研究表明，由于光伏设备故障和天气问题，全球光伏行业的表现不佳率显著上升，从 2022 年的3.13%上升到2023年的4.47%。这导致全球光伏行业2023年的收入损失高达46亿美元(或4,696美元/MW)。
根据Raptor Maps公司日前发布的《全球光伏报告》，装机容量100MW以上的大型光伏系统的平均收入损失更高，每年约为5000美元/MW。
图1从2009年到 2023年全球光伏系统的表现不佳率
电力损失对光伏行业雄心勃勃的增长目标提出了重大挑战。例如，如果这一损失在光伏系统的生命周期中持续存在，那么100MW光伏项目的内部收益与前一年相比将降低1.9%以上。
规模较大的光伏系统的电力损失通常高于规模较小的光伏系统。例如，100MW～200MW的光伏系统的平均电力损失为4.75%，而200MW以上光伏系统的平均电力损失为4.91%。大型光伏系统电力损失增加带来重大的财务影响，100MW以上的光伏系统每年电力损失为5,000美元/MW，超过了4,696美元/MW的全球平均水平。
尽管大型光伏系统由于性能不佳而面临更高的电力损失，但在过去五年，所有光伏系统的电力损失都在上升。装机容量为50MW或小型光伏系统也存在明显的性能不佳问题，到2023年，所有光伏系统的电力损失将超过4%。
此外，在过去一年中，表现不佳率在规模较大的光伏系统出现了更显著的增长，100MW～200MW的光伏系统和200MW以上的光伏系统的表现不佳率分别同比增长40%和20%。
故障原因
报告指出，系统级故障是导致光伏系统损失增长的主要原因。逆变器故障、光伏组串中断、断路器故障最为显著，其电力损失的比例分别为1.91%、0.90%和0.81%。
此外，光伏跟踪支架故障率从2022年的0.26%增加到2023年的0.46%，这表明影响光伏系统性能的挑战范围更广泛。
在检查过程中，模块或子模块级别的故障通常不会立即导致电力损失。然而，模块级问题可能带来更严重的影响，可能会影响光伏组串或逆变器模块。随着气候变化的加剧，极端天气现象的频率和强度预计将会增加，导致出现更多的问题，例如光伏面板损坏或光伏电站被淹。天气事件造成的电力损失约为1%，但在某些情况下，极端天气条件会导致高达60%的电力损失。
运营效率低下(例如浪费时间和资源分配效率较低)是各种规模光伏系统都会出现的问题。在Raptor Maps公司2023年进行的调查中，预防性维护目视检查和验证滋扰警报被确定为浪费时间的重要来源。
按地区划分的电力损失
报告称，采用人工智能和机器人技术实现自动化对于应对这些挑战至关重要。该技术可以简化劳动力开发，减少对体力劳动的需求，并使运营团队能够在日常工作中专注于更详细的任务。
研究发现，光伏设备表现不佳导致美国东海岸光伏发电成本最高，其东北部光伏发电平均成本为6108美元/MW，东南部的平均成本为5784美元/MW。因此，地区差异也导致光伏发电成本出现差异。
在美国中西部和平原地区等经常遭受冰雹风暴造成破坏的地区，由于物理破坏造成的电力损失比其他地区更高。在电力损失方面，风暴多发的东南部地区排在美国中西部和平原地区之后。
尽管美国各州光伏发电表现不佳的情况差异很大，但高于全球平均水平，而美国拥有最大光伏发电场和光伏市场发展最快的州(例如德克萨斯州、加利福尼亚州和佛罗里达州)表现不佳率都很高。
图2 美国按地区划分的光伏系统年收入损失(美元/MW)
技术造成的能耗
在评估基于组件技术的光伏系统的健康状况时，采用薄膜组件的光伏系统在2023年的电力损失低于使用单晶硅或多晶硅光伏组件的光伏系统，其平均电力损失低于4%。
然而，所使用的组件类型并不总是与表现不佳直接对应。观察到的差异可能是由于各种因素造成的，包括光伏系统的运行时间、运营方法、特定区域的障碍以及其他因素。
当观察影响光伏组件的缺陷时，薄膜光伏组件的电力损失较低，但物理损坏率较高。它们遭受的物理损伤是多晶硅光伏组件的两倍，是单晶硅光伏组件的3.5倍。
图3 系统级故障与模块级故障的电力损失比较
光伏组件模块级问题发生率与平均运行时间的长短有关。薄膜光伏组件平均运行时间为1.5年，单晶硅光伏组件平均运行时间为1.6年，多晶硅光伏组件平均运行时间为3.2年。这表明光伏组件运行时间与发生缺陷之间存在必然的联系。
根据美国能源情报署发布的数据，公用事业规模的光伏系统装机容量有望在2024年实现强劲增长，预计将新增36.4GW。这一增长几乎是2023年新增18.4GW的两倍，这是美国安装公用事业规模光伏系统以来最高的年度记录。
