海上浮式光伏组件及原材料检测技术探讨

国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 海上浮式光伏组件及原材料检测技术探讨 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 (CPVT) 2022年 12月 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 海上浮式光伏应用背景PART 1. 海上浮式光伏对电器设备的挑战PART 2. 目 录 海上浮式光伏用组件、原材料检测方案及指标探索PART 3. 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 海上浮式光伏应用背景 PART 1. 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY ◼ 2030 2060 ; 国家战略 ---双碳目标 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY “双碳目标”下的现代能源体系 根据 《 国民经济和社会发展第十四 个五年规划和 2035年远景目标纲要 》 指出 : 规模上 • 加快发展非化石能源，非化石能源消费 总量比重提高到 25%左右； 形式上 • 坚持集中式和分布式并举， 大力提升风 电、光伏发电规模； 分布上 • 加快发展东中部分布式能源，加快西南 水电基地建设，推动沿海核电建设， 建设 一批多能互补的清洁能源基地 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 中国光伏走向深蓝 *图表来自于光大大证券研究所 理论装机量 全球海上光伏潜在容量约 4000GW， 我 国海岸线漫长 ， 海上光伏理论可安装量超 70GW（ 近海项目 ） 。 优势 1. 解决土地资源短缺 • 政策趋严，可用于光伏 项目土地资源越来越少 • 中国海岸线狭长，资 源丰富且适合利用 2. 增强光伏消纳能力 • 沿 海经济发达，电力需求旺盛，空间大 • 无需西 部长距离送电，投入便利且成本低 3.提升海 岛离网供电能力 • 我国海岛数量众多，海岛陆 地资源宝贵 • 拓展海岛周围海面光伏电力供应 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 海上浮式光伏的发展 春雷一声响 ， 2022年 5月科技部发布国家重点研发 计划 ， 将近海浮式光伏建设研究列入 “ 可再生能源技术 ” 重点专项 。 海上浮式光伏进入人们视野 。 《 山东省海上光伏建设工程行动方案 》 ， 重点打造 “ 环渤海 ” 和 “ 沿黄海 ” 两大千万千瓦级海上光伏基地 ， 总规划 42GW；建设水深＞ 8米漂浮式光伏示范基地 ， 探 索集海上光伏 、 海上风电 、 其他海洋能 、 绿电制氢等于一 体的离网海上 “ 能源岛 ” 建设 。 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 海上浮式光伏对电器设备的挑战 PART 2. 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 海上光伏对电器设备的挑战 ◆高紫外、高湿热 ⚫ 对封装体系重新评估 ⚫ 对电子元器件的重新评估 ◆高盐雾环境 对边框、相关承载构建体系及系统的 防腐评估 ◆海水及相关生物腐蚀 对前板及运维技术的重新评估 ◆海浪震动 对组件电池片等保护体系重新评估 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY PART 3. 海上浮式光伏组件及原材料评估方案 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 海上浮式光伏组件检测方案的建立 ---户外实证 浮台设计方案 ⚫ 最低点高 6米 ， 最高点 7米 ， 吃水 2米 ， 最大限度避免海浪拍打 。 ⚫ 实现支架可调 ， ⚫ 刚性连接 ， 避免海浪震动 ， 降低组件边框扭转力风险 数据监控 自主研发的 定制化 数据采集系统 和分析系统 ， 实现了在 直流测独立 采 集 、 分析发电性能数据 。 基本与陆地相同 。 发电消纳 设计独立 “ 能源岛 ” ， 实现平台能源自主 ， 同时实现光伏 +深海养殖 的光伏 +实证平台 。 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 海上浮式光伏组件检测方案的建立 ---实验室 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 海上浮式光伏组件检测方案的建立 ---实验室 ◼ 在满足 DNV(挪威船级社 ) 《 Design, development and operation of floating solar photovoltaic systems》 建议对于离岸海上光伏应用要求基础上 ， 组件应 通过 IEC61701测试； ◼ 增加相应的测试要求 测试项目 测试要求 合格要求 深蓝海洋 序列测试 低纬度： DH400*UV+盐雾 7级 （ 30天 ） +DH400*UV+盐雾 7级 （ 30天 ） +DH400*UV 高纬度： DH400*UV+盐雾 7级 （ 30天 ） +HF10*UV+盐雾 7级 （ 30天 ） +DH400*UV 其中盐雾等级为 7级 ， 组件外 观无变化 PID要求 3倍 IEC要求 组件外观无变化 静载 +动载 +TC50+HF20 静载 +动载 +TC50+HF20 满足 IEC 61215对组件外观要求 。 海水浸泡 +PID 海水浸泡测试 48h，组件测浸泡前后外观、功率、 PID。 组件外观无变化 。 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 光伏玻璃及关键指标探索 超白钠钙玻璃 ， 其中 含有 13%左右的 Na2O， 9% 左右的 CaO等众多碱金属氧 化物 ， SiO2的含量为 72%左 右 。 玻璃在高温 、 高湿和高 盐环境下容易水解 ， 析出钠 钙离子从而 “ 发霉 ” 。*图表来自于向延华 《 基于海洋大气环境的盐雾 参数分析 》 据相关资料表明，海水中的化学成 分较多，至今共发现 80多种 元素。 近海的水面更有一定比例的海洋 微 生物 。严重影响浮式光伏组件玻璃 的性能，降低光伏组件功率。 原片玻璃、单层镀膜玻璃海水浸泡后的表面情况 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 光伏玻璃及关键指标验证 ⚫ 海面光伏 ， 处于高温 、 高湿和高盐雾环境 ， 镀膜技术需要不断探索增强对玻璃的保护； ⚫ 目前是否有适合海上浮式光伏组件用光伏玻璃镀膜技术 ？ 单层镀膜 双层镀膜不封孔 双层镀膜封孔，大孔球 双层镀膜封孔，小孔球 测试项目 样品 测试条件 减反射膜层 经过钢化的辊涂全尺寸制品 扫描电镜 PCT 加速老化 与制品相同原料、相同工艺条件下制造 的尺寸为 300mm×300mm 样品为试样， PCT 加速测试时需要背面保护 48小时 盐雾 与制品相同原料、相同工艺条件下制造 的尺寸为 300mm×300mm 样品为试样 60天 海水浸泡试验 与制品相同原料、相同工艺 条件 下制造的尺寸为 300mm× 300mm 样品为试样 48小时 深蓝海洋 序列 测试 DH400*UV+盐雾 7级（ 30天） +DH400*UV+盐雾 7级（ 30天） +DH400*UV 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 光伏玻璃及关键指标验证 项目 膜层 1 膜层 2 膜层 3 膜层 4 耐氨水 衰退 0.4%左右 衰退 0.23%左右 衰退 0.17%左右 衰退 0.15%左右 耐中性盐雾 衰退 1.35%左右 衰退 0.87%左右 衰退 0.37%左右 衰退 0.2%左右 PCT48h 衰退 0.9%左右 衰退 0.6%左右 衰退 0.4%左右 衰退 0.5%左右 海水浸泡试验 外观有发白 外观有发白 外观无明显变化 外观无明显变化 深蓝海洋 序列测试 衰退 3.8%左右 衰退 2.1%左右 衰退 1.9%左右 衰退 0.4%左右 ⚫ 双层镀膜技术可以有效保护光伏玻璃基体； ⚫ 膜层 4效果最佳 ， 表面折射率 1.27-1.29， 先镀膜后钢化的表面 光滑且完全封闭 ， 闭孔结 构和椭圆孔洞结构 （ 孔尺寸在 20-50nm ， 孔隙率 33%左右 ） 。 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 光伏胶膜及其关键指标（初定） 推荐使用双玻光伏组件，封装胶膜优先 使用 EPE或者 POE。 序号 项目 指标 1 剥离强度（与玻璃 180° ） ≥100N/cm 2 水气透过率 红外法：＜ 3.5g/(m²·24h) 3 海水浸泡 48h+抗PID性能 海水浸泡后， POE制作的 光伏组件在最大系统电压 的正偏压与负偏压下，温 度 85℃、湿度 85%RH、 196h的 PID测试后，功率 衰减 ≤5% 4 PCT加速老化（ 72h） 黄色指数变化 △ YI＜ 3， 与玻璃剥离强度不低于初 始性能 30%。 5 DH400*UV+盐雾 7 级 +DH400*UV+盐 雾 7级 +DH400*UV 黄色指数变化△ YI＜ 5， 与玻璃剥离强度不低于初 始性能 50%。 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 光伏 背板 及其关键指标（初定） ◼ （ 进口氟膜方案 ） 应当采用三层结构背板 XPX， “ T” 指外层 ， 分别采用 PVF材料或氟涂料 [乙烯基酯共聚 物 (FEVE)]； “ P” 层指中间层 ， 采用 PET材料； “ X” 层指内层 ， 采用 PVF、 或氟涂料 [乙烯基酯共聚物 (FEVE)]。 PVF选用杜邦公司产品 ， 氟树脂使用进口品牌 ， 氟含量应在 10%-12%。 ◼ （ 国产氟膜方案 ） 应当采用三层复合膜结构背板 ， 外层采用 PVDF材料 ， 中间层采用 PET材料 ， 内层采用 PVDF材料或氟涂料 [乙烯基酯共聚物 (FEVE)]。 项目 技术要求 水气透过率 红外法（ 38℃， 100%RH）＜ 0.5g/（ m²·24h） DH400*UV+盐雾 7级 +DH400*UV+盐雾 7级 +DH400*UV 外观不分层、不开裂、无气泡、无变色、无 褶皱、表面和胶层不发黏 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 光伏 边框 及其关键指标（初定） ◼ 海上光伏用边框在 铝边框 国家 、 行业 、 协会 标准基础上 ， 耐盐雾等级至少 满足 C5要 求 ， 海水浸泡 48小时外观无变化 ； ◼ 《 Design, development and operation of floating solar photovoltaic systems》 建议对于 离岸海上光伏应用 ， 组件应通过 IEC 61701测试 ； ◼ 铝合金边框膜厚应在 AA20级别以上；钢边框使用镀锌铝镁合金； 可以 使用高分子 复合边框 ， 降低海上腐蚀及 PID风险 。 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 光伏 边框、胶膜 及背板关键指标验证 ---进行中 序号 层压方案 边框类型 1 2.0mm双层镀膜 +海洋专属胶膜（ POE） +2.0mm 铝边框 /塑料 /钢边框 2 2.0mm双层镀膜 +常规胶膜（ EPE） +2.0mm 铝边框 /塑料 /钢边框 3 3.2mm双层镀膜 +海洋专属胶膜+常规背板 铝边框 /塑料 /钢边框 4 2.0mm双层镀膜 +海洋专属胶膜+增强背板 铝边框 /塑料 /钢边框 5 增强前板 +海洋专属胶膜 +高阻水背板 铝边框 /塑料 /钢边框 6 3.2mm双层镀膜 +海洋专属胶膜+高阻水背板 铝边框 /塑料 /钢边框 7 3.2mm双层镀膜 +常规专属胶膜+高阻水背板 铝边框 /塑料 /钢边框 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 结束语 . ◼ 海上浮式光伏是海上光伏的重要组成部分 ， 可广泛用于水深大于 8m的广大海域 ； ◼ 海上浮式光伏处于启航阶段 ， 是一个从 0-1过程 ， 标准领域属于空白 ， 需要不断 探索与验证； ◼ CPVT与中集来福士共建海上光伏技术联合创新平台 ， 欢迎广大同仁共探海洋光 伏新领域 。 国家太阳能光伏产品质量检验检测中心 NATIONAL CENTER OF SUPERVISION AND INSPECTION ON SOLAR PHOTOVOLTAIC PRODUCT QUALITY 谢谢观看