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　　随着近年来光伏产业的价格大幅下降，可靠性问题也受到了相应的关注。价格的下降往往需要新的材料清单，甚至是商业产品的整个新的供应链。标准的鉴定测试，例如IEC61215，可以用来验证产品生命周期的初级阶段的新材料的普遍完整性。

　　然而，这种标准测试对于这种新产品在各种现场条件下几十年后的表现几乎没有任何信息。开发更好的、可用于寿命预测的加速测试的目标与理解基本降解机制的物理和化学直接相关。开发新的加速试验的陷阱之一是隐藏的退化模式问题，这种退化模式在加速试验中被掩盖，但在现场暴露中被发现。

　　另一种可能性是过度加速一个特定的退化模式，可能永远不会在现场观察到。因此，当务之急是不仅要将功率损失曲线（可能是非线性的），而且要将现场观察到的退化模式和机制与加速试验相联系。许多出版物都集中在退化率上，首先由一些作者进行了总结和分析，并在最近进行了更新；然而，退化模式没有被讨论。相反，至少有类似规模的关于降解模式的信息存在，并有一些优秀的总结。然而，从这些丰富的信息中提取总体趋势是困难的，原因有几个。

　　其次，许多因素可能影响退化模式和速率，如技术、气候、安装配置、负载等，而这些因素并不总是被明确记录下来。此外，不一致的使用报告和术语可能是一个问题。制定视觉检测表是为了帮助指导和规范现场观察，但一些模式的错误识别仍然可能发生。在误认的情况下，正确的退化模式被纳入研究中。遗憾的是，视觉检查表还没有以定量的方式被广泛采用，这限制了更详细的分析所能获得的数据。

　　最后，现场观察的一个重大挑战是，模块经常同时显示各种退化模式。这些模式可能相互影响，或者有类似的基本机制。一个模块中的退化模式有时是连续的和协同的，这可能会导致对某些退化模式的错误识别。。

　　到目前为止，我们一直小心翼翼地避免使用“失效”一词，因为以一致和有意义的方式定义它是一个挑战。IEC60050-191将故障定义为“一个项目执行所需功能的能力的终止”。对于一些消费产品，这代表了一个相当明确的定义。然而，对于光伏组件来说，这个定义可能没有那么清晰，导致在过去几十年里，光伏领域有各种不同的用法。例如，电力研究所在他们对1979年至1989年安装的系统进行的广泛调查中，使用了最大功率下降超过50%的模块，作为定义。

　　国际能源机构将模块故障定义为功率不可逆转地下降或产生安全问题的模块。在这种处理方式中，数据来自于那些需要更换组件的出版物，或者是那些没有提供明确的“失败”定义的组件被说成是失败的。在其他情况下，所提供的信息不足以自信地确定是否发生了故障，在这种情况下，数据不能被纳入。虽然我们对模块更换的定义可能不是最佳的，但它允许对这个问题的各种数据进行汇编。最常见的是，通过指定故障模块的百分比来报告故障分数而不是故障率。

　　图中显示了所获得的故障率与暴露年份的关系，方便的单位是%/年。另一个在其他行业经常使用的可靠性指标是时间故障，即以每十亿个工作小时为单位的故障率。大多数消费类产品都表现为在100-1000秒范围内的故障，图中的大多数数据都在这一范围内。

　　除了跟踪现场更换故障组件的速度外，我们还研究了组件在其生命周期内的退化方式，并比较了在三种不同气候条件下观察到的退化模式的不同。我们考虑了每种退化模式对组件性能的影响以及问题的普遍性，这些都是基于文献中提到的观察频率。为了更好地量化和优先处理大量已发表的信息，我们积累了每种特定退化模式的报告数量。只有一小部分公布的信息具体说明了受同一退化模式影响的组件的比例；这些数字中的每一个都提供了关于该模式的普遍性的宝贵信息。

　　为了进一步量化输出，在分析中，采用了严重程度排序，见表I。严重性是通过对退化模式从1到10的排序来确定的，其中1表示观察到的退化模式对性能没有影响，10表示对功率和安全都有重大影响。该等级是离散的，而不是连续的，因为特定的退化模式与某些功率损失相关联仍然是一个活跃的研究领域，该策略通常用于最小化潜在的偏差，并允许更好地区分各种退化模式。

　　随后，根据表二对每种退化模式的严重程度进行了排序，其中一些值得进一步解释。与背板有关的退化被分为两类：“背板绝缘受损”和“背板其他”。“背板绝缘受损”包括附着力问题，如剥落、剥落和开裂。这种退化的存在会对功率产生重大影响，也是一种安全危险。然而，“背板其他”包括气泡、变色和粉化等缺陷，它们不会立即影响组件的性能。退化模式的“玻璃破裂”和“二极管/J盒问题”的严重程度均为5，因为性能影响跨越了评级范围，这取决于具体的情况，因此，平均等级被认为是适当的。由以下原因引起的内部电路变色。

　　腐蚀和导致串联电阻的增加被列为中等水平，高于封装物变色。由内部电路变色和/或热循环引起的焊料键的弱化，最终会导致开放失败，并导致重大的功率损失和安全问题。分层被划分为主要和次要的类别，因为次要的分层，如图(a)或(b)所示，可能对电力生产没有太大的影响。相比之下，大的分层会导致部件的大量解体或整个模块的功率损失，安全问题成为主要关注点。

　　图中显示了受影响模块的百分比的影响，然后考虑到严重程度，接着包括报告的数量。此外，堆叠和彩色编码的退化模式是按安装日期划分的，那些在2000年之前和之后安装的。有可能具有类似机制的退化模式被分组为相同的颜色。

　　例如，主要和次要的分层，以及背板绝缘问题都可能被重新归类，因此用类似的红色和阴影表示。内部电路变色可能是内部电路故障的前兆。焊点失效会导致热斑；然而，热斑也可能是由电池破裂引起的。因为大多数出版物没有区分每个热点的原因，这些可能相关的退化模式以绿色的变化呈现。由于模块可能受到一种以上的退化模式的影响，纵坐标超出了100%；给定的数字表示每个类别中受影响模块的数量，基于每个数据源报告的模块数量。

　　在11年到20年之间的组件中，封装材料褪色成为最主要的降解模式。随着现场暴露的进一步增加，其他的退化模式开始出现，如分层和内部电路褪色，通常伴随着串联电阻的增加。当分数百分比按严重程度加权时，由于其严重程度相对于主要分层、内部电路变色、热斑和背板绝缘问题较低，封装物变色的情况会减少。当用报告的数量进行加权时，封装物变色的条形图扩大了，表明许多报告观察到这种退化模式。在温和的气候条件下，受影响组件的封装剂变色比例在以下情况下会明显减少。

　　这些较新的装置由不同的退化模式控制，如年轻系统的热点和潜在诱导退化（PID），以及中年系统的主要脱层。这些退化模式的严重程度排名较高，导致条形图尺寸增加，但当另外以再端口的数量为尺度时，除热点外，其他都会减少。因此，潜在的诱导性退化和主要的去层不常被报道，但当它被报道时，其影响是巨大的。导致性能或安全问题的热点经常被报道，但它们只影响一小部分模块。在湿热气候下，受影响组件的百分比一般大于温和气候下的百分比，尽管湿热气候下大多数类别的数据点少于温和气候下的相应类别。

　　在旧的装置中封装剂变色是最常见的退化模式，但也伴随着分层、背板问题、电池断裂、二极管/结点盒和内部电路变色。此外，还可以观察到玻璃破裂和永久性污垢，通常可以沿着框架边缘观察到，最终可能导致边缘电池的部分阴影。在较新的安装中，正如在中等气候下观察到的那样，受影响的组件百分比明显下降；但是，它仍然高于中等气候下的同等类别。较年轻的系统显示出大量的热点和与二极管相关的问题。中等年限的模块主要是主要的分层，可能是由于湿度的关系。也许有些令人惊讶的是，封装剂变色在中年模块中出现得相当强烈。较老的沙漠装置显然以封装剂变色为主。

　　正如在其他气候条件下一样，在沙漠中受影响的模块的总体比例在较新的装置中已经大幅下降。在这些现代装置中明显的退化模式是主要是内部电路变色和热斑。在沙漠气候下，2000年后安装的组件出现封装材料变色，但程度比湿热气候下要轻。

　　特别有趣的是在过去10年的安装中观察到的问题。图中的帕累托图是通过对受特定退化模式影响的所有模块进行汇总而得到的。随后确定了相对于整个模块数量的比例，并根据严重程度进行了加权。所有年份的数据都以封装剂变色为主，因为它在旧系统中影响广泛。过去10年中最主要的影响似乎是热点和内部电路变色。在现代装置中，其他重要的降解模式似乎是玻璃破碎和封装剂变色，但显然只在较热的气候中出现。

　　在过去15年安装的系统中，热点似乎是最重要的退化模式，这在很大程度上是由于它们的高严重性等级。由于相当大的生产变化和其他因素，如气候、安装配置和负载，很难详细说明特定退化模式对功率的影响。最确凿的证据来自于对相同配置的相同模块进行并列研究。图中显示了四项研究，它们研究了热点的影响，并将其与未受热点影响的同类型模块的性能进行了比较。根据Mann-Whitney测试，受热点影响的组件显示出明显高于无热点的组件的功率损失（P值0.0001）。根据热斑的严重程度，它们可以很容易地通过红外线检测出来。

　　在后一阶段，可以从正面观察到热点，如图中所示，其中一个热点是由焊接失败引起的。模块的背面（插图）也可以显示出一个燃烧点。分层可能发生在封装物-硅界面或玻璃-封装物界面光伏故障和退化模式。额外的光学界面，至少在初始阶段，将导致能够到达半导体结的光的减少。这种损失通常是在电流中观察到的，并且可能与受影响的表面积成近似比例。随着分层的进展或在这种状态下的时间增加，水分可能会进入并腐蚀内部的电路金属化。

　　这种机制将导致串联电阻增加。分层常常被误认为是封装物变色和/或内部电路变色。分层通常会导致一个区域变浅，而封装材料和内部电路变色通常会导致变暗。旧系统中最常见的退化模式是封装剂变色。在对以相同方式安装在同一地点的模块进行比较时，然而，如图所示，根据Mann-Whitney测试（P值为0.016），仅受封装剂脱落影响的模块的功率损失明显低于受内部电路问题影响的模块。

　　光伏组件的报告故障率大多属于其他消费产的范围；然而，组件的预期使用寿命较长，可能无法进行直接比较。最近关于高温气候和屋顶安装中更高的故障率的报道是一个问题，但必须通过其他观察来进行腐蚀。总的来说，在2000年以后部署的新装置中，报告的退化百分比似乎明显下降。然而，这些趋势可能与世界范围内不同的制造和安装质量有关。据报道，部署在高温和中度气候下的组件比部署在沙漠和中度气候下的组件有更多的退化模式，这值得进一步调查。

　　分层和二极管的问题在湿热气候下也比其他气候下更普遍。在过去10年安装的系统中，最受关注的似乎是热点，其次是内部电路变色。由于热斑可能有多种潜在的机制，对其原因进行更详细的调查可以帮助缓解未来一代组件的问题。封装剂变色是最常见的退化模式，特别是在较早的系统中。