适用海岛环境光伏组件的开发意义和技术可行性分析
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摘要：太阳给地球提供了永恒的能量，海洋为人类提供了无尽的财富。本文以目前光伏组件技术为基础，将两者有效结合，描绘出一种新产品的雏形。
关键词：海岛环境；晶硅组件；高可靠性；漂浮
中图分类号：TK51 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 02-0029-01
南海诸国对我国诸多岛域和海域长期的侵犯已严重威胁到我国领土的，但由于很多的海岛自然环境恶劣，不利于人员驻守，领土的守卫非常困难。如果海岛电力供应问题有效解决，就可明显改善驻岛人员生存条件，相关负荷设施也可正常使用，守卫海岛的实力就会大大加强。但目前由于这些海岛远离大陆，电力供应很难依托大陆电网，本文提及的待开发光伏组件在一定程度上可以满足驻岛人员的电力需求。这种组件采用高性能防水材料，通过优化结构设计，漂浮在海岛附近的海域上，既可以通过微电网技术为海岛直接供电，也可通过对蓄电池组的充电储能满足岛屿驻守人员的需要。
二、海岛环境气候对光伏组件的性能要求
海岛环境具有高风速、高湿度、高盐碱的特点，同时部分战略意义极大的岛屿可能陆地面积非常狭小，光伏系统可能要建设安装在附近海域。首先，海岛环境风速较高，这需要光伏组件本身抗风压的机械载荷能力要强。第二，海岛环境湿度极大，组件可能长期浸泡在海水中，对防水性能要求极为苛刻。第三，高盐碱的海水和空气会对组件本身产生较为严重的腐蚀，使其寿命大大缩短。第四，组件安装可能需考虑在临近海域进行。在海面上安装组件带来的连接、安装、储能方式等一系列问题需待解决。如果在技术上可以满足上述要求，高品质海岛组件的实现就顺理成章，这对于常规光伏组件性能而言，虽然有挑战却并非不可实现。
三、目前常规晶硅组件的基本结构和已具备性能
晶硅组件按晶粒排布分为单晶硅和多晶硅。迫于成本压力，组件厂商更多的以生产多晶硅组件为主，但是单晶硅组件在弱光性能、温度系数、发电效率和外观造型上要优于多晶。虽然性能有差异，但其组件结构基本相同：钢化玻璃-EVA-晶硅电池-EVA-背板，在组件四周一般装有保护和安装作用的铝边框，背板顶部装有防热斑作用的接线盒及接插件。晶硅电池由于耐氧化性较差，所以需要内部封装材料（多为EVA）的密封，由于易碎，所以需要正反面板（即钢化玻璃和背板）的保护。这些功用不可或缺，但边框的主要功用是便于组件安装，如果有合适的替代方式，这部分结构可以舍弃。铝边框耐腐蚀性较差，海岛环境下，在满足组件防水性能前提下可以考虑去除铝边框。
晶硅组件在推向市场前，需进行产品认证。目前欧洲较流行的TUV认证，是产品以IEC61215和IEC61730两个标准进行的各项测试通过的证明。通过认证的组件可达到抵抗5400Pa压强和在双85（指温度85℃和湿度85%）条件下2000h使用寿命的性能。测试中5400Pa压强是模拟雪压而来，风压使用2400Pa测试。2400Pa的物理意义是3倍12级风对组件正面（或背面）造成的静载荷。即使在多风的海域，目前光伏组件的抗风压能力已经具备。而双85条件下2000小时的寿命保障根据模拟换算，可以得出其在双45环境下（温度45℃和湿度45%）使用寿命约25年。这个保障对于高湿度的海岛环境是不够的，需要进一步从材料选择和结构设计上优化，延长其生命期。根据部分资料显示，近海区域的盐碱地安装的光伏电站，其组件老化速度比常规环境要快三至五倍。分析其原因，是因为常规组件的背板、封装材料、接线盒和边框内部的密封胶属于高分子材料，支架和边框多为铝合金材质，在腐蚀性较强区域，其寿命自然会大大缩短。
综上，目前适于海岛环境的新式组件已具备雏形，但离实用性产品还有一个过程。
四、组件如何获取更佳性能
组件厂商在成本有效控制前提下，对下述性能突出的产品非常青睐：第一，高寿命和高可靠性的产品（可树立厂商形象，宣传厂家品牌）。第二，结构简单化的产品（可更节约成本，便于量产）。第三，突出特色的产品（比如轻质化组件等，可开拓市场）。为追求更高寿命高可靠性和更具特色的光伏产品，组件厂商纷纷引入了多种材料，进行替换实验，某家组件商双85的实验测试时间已经由原来的2000小时增加至8000小时，在这个过程中，很多新式的材料开始闪亮登场，比如厚度减薄的超薄钢化玻璃，原应用于薄膜领域的丁基热熔胶，防水性能极佳的无影胶，构造简单小巧的接线盒，抗紫外性能极佳的封装材料等等。
经分析，适用海岛环境组件开发技术难点主要在于①组件防水防盐雾性能的提升②组件间连接方式和安装方式的可行。第一点，可首先从材料方向考虑。常规组件边框为铝合金材料，对海水耐腐蚀性较弱，可考虑使用橡胶类材料替代或去除。背板材料为高分子物质，其耐候性相对于无机物较弱，可考虑用超薄玻璃替代。组件四周为防水汽的渗入，可考虑新式密封材料，如丁基热熔胶或无影胶等抗水汽渗透能力极强的材料。其次，对组件结构优化。如安装在海面上的组件，可将接线盒由组件背面用到正面，以减少接触水的概率。第二点，分析如下：首先，组件由于密度远高于水，故需要漂浮物（其寿命要与组件相匹配）。其次，组件同漂浮物需牢固连接。第三，组件间的接线对防水的要求极高，即便是IP67的接插件也需改善后才可适用于该种环境。综合而论，选用优质材料、优化机构设计和考虑特殊环境下的连接安装方式三方面可使组件获得更适于海岛环境的性能。
五、未来国内海岛组件的发展前景
目前国外一些光伏企业已将高性能的光伏组件应用在人口密集的海岛，虽然很少直接用于海面铺设，但环境气候毕竟已十分相似，这说明适用于海岛环境的光伏组件距离我们已经非常接近。虽然从近期来讲，直接用于海面的光伏组件费用较为昂贵，不具备商业价值，但这种高性能组件技术的进步势必会拉动整个光伏领域技术的提升，随着更多种低成本材料的尝试，适用于各种环境的特色光伏产品会陆续出现、推广，高性能组件的成本也会越来越低。适用海洋环境的光伏组件，由于其可靠性极高，寿命极长，必会成为时代的新宠，应用到国计民生的各个领域，为国家富强、社会进步提供永恒的绿色动力。