新疆光伏电站对组件的要求及选型建议

在一带一路的推动下，新疆的新能源发展也成为行业关注的焦点。无论是风能还是太阳能，新疆的新能源有着得天独厚的自然馈赠。姑且不考虑弃风弃光的影响，不考虑当地石化能源发电的成本，但从新能源的利用和光伏电站投资的角度，作为一个光伏人，忍不住想：什么样的组件是最适合新疆地区使用的呢？

1.神奇的新疆，多样的气候类型

新疆位居大陆中心，四周远离海洋，被高原高山环绕，属温带极端大陆性气候，冬季漫长严寒，夏季炎热干燥，春秋季短促而变化剧烈。全疆南北地跨纬度约15度，地形高差大，南、北疆有暖、寒、温带之分，而东西部有明显的干湿之别，同一地区因地形高差而具有鲜明的垂直气候特征，造成了新疆东西南北、山上山下自然景观的不同。新疆在干旱气候影响下，成为中国最干、最热、最冷、风沙最大、温差最大的地方之一，诸如“火州”吐鲁番的最热、东疆和南疆塔里木盆地的干旱、富蕴之寒、阿拉山口的风沙等，。而耸立在新疆大地上的巨大山脉，众多壮阔的冰川雪岭、幽静的森林山泉，优美的夏牧场，夏季气候条件别具特点，是极好的避暑胜地。冬季北疆严寒多雪，银装素裹。

新疆是温带大陆性气候，其气候特点是昼夜温差大，属典型的大陆性干旱气候，南疆干旱，少雨，年降水量仅20-100毫米，而北疆却达100-500毫米。年平均气温南疆平原10C－13C，北疆平原低于10C。极端最高气温吐鲁番曾达48.9C，极端最低气温富蕴县境可可托海曾达－51．5C。南疆平原无霜期200－220天，北疆平原大多不到150天。

所以，新疆气候的几个特点:干燥、冬冷、夏热、气温日差大、东西南北、同一地区的不同海拔都各不相同，还伴随着暴风、暴雪、风沙、冰雹。

2.新疆的光照资源

新疆位于我国西部，具有丰富的太阳能光热资源。新疆太阳年总辐射量达5000～6400MJ/m2，居全国前列。新疆东南部在6000MJ/m2以上，西北部在5800MJ/m2以下。北疆地区太阳总辐射量为5200～5600MJ/m2，其中伊犁河谷、博尔塔拉谷地、塔城盆地、额尔齐斯河谷的总辐射量约5400MJ/m2；准噶尔盆地中部太阳总辐射量在5200MJ/m2以下，是新疆平原地区太阳总辐射量最少的地区。





哈密属于新疆的重点风能、太阳能开发地区。太阳能资源较丰富，开发利用潜力大。哈密太阳辐射监测站资料显示（图7），哈密地区年平均太阳能辐射总量6393MJ/m2。

3.对组件的性能要求

对于如此恶劣的气候条件，光照资源却又是如此丰富。加上没有环境污染，组件实际能接受到的光资源远远高于其它内地城市。所以，选择合适性能的组件对于该地区的光伏电站投资有很大的意义。

a.针对气候干燥的特点，组件需要抗裂抗干燥

这一性能似乎还没有哪个指标来衡量，不知道IEC标准是否会对此做新的要求，不过好像还没有听说过组件会干裂。

b.良好的耐低温性能

由于新疆地区极端最低温度会达零下50C左右，IEC标准测试中冷热循环也只是-40C左右。这一点的关键支持在于组件的封装材料如EVA和背板都是塑料材料，其玻璃化转变温度基本都在零下40C以上，如果环境温度真到零下50C，EVA材料可能已经完全失去弹性，变脆，而由热涨冷缩导致的形变就可能使EVA材料开裂，是电池片发生裂片，这对于组件的寿命可能是致命的。目前或许新型的硅胶封装材料可以解决这一个问题，但硅胶封装的组件并不多见。所以常用的EVA封装组件是否能经受零下50C的考验，还需要更多的实证数据。


c.更低的温度系数

由于日照强，干燥，部分地区甚至是“火焰山”，在白天组件的温度可能会很高。而组件的温度系数如果高的话，组件的发电效率会严重降低。在比较炎热的地区是否适合建光伏电站，或者建光伏电站时如何选择温度系数低的组件就成了电站设计的要点之一。

d.更强的抗机械载荷

由于新疆地区会有雪灾和暴风的影响，组件的机械载荷性能可能会要求更高，不仅是静态的机械载荷（耐雪压要求），动态机械载荷也是很关键的性能（风压）。选择组件的时候还要考虑在低温状态下的机械载荷性能，因为低温时EVA的弹性已经消失殆尽，此时的耐雪压和耐风压测试才是真正的考验。而常规的机械在和测试和风压测试都是在常温下进行的，这不符合新疆的实际使用环境要求。由此还带来对测试标准的重新定义，对测试设备的开发和改造，或许可以成为一个研究课题，不是一两句话可以说清楚。

e.更好的抗冲击性能

组件的抗机械撞击有专门的冰雹撞击试验。在新疆地区，外界的冲击不仅仅来自冰雹，还有飞沙走石。在其它地区无法想象的风速下，大直径的砂石产生的冲击力或许就像在阵列中开炮一般。IEC标准中有不同级别的抗冲击试验，即以不同直径的冰雹在不同的速度下撞击组件表面来模拟自然环境。所以组件选型时必须考虑冰雹撞击的试验等级

f.组件玻璃表面的抗划伤性能

这一要求主要也是考虑到狂风下的飞沙走石。不少组件都是采用镀膜玻璃以提高组件的输出功率。但在新疆地区，玻璃表面的镀膜是否会很容易被划伤、破坏，一旦被破坏之后，组件的标称功率就会降低2-3%，这对于投资回报率是个考验。电站设计组件选型时必须考虑到这一点。

g.更好的接线盒

接线盒是塑料材料，在低温下会表现出脆性，此时不仅是热涨冷缩和受冷脆裂，还要考虑到在低温时弹性差的情况下，其抗冲击能力也会大大降低。此时的飞沙走石对接线盒产生的冲击力会不会导致接线盒裂开，希望有更多的实证数据来说明。


h.组件的背面结构

传统的组件，都是玻璃加背板结构。在组件安装时，组件都是朝南的，因而也就把最薄弱的背面留给了西北风。背板会直接面对来自西伯利亚的寒风和由于北风被吹起的砂石。此时背板的耐低温性能和组件背面的抗冲击性能将受到严重的考验。前面所说的组件抗冲击性能-冰雹试验都是从正面撞击，而实际安装的组件，其背面要承受来自西伯利亚的寒风及其吹起的砂石撞击时，组件背面将成为金钟罩铁布衫的命门所在。

i.组件的转换效率

正因为新疆地区有这极好的光照资源，采用更高转化效率的组件其发电效能才有协同倍数的增加。这对于度电成本来讲有更重要的意义。

4.组件选型的建议

新疆复杂多样的气候条件决定了选择组件时不仅是要考虑新疆的因素，还要考虑到新疆不同地区的气候特点，因地制宜的选择合适的产品。作为一个光伏人，同时作为一个双玻组件的狂热支持者，笔者认为，新疆很多气候条件，如极端的低温、抗雪压、风沙、组件背面的机械载荷、温度系数等等，可能比较适合于双玻组件，特别是像比亚迪推出的有机硅胶封装的双玻组件。硅胶-68C的玻璃化转变温度能在新疆极端低温下保持弹性，减少电池隐裂和碎片，硅胶的导热性能、温度系数、双玻组件的抗机械载荷、双面抗冲击能力都保证了对新疆极端环境的适应性。当然，实际的运用有待时间和实践来检验。

责任编辑：carol