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“风口”下的“危”与“机”:光伏电站极端天气应对之道

当碳中和成为全球共识,光伏作为能源转型的中坚力量,其装机规模近十余年来呈现指数级增长。然而,在产业高歌猛进的背后,大自然也以其不容忽视的力量,为光伏电站的长期可靠性提出了考验。从东南沿海的强台风,到华北、西北内陆的瞬时大风,极端天气正成为悬在光伏电站头顶的“达摩克利斯之剑”。

被风“追”的光伏电站

今年以来,光伏电站遭受强风天气破坏的新闻多次冲上热搜。

4月下旬,强对流天气席卷河北、山东、河南等地,伴有10-12级瞬时雷暴大风等,多个县市农村户用光伏和工商业厂房彩钢瓦屋顶光伏项目遭受严重损失。一些电站由于风揭效应,组件连带夹具和屋顶彩钢瓦一同被撕裂。部分户用和工商业光伏的支架因强度不足或地基不牢,发生严重扭曲甚至倒塌,被大风吹落的组件相互碰撞或撞击地面导致大量钢化玻璃破碎,电池片报废;

8月中旬,台风“海马”登陆,对广东、福建沿海光伏项目造成严重冲击。部分位于滩涂和近海的“渔光互补”电站,其光伏阵列在狂风和风暴潮的双重作用下,发生大面积倒塌和淹没,支架基础被严重破坏。许多工业园区的厂房屋顶光伏项目,因风压超出设计极限,出现了从屋顶边角处开始的连锁破坏,组件被撕裂、吹飞,现场一片狼藉……

强风对光伏电站的破坏,轻则影响电站投资与运维收益,重则威胁产业、建筑资产利益甚至人身安全。案例的不断累加,让强风损害不再是孤立事件,而是气候变化背景下,光伏行业必须正视的普遍风险。它们共同指向一个核心问题:在追求度电成本(LCOE)不断降低的今天,我们是否足够重视光伏电站,尤其是光伏组件本身,在全生命周期内的安全可靠性? 

不同场景下的强风考验

光伏电站经受的强风考验,因其使用场景的不同而特点各异。

对于集中式的大型地面电站,尤其是在地形开阔、风速较高的戈壁、荒漠地区,风载荷是设计的关键制约因素。单个组件或支架的失效,极易在风力的持续作用下,引发“多米诺骨牌”式的连锁反应,导致大面积阵列坍塌;风沙天气还会带来额外的磨损和冲击载荷,考验着组件的边框、玻璃和背板的耐受力。

海上光伏作为新兴的蓝海市场,面临着比陆地更为严苛的环境。海面风速更高、湍流更强,且常年伴随盐雾腐蚀和波浪载荷。台风过境时,风、浪、流的耦合作用对整个光伏系统的结构安全性构成了极限挑战。组件不仅要承受巨大的风压,还要抵抗海浪的周期性拍击和高盐雾环境的持续侵蚀。任何一个环节的薄弱,都可能导致灾难性的后果。

分布式屋顶光伏,特别是工商业彩钢瓦屋顶,是风灾的高危区。建筑物的存在会改变风的流场,在屋顶的边角、女儿墙等区域形成局部负压区(吸力区),产生所谓的“风揭效应”。这种向上的吸力远大于平均风压,极易将组件从屋顶掀翻。

强风呼啸,本身已对组件韧性形成严峻考验,伴风而来的砂石、海浪,更对组件的抗冲击、抗腐蚀等能力提出严格要求。组件效率是电站收益的核心,组件安全亦是电站安全的基石。

毫末之处,决定组件韧性

强风对组件的作用力并非匀速平稳的“静载荷”,而是反复拉扯、挤压的“动载荷”。在这种周期性外力作用下,组件会产生形变和振动。传统光伏组件的电池片正面印刷着金属栅线,电池片之间以Z字形焊带相连。由于材料热膨胀系数不同,在反复的机械应力下,焊点处往往会成为应力集中点,从而诱发电池片隐裂。

随着时间的推移,隐裂将会在热胀冷缩和持续的应力作用下不断扩大,中断电流的传导路径,形成碎片化区域,导致功率衰减。更为严重的是,隐裂电池可能伴随着连接点互联异常,造成电池片的局部高电阻,在电流通过时会产生局部高温,形成热斑,这不仅会永久性地损害电池片,还可能烧穿背板,引发火灾风险。

这意味着,即便光伏电站表面上从强风中“幸存”,组件也可能存在难以察觉的“内伤”,为电站的长期运营收益与安全留下隐患。

为尽可能消除隐裂威胁,爱旭、隆基等BC技术阵营的厂商通过技术原理与工艺创新,从源头上增强组件韧性,应对外部冲击。以爱旭ABC天狼星组件为例,正面无栅线的设计使得金属接触全部位于电池背面,从而可以利用单面焊接工艺,将所有焊带布置于背面同一水平面,解决焊接应力集中问题;使用铜栅线代替传统银浆栅线,导电性能进一步提升的同时,铜栅线-铜焊带同种材料的结合相较银浆栅线-铜焊带更为紧密,焊接拉力得到显著提升,互联更为强健。

今年7月,爱旭ABC天狼星组件通过了德国莱茵TÜV集团风洞测试。在风洞中正面受风时,组件表面风速最高达到62m/s,相当于18级的超强风力已经超过了我国风力等级标准的最高值。EL检测结果显示,组件在强风冲击后没有出现隐裂情况,充分模拟验证了爱旭ABC天狼星组件在强风浪环境下的可靠性。

高标准的抗风能力并非“屠龙之技”。2024年11号台风“摩羯”登陆海南文昌时,中心最大风力便达到62m/s。电站整体可靠性固然受安装、运维等多重因素影响,但组件自身的耐用性仍在极端天气中起到决定性作用。

根据国际标准IEC 61215,光伏组件的抗风能力通常以2400Pa的机械载荷(风压)进行测试,这大约相当于130 km/h(或36.1 m/s)的风速,按台风等级划分,可以抵御12级台风。爱旭ABC组件远超标准的测试结果,证实了其在强风环境下的高可靠性。

场景化价值转型,安全是基石

过去十年,光伏行业的主旋律是“降本增效”,核心逻辑是追求更低的初始投资成本和更高的“瓦特峰值”。然而,随着光伏应用场景的日益复杂化和气候变化的加剧,这一逻辑正在面临深刻的修正。

未来,光伏行业的发展必然走向“场景化客户价值”的深度挖掘,这意味着光伏企业需要在产品、服务上做出差异化,为不同的客户提供不同的解决方案。过去一款产品“包打天下”的思维模式,忽视了需求端,一味地以供给端逻辑扩大生产,造成不符合市场需求的产品堆积,是造成如今光伏行业同质化竞争的原因之一。

以抗风性能为代表,组件安全可靠性能正从一个加分项,变为评估组件价值的“必选项”。它直接关系到电站25年乃至更长生命周期内的资产安全、发电收益和最终的投资回报率,对工况复杂的工商业屋顶业主来说尤为重要。通过技术创新,为特定场景提供高效、高可靠性解决方案的产品,将成为未来市场竞争的下一个制高点。

寻根溯源,风能亦是太阳能的一种形态,同时也对如今的太阳能发电形成考验。当整个行业都站在能源转型的“风口”之上,唯有筑牢安全的基石,才能真正驾驭风险,将自然的挑战转化为驱动产业高质量发展的机遇。