小树洞2025年度光伏跟踪器盘点 | 第二回：碎裂的危机，组件高损率引发的行业焦虑

2025-12-08 09:33 小树洞谈光伏支架

引导语


当组件尺寸变大后，材料用量却不增反降，项目上组件的破损率居高不下。这一切都是怎么导致的，背后还有什么样的隐藏信息呢？


目录：

第一章：语出惊人

第二章：脆弱玻璃

第三章：单一测试

第四章：走出困境

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*全文共3795字31图

预计阅读时间10分钟



1

语出惊人


2025年10月20日，新能源播客频道：SunCast，在领英上发布了一则帖子。该贴引述了来自独立第三方Kiwa PVEL的测试结论，揭露了一个令人恐怖的现象。

Kiwa今年对大量组件进行了机械荷载测试，其中20%的组件在1800Pa静压下就发生了破坏，而这个失效概率在2024年，仅仅只有7%。

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▵SunCast播客的领英发帖


一石激起千层浪。这则帖子在领英上迅速发酵，评论区内分为两派争执不下，争论的焦点集中于20%的失效率的真实性。然而，随着众多的第三方机构相继加入讨论，大家逐渐意识到，组件破损率居高不下已经是行业内的普遍认知。

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▵Kiwa实验室的机械荷载测试


实际上，早在今年6月，Kiwa便邀请了行业内50家组件企业，并对他们的组件开展全面“体检”。Kiwa还创新性地构建了一套“可靠性记分卡”制度，以此帮助用户精准判断各家组件厂家的产品性能。

此次实验严格依据IEC61215规范展开，测试内容全面且细致，涵盖静载、动载、抗冰雹以及电气性能等多个方面。从测试结果来看，玻璃破碎、边框撕裂、接线盒破坏等各类损坏情况屡见不鲜，其综合损坏率居高不下，20%的比例就来源于此。

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▵MSS(Mechanical Stress Sequence)

机械荷载失效率是往年的3倍


Kiwa采用的机械荷载测试序列，包含了多种安装方式，并以编号来命名，它们是：
  1. 400mm安装孔，±1800Pa，静压测试
  2. 790mm安装孔，±1800Pa，静压测试
  3. 沿短边四角安装，±1800Pa，静压测试
  4. 双轨四夹具安装，±2400Pa，静压测试

显而易见，以上排序对组件机械性能的要求由高到低，Kiwa通过这样的编号来统计哪些组件通过了哪种测试，并让用户能够间接来判断组件的机械强度。

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▵通过Kiwa 2025年全序列测试的最佳组件


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▵Kiwa提供线上实验结果查询服务


除了Kiwa以外，近年来，全球各地的其他第三方也纷纷关注到了组件的大规模破损问题。

2022年，FUSC(Federal University of Santa Clara)大学在巴西南部建立了一个100kW的实验基地，该基地安装了搭配双面组件的跟踪系统。在建立后的一年里，所有158块组件中有83块出现了玻璃裂痕，破损率高达52.5%。

2023年，CFV实验室在一次线上交流会时提到，他们的测试数据显示，2023年相比较2018年，组件测试失效率上升了3倍。在CFV测试的组件中，将近30%无法通过1500Pa测试压强。

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▵组件耐压能力逐年下降

组件失效率逐年上升


2024年，DNV发布了一则白皮书，声称在一个亚太地区的双面组件跟踪器项目中，当风速超过15m/s后，项目中有15%的组件背面玻璃出现了破损。

2025年二月，IEA(International Energy Agency)的PVPS小组出具一份组件失效率报告，该报告宣称2mm玻璃的双面组件在安装后的头两年，其背后玻璃破损率可达5~10%。

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▵PVPS和DNV对于组件破损的报告


2025年3月，IEEE杂志发表文章，分析现阶段双面组件玻璃损坏率，文章中声称目前项目的头5年为组件破损率高峰，最高可达17.5%。

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▵IEEE光伏杂志发布的组件失效率


仿佛是一夜之间，原本坚强的组件变得脆弱不堪，令人唏嘘。




2

脆弱玻璃


自从2020年大组件趋势以后，组件的尺寸迅速变大，意味着单块组件将要承担更多的压力。然而雪上加霜的是，大组件在材料用量上不增反降：

  • 玻璃厚度，3.5mm下降为2mm
  • 铝边框高度，40mm下降为30mm
  • 铝边框厚度，2mm下降为1.2mm

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▵组件尺寸增大，材料用量下降


诚然，减少材料用量，可以帮助减少整个组件的重量，从而加快工人的安装速度。根据美国职业安全与健康研究生(NIOSH)的建议，双人每5分钟进行抬起劳作的最大重量为33.5kg。

显然，如果继续保持单玻组件时代的材料用量，许多组件的重量已经远远超出了标准范围。

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▵NIOSH对人工抬升重量有严格的规定


当然，大家都知道，组件厂家减少材料用量的真正目的，其实是降本。

然而在降本的同时，无形中还降低了质量品控。2mm玻璃的工艺复杂度已经逼近了玻璃制造业的天花板，其质量控制难度要远远高于3.2mm玻璃。


光伏组件的玻璃，为了提高耐碎能力，往往会对其表面进行热处理和化学处理。玻璃本身的强度大小，极大依靠这层被处理强化过的表面。一般这层表面占据了40%的玻璃厚度。


在3.2mm时代，玻璃制作的工艺能有效形成这层保护层。但当我们步入2mm时代后，再想要维持原先的保护层厚度则异常艰难。


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▵组件表面的保护层一般占据40%的总厚度


品控质量的差异，也会导致不同批次玻璃的性能差异，2024年，某个第三方在德国的一个55MW项目上，发现了一种离奇的现象。两个背靠背的项目，全部采用同一家公司的同款组件，却因为组件玻璃供应商的不同，导致两个项目的组件损坏率相差了一个数量级。


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▵组件边框生产工艺差异也影响了组件机械性能


如今，厚薄两种玻璃在现场的破碎情况出现了本质上的不同。原先3.2mm玻璃破损往往为“中心开花”形式，可以比较容易追溯玻璃破坏的失效点。而现在2mm玻璃的失效裂纹却是随机出现，还想要追踪其失效原因真是难上加难。


这也使许多组件出现损坏后，工程师无法建立有效的整改措施。即使组件被替换掉，相同的损坏还是会反复发生。


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▵组件玻璃碎裂情况已经发生变化


3

单一测试


纵观项目地组件破损现象的背后，还有一个不可忽视的原因。

如今组件厂家在标定组件机械性能的时候，往往采用IEC61215标准的测试要求。IEC提供了一阵套完整的测试方案，并且规定了一个测试安全系数：r_m=1.5。

本洞曾经专门写过一篇文章测试荷载&设计荷载，如何匹配项目要求？，文中也讨论了这个安全系数的意义。对于不同生产工艺的玻璃来说，其安全系数也不尽相同。

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▵不同工艺玻璃的安全系数


浮法玻璃由于其工艺制作过程的随机不一致性，它计算所需的安全余量要普遍大于压延玻璃。目前组件厂家在选择组件背后玻璃时，往往采用价格更便宜的浮法玻璃。通过上表我们可以发现，退火浮法玻璃的其安全系数在1.6~2.5之间。

由此可见，对于材料属性安全余量而言，IEC所要求的1.5倍安全系数，显然已经捉襟见肘了。

这还不是最恐怖的。

当我们设计项目时，为了判断某款组件是否匹配跟踪器结构，往往会做一个组件匹配性测试。该测试按照项目实际的跟踪器和组件安装方式，在组件上施加项目要求的荷载。通过这个匹配性测试，来佐证组件是否满足项目要求。

这一整套流程乍看之下逻辑严密、合理合规，然而却忽略了一个至关重要的问题：所有测试均仅开展一次。无论是kW级的小型项目，还是GW级的大型项目，整个电站中数以百万计的组件可靠性，竟全都维系于一次沙袋测试之上。

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▵整个光伏电站的命运都掌握在一次组件测试上


可以明确指出的是，即便组件的款式相同，但受不同生产批次的影响，其结构特性也难以做到完全一致。这意味着每一块组件都存在其独特性，仅仅在单块组件上开展测试，根本无法全面、精准地呈现所有组件的真实状况。

组件荷载测试与结构测试颇为相似，在结构行业内，若要精准获取结构的真实特性，通常需要进行大量重复性的破坏测试（test-to-failure）。通过这种测试方式，能够积累丰富且可靠的数据，进而形成一个稳定的数据样本。

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▵例如POT测试，往往需要多样品，反复测到破坏极限


值得注意的是，这种破坏性测试对样本数量有着明确要求，一般以25 - 50块组件作为一个样本组。基于这些大量的样本数据，可以构建起Weibull概率分布模型，再借助统计学分析方法，得出变异系数。最终，依据这个变异系数，能够进一步推算出材料不确定性所对应的安全系数。

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▵统计学中常用Weibull分布来判断产品失效概率


4

走出困境


本篇文章聚焦光伏行业长期趋势：降本增效。其实降本不只体现在组件，在巨大的成本压力下，系统其他设备也在探寻自身降本最优路径。当各类设备厂家的“新科技”用于系统端时，却在无形中提高了组件碎裂的风险。

对于跟踪器厂家，常见的降本手段包括：
  • 大风角度，从30°增大到60°
  • 檩条厚度，从2mm下降到1.2mm
  • 立柱间距，从7m增大到10m
  • 迎风停靠，改成背风停靠
  • 随坡就势，弯曲主轴和组件来减少土方量

由于行业的壁垒效应，组件和跟踪器之间难以实现协同配合，结果便是各自压低自身成本，然后将最终风险转嫁至系统用户身上。

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▵跟踪器也在采用各种“新科技”来降本


当然，并非所有人都选择做“把头埋进沙里的鸵鸟”。越来越多的人开始积极探寻破局之道，提出了各式各样颇具创意的解决思路。

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▵VDE提出非平衡组件测试


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▵钢边框可有效提高组件耐压能力


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▵组件回收行业也悄然崛起


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▵组件回收的一般流程


2025年，在大家的努力下，光伏发电成本已经处于历史最低值。在各种发电能源手段中，光伏发电首次成为LCOE的最强王者。

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▵光伏已经成为最具性价比的发电能源


而这一切的成绩都离不开每一个正在看本文的小伙伴。希望大家能够齐心协力，打破行业异次元，一起面对挑战，迎接更伟大的时代机遇。


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