上海市太阳能学会

新南威尔士大学的研究揭示，当前行业测试标准可能严重低估了实际环境中的紫外线照射量，这可能会使新一代太阳能技术的使用寿命缩短多达十年。

该研究的一项重大发现涉及安装在跟踪系统上的太阳能电池组件。图片来源：新南威尔士大学(UNSW)

据悉，该高精度模型由Shukla Poddar博士主导，Bram Hoex教授和Merlinde Kay副教授担任指导，Phillip Hamer博士和Liu Shuo 先生也参与其中。该模型可根据不同地区的气候、大气条件和安装配置，计算太阳能电池组件接收到的紫外线辐射量。

这项研究成果发表于IEEE光伏杂志，首次在全球范围内对固定倾角和向日跟踪式太阳能系统的紫外线暴露量进行了比较，为行业提供了一种新的预测长期性能和耐久性的方法，该方法考虑了特定地点的环境因素。

迄今为止，尚无全面的方法来估算特定地点太阳能组件接收的紫外线辐射量，尤其是当电池组件倾斜或安装在跟踪系统上时。

全球大部分紫外线数据是在水平表面上测量的，这并不能反映电池组件在现场的实际安装情况。新南威尔士大学的建模方法通过纳入云层、水蒸气和气溶胶等当地大气输入因素，弥补了这一不足，使开发人员能够针对特定地点进行评估。

该模型在欧洲使用高精度紫外线测量仪器进行了验证，并与涵盖2004年至2024年的长期气候数据集进行了比较。

论文通讯作者Poddar博士表示：“我们基本上开发出了一种根据不同光谱波长量化紫外线辐射量的方法，并绘制出了一张全球分布图，展示了根据不同地点可预期的紫外线辐射量。”

“这为希望在某地安装组件的制造商或开发商提供了全面的概览，而无需他们自己进行所有背景计算。”

图片来源：新南威尔士大学(UNSW）

随着太阳能行业快速部署旨在捕获更广泛太阳光谱(包括紫外线)的先进高效技术，这一研究结果具有特殊意义。

传统硅基太阳能电池组件主要依靠可见光和红外光发电，而TOPCon和异质结等新型电池结构则通过利用紫外线辐射来提高转换效率。

然而，这种改进可能会对长期可靠性产生意想不到的后果，近期研究记录了某些新一代设计对紫外线具有显著敏感性。

研究人员在论文中指出：“我们的研究结果表明，采用相似技术和朝向的电池组件仍可能因地区差异而出现不同的衰减情况。”

“这是由于在户外条件下，当地天气和气候会产生影响。这凸显了针对特定气候进行室内测试和加速可靠性测试的必要性，以便更好地预测使用寿命。”

“值得注意的是，在紫外线辐射量高的地区，单晶硅电池组件的紫外线光致衰减可占年度总衰减的近四分之一，这可能会使系统寿命缩短7至10年。”

跟踪系统面临的风险加剧    

或许该研究的一项重大发现涉及安装在跟踪系统上的太阳能电池组件，这些系统全天移动以追踪太阳轨迹，最大化捕获能量。

研究表明，与固定倾角系统相比，这些安装方式暴露于更多的紫外线辐射，导致加速衰减路径，而当前测试标准未能充分捕捉这一现象。

Poddar博士表示：“对于单轴或双轴跟踪支架，情况更糟。它们总是试图追踪太阳以捕获最大量的阳光。这意味着它们也会受到最大量的紫外线照射，使这些组件更容易受损。”

在高辐照地区，研究表明，仅紫外线辐射就可能导致单轴跟踪系统每年衰减约0.35%，这一数值在典型项目寿命期内会显著累积。

制造商通常给出的整体衰减率约为每年0.5%，通常假设性能呈稳定线性下降。

然而，新南威尔士大学的研究表明，衰减可能并非严格遵循线性模式，紫外线辐射可能是总性能损失的重要组成部分，特别是在高辐照环境中，大气条件会使紫外线集中照射在组件表面。

Poddar博士表示：“这个数字乍一听可能并不惊人，但当你量化20年的影响时，其累积速度相当快。”

这一影响直接延伸至项目经济性和保修结构，特别是考虑到新南威尔士大学此前的研究显示，多达五分之一的太阳能光伏组件的衰减速度比平均水平快1.5倍。

该团队的全球紫外线分布图提供了一种机制，可识别哪些地理区域和安装配置面临加速衰减的最高风险，从而在部署前实现更准确的财务建模和保修风险评估。

测试标准滞后于实际条件

当前国际标准要求太阳能电池组件在获得部署认证前，必须通过相当于每平方米15千瓦时的紫外线测试。这印证了新南威尔士大学科学家近期向PV Tech 透露的关于TOPCon电池紫外线测试规程的关键信息。

新南威尔士大学的研究揭示了这一测试阈值与实际场地条件之间的脱节，特别是在高辐照地区，电池组件可能在短短一个多月的运行中就达到累积紫外线辐射剂量。

例如，在澳大利亚Alice Springs，电池组件在约30至40天的户外暴露后，就会达到整个标准紫外线测试剂量。

Poddar博士表示：“这显著低估了电池板可能受到的紫外线辐射量。因此，一个电池组件可能通过紫外线测试，但在现实中，其性能可能差得多，因为我们的测试不够严格。”

随着现代高效技术日益普及，这一发现尤为重要。行业报告显示，某些设计的紫外线敏感性可能无法通过现有认证协议充分筛查。

这一挑战因先进太阳能电池技术的基本物理特性而加剧，随着接近理论性能极限，其衰减风险日益增加。新南威尔士大学此前的研究揭示了硅太阳能电池中的原子级自修复机制，可部分抵消紫外线造成的损伤，但这些机制可能不足以抵消跟踪系统和高辐照地区在数十年运行期内对新一代电池结构造成的更高紫外线剂量。

Poddar博士补充道：“我们论文的关键信息之一是，紫外线测试标准需要加强或修改。随着新型高效光伏技术快速推广，我们必须确保标准反映实际条件。”

研究人员强调，新建模工具旨在帮助制造商、开发商和资产所有者在项目全生命周期内做出更明智的决策。

新南威尔士大学认为，在安装前，开发商可利用全球紫外线分布图数据对候选电池组件进行更严格的加速紫外线应力测试，选择能够抵抗特定部署地点和安装配置紫外线暴露特性的产品。