化发 电成本 LCOE 增加 13.6 1 。 这会严重影响项目的经济效益 ， 将 盈利投资变成资产所有者的财务负担。 PVEL 2 进行的一项民意调查进一步证明了现场性能不佳对项目 财务状况的影响 ， 其中 70 的受访者都回复 ， 3-6 的性能不佳 足以使其项目在财务上不可行。 性能损失的现场观察 在对 1,600 多个运行中的光伏系统 （ 超过 11 GW ） 进行航空红外 扫描后 ， Heliolytics 观察到 ， 现场平均出现 1.52 的直流发电损 失 。 该项分析涉及对每个红外故障按其对能量生产的影响进行 加权 ， 然后汇总以确定每个现场的直流损失。 尽管下图清楚地 显示 ， 半数现场的直流能量损失小于 0.53； 但是直流能量损失 高于 10 的站点多于 10 ， 这一长尾是一个令人担忧的统计数 据。 1 NREL ， 2019 – 假设 4.5 实际贴现率。 10/kW-年平均运营和维护费用。 1.0/WDC 资本成本。 2 PVEL ， 北美太阳能资产管理 ， 2016 电力 P 标称 LID 0.5-5 玻 璃 防反 射 涂层衰 减 EVA 色变 分层、 断 裂电 池 脱离 PID 二 极管故 障 电池 连 接断 开 背板 故 障 接线盒/串互 连 接触 故障 玻璃 破 损 框 架松 动 电 池 连 接 腐蚀 时间 寿 命早 期 失 效 寿 命中 期失 效 磨损 失 效 3 10 LeTID 0-10 站点数量 保修 每站点的预计直流能量损失 中位数 0.53 平均值 1.522019 光伏组件可靠性计分卡 | PVEL 光伏组件测试 认证仅针对产品安全 大多数太阳能项目开发商和设备买家都需要太阳能光伏组件要 有两个关键认证 IEC 61215 和 IEC 61730 或 UL 1703 。 这些认证 用于证明光伏组件是安全的。 然而 ， 这两个测试标准均不涉及长 期光伏组件的现场可靠性和性能。 IEC 61730 和 UL 1703 仅对光伏组件是否存在运营危 险进行认证。 IEC 61215 仅筛选运营前几年可能出现的缺陷。 制造商可以选择特定的组件作为认证测试使用。 为 此 ， 可以提供比商业化生产组件更精心制造的 “ 黄金 样 品 ”。 制造商可以更改其组件 BOM 里的某些材料组合 ， 而 无需对组件型号进行重新认证。 此外 ， 更新 IEC 和 UL 标准是一个为期多年的过程 ， 无法跟上太 阳能光伏组件技术的创新速度。 这两个标准都未能发现与技术 进步相关的主要现场性能问题 ， 如光照和高温诱导衰减 LeTID 以及电势诱导衰减 Potential Induced Degradation, PID 。 PVEL PQP 的下一个版本将于 2019 年夏季发布 ， 其中包含 LeTID 测 试。 可靠性和性能的测试 虽然 IEC 和 UL 认证是组件安全的重要指标 ， 但长期的可靠性和 性能对光伏买家亦至关重要。 自 2010 年成立以来 ， PVEL 一直与 开发商和金融机构合作 ， 以不断开发测试程序 ， 从而解决在现场 观察到的具体问题以及新兴甚至成熟技术的特定问题 。 通过扩展 IEC 61215 序列并结合额外的测试 ， PVEL 的产品认证 程序近似于多年现场暴露对光伏组件的影响。 认证和保修无法完全保护光伏组件 买家免受现场故障和随后的财务后果的影响 。 9 PVEL 伯克利实验室的扩展可靠性测试 铭牌和偿付能力 预计组件的功率会衰减 ， 因此在太阳能资产的发电量和财务模型中 ， 以及在制造商的保修条款中 ， 通常会加入额定输出功率衰减系数 。 保修 通常保证第一年达到铭牌额定值的 97 左右 ， 在随后 24 年内每年减少 0.6-0.7 。 但是 ， 仅当制造商有偿付能力并对索赔积极回应时 ， 保修 才能为买家提供保护。 不精确的测量 为进行保修索赔而在现场对少量的功率衰减进行测量非常困难 ， 即使这代表重大的经济损失。 测量工具和传感器缺乏足够的精度。 保修执 行通常允许存在 3 的不确定性 ， 这会有效减少 3 的保证功率输出。 大多数成功的保修索赔仅限于性能过低或完全故障。 保修限制 即使索赔被接受 ， 大多数保修也仅涵盖更换组件的成本 ， 而不包含与劳动力或发电量损失有关的成本。 制造流程的进步也会危及未来的组 件更换。 例如 ， 当前许多主要制造商的产品路线图会要求增加晶圆尺寸 ， 从而增加组件尺寸。 这将导致未来的组件与当前销售的组件不兼 容。 资产所有者可能无法更换运营系统中有缺陷的组件 ， 使得采购可靠的光伏组件变得更加重要。 光伏组件保修的限制都有哪些PVEL | 2019 光伏组件可靠性计分卡 测试结果 第 3 部分2019 光伏组件可靠性计分卡 | PVEL 测试结果 光伏组件 PQP 方法论 PVEL 于 2012 年推出了光伏组件产品认证程序 PQP，该 程序有两个目标 1. 向光伏设备买家和电厂投资商提供独立 、 一致的可靠 性和性能数据 ， 支持有效的供应商管理。 2. 向在产品质量和耐用性方面有志超越其竞争对手的 组件制造商提供独立认证。 目前， PVEL PQP 是全球系统安装的光伏组件的行业标准要求。 PQP 测试开发 在全球范围内 ， PVEL 常年调查现场故障 、 监控光伏标准社区的 发展 、 与研究机构合作 、 进行实验 ， 并听取上游组件制造商和下 游组件采购商 （EPC 、 开发商 、 投资商和保险公司 ） 的意见。 这些意见为年度 PQP 更新提供指导 ， 并确保 PVEL 的报告提供 设备买家需要的数据。 1 2 经验数据 PQP 将性能假设替换为实际 经验指标 ， 帮助 PVEL 的下游 合作伙伴优化收入和发电量 模型。 每个 PVEL PQP 都提供 九个详细的测试报告 ， PVEL 的合作伙伴可以自由使用这 些报告以支持其采购决策。 不特意挑选样本 进行PQP测试的组件的所有 物料清单 BOM 必须事先提 交并在生产流程中见证确保 一致 从打开原材料包装到生 产流程的每个步骤 ， 各个环节 均不错过 ， 并使用防篡改胶带 包装打包好的托盘。 标准化流程 所有 BOM 均以相同的方式 ， 使用一致校准的设备和相同 的实验室环境进行测试 。 这 可实现所有制造商的同水平 比较。 定期更新 测试程序必须能跟得上快速 的技术发展步伐 ， 以便正确地 评估和认证新产品。 PVEL 每 年都会更新 PQP ， 为买家提 供一致的相关数据来评估光 伏产品。 PVEL PQP 的主要原则 工厂见证是什么 多年 PQP 测试结果表明 ， 组件的物料清单 BOM 是关键的质量驱动因素之一。 要验证组件生产中使用的特定 BOM 组合， PVEL 审 核员会遵循 5 步工厂见证流程 将物料从原始包装中取出后 ， 对 BOM 组件进行拍照 观察并记录有关 BOM 物料的 100 多个技术细节 对每个 BOM 组件的生产和包装的每个步骤进行严格跟踪 记录用于焊接和层压的方法 对工厂进行高级别的流程审核 在合同中使用指定的 BOM 清单 ， 这有助于光伏组件买家确保所收到的组件和获得令人满意的 PQP 测试结果的 BOM 清单是一致 的。 PVEL 为下游合作伙伴提供详细的 BOM 清单以纳入组件供应协议。 1 4 3 2 5 有兴趣成为 PVEL 下游合作伙伴 请访问 pvel.com/pqps 来了解更多关于我们 PQP 的信息 并通过在线注册成为我们下游合作伙伴 11