卡塔尔、摩洛哥、美国干热气候光伏发电研究报告：实证很重要

早在2011年，卡塔尔政府就建议建立一个光伏试验场，评估当地气候条件对光伏系统的影响，帮助金融投资者确定光伏电站的寿命及性能。卡塔尔环境与能源研究所(QEERI)与Fraunhofer太阳能研究所在多哈卡塔尔科技园的户外试验场对60多块光伏组件进行了六年户外光伏系统性能和灰尘污染研究。

亚利桑那州立大学光伏可靠性实验室(ASU-PRL)研究了亚利桑那州 “干热”气候条件下的1900块组件，发现不同组件的功率衰减从0.6%到2.5%/年不等。

2019年5月，摩洛哥Mohammed V University太阳能研究中心发布了其在摩洛哥拉巴特进行的为期两年光伏发电阵列影响评估研究成果，该地区以半干旱气候为特征。

1. 研究结果 – 积灰影响

卡塔尔环境与能源研究所的测试表明，组件表面积灰是一个挑战。积灰导致光伏组件在22°倾斜角下每月功率下降10-20%。极端情况下，污渍会形成一个不透明的均匀白色层，(图1左)。然而，当降雨量大到足以溶解水溶性成分并冲走颗粒物时，雨水可以非常有效地清除这些灰尘(图1右侧)。不过，在卡塔尔降雨是件奢侈的事情，试验场经历了 234天没有下雨之后，从未清洗过的组件功率减少了70%。

亚利桑那州立大学的研究表明，玻璃/聚合物材料是组件功率衰减的主要原因，表现在组件IV测试填充因子损失和短路电流下降。国家可再生能源实验室(NREL)曾报告组件衰减率可高达4%/年，在亚利桑那州立大学研究结果显示：中位和平均降解率分别为0.5%/年和0.8%/年。

摩洛哥Mohammed V University的研究重点考虑了积灰的影响，计算了积灰条件下的发电量损失，在干旱期达到了2 Wh/Wp.天。

2. 积灰对发电量的影响分析

其实上述卡塔尔、亚利桑那、摩洛哥等地的积灰情况并非最糟。在印度和中国，一些地区的积灰率可能达到每天1%至2%(图2)。(“积灰损失率”通常定义为由于灰尘或其他有机物等污染物的累积，导致每天光伏能效比的下降。)

对干旱地区积灰影响的研究综合表明，在干燥气候下，光伏的积灰损失率通常为0.1-1%/天。包括美国、南欧、澳大利亚中西部、中东、北非、印度、中国西北在内的许多地区，月积灰污染是光伏发电的一个显著问题。由于在沙漠中永久性的高气压造成沙尘浓度高，少雨或少水，严重限制了降雨量，地面很容易被侵蚀，产生无机粉尘颗粒，悬浮在空气中，再沉积到光伏组件上。或者由于形成的云很少，增加到达地面的太阳辐照度和水分蒸发。

沙尘积灰污染从两个方面增加了光伏发电的LCOE：

1. 灰尘层阻挡了组件对光辐照的吸收，从而降低了发电量。

2. 组件清洁导致的电站运营和维护成本增加。

组件的功率输出高度依赖于直接到达组件的辐照度。积灰，也就是土壤和灰尘颗粒在组件表面的堆积，会阻碍阳光到达组件内部的数量，并会影响光伏发电性能。

并且积灰与污染、雾霾等造成的阴影不同，积灰是相对稳定的，不容易自然消失的，并且严重影响光的穿透。

3. 干热对材料的影响

从研究表明，干热地区的组件表面玻璃及组件内部聚合物封装材料对发电性能有很大影响。

表面玻璃，主要是组件的前板玻璃。通常情况下玻璃是一种硬质、钢化的无机物，不容易受环境影响。然而，近10年来，行业普遍采用具有自清洁及增透功能的镀膜玻璃，在初始状态下，镀膜层很好地展现了增透增效和自清洁增效。但随着时间的延长，在干热沙漠地区，玻璃表面的涂层会收到各种气候因素、环境因素、污染因素的影响，产生划痕或剥落或表面起雾，反而增加了积灰停留的能力，并影响了光透过率。

正因为此，荷兰(听说元旦起需要改称尼德兰)DSM(帝斯曼)公司最近联合了沙特Effat大学、ECN.TNO和荷兰Exasun一起，在当地合作伙伴Altaaqa alternative solutions、Zahid集团公司，在荷兰政府组织“荷兰企业管理局(RVO)”赞助下开始了一项专门为沙漠环境设计的光伏组件大规模户外试验。在Effat大学的屋顶测试现场，共监测60块针对沙漠应用的光伏组件，对组件的材料和设计进行测试，以判断是否适应沙漠环境中的高紫外线辐射、沙粒磨损和高温。帝斯曼DSM正是玻璃镀膜的解决方案供应商。

材料，主要是光伏组件用的聚合物封装材料、背板、接线盒等。在干热沙漠地区，背板的耐风沙性能与实验室模拟的落砂试验可能有很大不同;封装材料的抗紫外性能与实验室的紫外预处理或紫外加速老化也有很大的不同，加上沙漠干热地区的光照强度往往比其它温湿地区更强，紫外线更强，光照时间更长，昼夜温差更大，因而封装用的聚和物材料经受了严苛的温度循环和紫外辐照。亚利桑那州立大学的研究表明，封装材料的降解会引起组件填充因子的下降、短路电流下降，造成功率损失，发电量下降。

4. 户外实证 – 中东地区日益重视

积灰可能让发电量损失一半以上，因而组件表面清洁频率的决定取决于具体项目的参数，如污染率、电价、劳动力成本、清洁用材料的成本等。在干热地区，劳动力成本和用水成本是最大的挑战。

组件材料、新型电池技术的衰减率也要根据材料选型、特定气候条件等因素才能知道其寿命及发电效率衰减。

因而，中东地区如沙特Effat太阳能研究所、卡塔尔环境与能源研究所、摩洛哥Mohammed V University太阳能研究所都已经在开展相应的光伏户外发电研究。相信在不就的将来，中东及北非地区将非常重视户外实证的试验结果。

在中国新疆地区也有典型的干热沙漠，中国质量认证中心(CQC)在吐鲁番建有重要户外实证基地，三年前与中来新材一起开展了背板的户外实证。今年，在三年实证结果的鼓舞下，中来新材继续与CQC签订了透明背板的户外实证合作方案，除吐鲁番干热沙漠地区外，还有西藏拉萨的高原高辐照环境、海南琼海的湿热环境，目前试验已经在进行中。

据中国质量认证中心张雪介绍，CQC与沙特、阿根廷、巴西等国家和地区都签署过双边及多边互认协议，因此，CQC所开展的产品户外实证业务及颁发的认证证书，有望在相关海外国家和地区认可，这无疑为在国内开展典型气候条件户外实证的中国企业进军如沙特等海外市场提供了最便捷和有力的技术支持。