能源行业概况介绍：针对不同气候优化光伏系统（英译中）

2025年7月作者：事实清单任务13光伏系统的可靠性与性能VPSP加布里·弗里森，瑞士苏黎世高等专业学院，瑞士 莱昂纳多·米切利，意大利罗马大学，意大利 乌尔里卡·扬恩，德国弗劳恩霍夫中德可持续能源技术中心，德国针对不同气候的光伏系统优化 2 性能风险：气候特异性压力设计挑战：为什么特异性气候策略很重要环境胁迫：每种气候都有其自身的压力源：低温紫外线照射极端温度波动机械应力(Snow, Ice, Wind)污染盐雾湿度高温国际能源署光伏系统计划第13任务“针对不同气候的光伏系统优化”报告为光伏开发者、规划者和运营商提供针对特定气候的指导，以提高系统性能、减缓衰减并增强可靠性。温度极端、紫外线辐射、湿度、雪、沙和生物膜直接影响能源产出和可靠性。具有高太阳能潜力的地区可能会遭遇恶劣条件，这将加剧性能损耗，并增加系统压力和退化风险。针对特定气候的系统设计和减缓策略对于最大化光伏系统寿命和投资回报至关重要。* 这份事实摘要总结了IEA PVPS任务13的全面报告：Friesen, G., Micheli, L., Eder, G.C., Muller, T., Ali, J.M.Y., Rivera, M., 等. (2025). 针对不同气候的光伏系统优化. [IEA-PVPS T13-32:2025]. https://doi.org/10.69766/QSYC8858.为什么必须针对不同气候优化光伏系统？全球光伏部署正迅速扩展到曾经被认为对太阳能而言挑战过于严峻的地区：沙漠、热带地区和雪量丰富的地区。这些环境提供了强大的光伏潜力，但也引入了独特的设计、运营和可靠性挑战。 3 🌨 雪和冰的形成最佳实践和缓解策略压力源和典型问题寒冷多雪气候针对不同气候的光伏系统优化风雪流沙低温和热循环高强度辐照和紫外线暴露这些气候存在于高海拔和高纬度地区，具有长时间的低温期。它们的特点是日照季节变化大，在高中纬度地区太阳高度角低，或在海拔高处偶尔有高紫外线暴露。执行详细的积雪荷载分析、风压评估和季节性辐照度研究。当地天气和历史积雪数据可用于预测积雪堆积模式和漂移。低温会使封装和焊点变脆，使模块更容易开裂。昼夜温差大导致热循环，造成微裂纹和长期可靠性问题。大风可能导致雪被吹移，造成负载不均，增加模块和结构的机械应力。风也可能导致安装系统的相关机械疲劳。积雪、结冰和冻融循环很常见，给光伏系统运行和维护带来了挑战。图 1：纬度与年平均环境温度的相关性，突出显示寒冷和降雪/极地柯本·盖革 PV（KGPV）气候区。使用大的倾斜角度和足够的离地间隙来减少雪积，并采用坚固的支架来承受雪和风的载荷。在规划组件串时必须考虑来自雪的遮蔽。积雪可能导致遮阳、增加污损损失，并产生使组件框架变形或导致玻璃破裂的重载荷。结冰会阻挡光线并增加机械应力，而解冻循环则存在进水和再结冰损伤的风险。模块应具有加固框架、更厚的玻璃和柔性封装材料，以应对雪载和低温。抗紫外线材料是理想的，用以承受高海拔紫外线辐射。在高海拔地区，由于高辐照度及雪在紫外波段反射80-90%，增加的紫外线照射会降解背板和封装材料。4 ☀ 热循环炎热干旱气候压力源和典型问题污染尘埃和沙尘暴大风最佳实践和缓解策略咸雾针对不同气候的光伏系统优化紫外线辐照度在沿海地区，咸雾与含有高盐浓度的细颗粒物结合，会导致有害的腐蚀反应。使用当地气候数据评估污渍率、粉尘成分、风模式和温度波动，以规划清洁需求并优化该场地的系统设计和运维策略。高温变化可以在光伏板结构中诱导应力，可能导致分层、材料疲劳和断裂。紫外线诱导降解会导致表面开裂和分层，从而影响组件的性能和耐久性。沙尘暴降低能见度，降低地表辐照强度，并加速光伏组件的积尘。风有利于污染物的运输，并造成强烈的机械负载应力和振动，可能导致损坏。这种污染降低了能量转换效率，还可能造成部分遮光，在出现热点时会导致永久性损坏。高温模块应使用耐紫外线和耐热的封装材料和背板，使用更厚的玻璃以防止沙尘侵害，并使用防污涂层以最大程度地减少清洁频率和减少磨损。为降低模组温度而设计的强化通风系统，为应对风沙风暴而构建的坚固结构，以及优化倾角和间距以减少污染并最大化能量捕获。极端高温增加模块工作温度，导致热点出现并加速封装材料和背板的降解。灰尘和沙尘导致污染和磨损，减少透光率并造成额外的表面磨损。模块和逆变器在暴露于高温时可能会受到严重影响，导致效率降低和性能损失。图 2：纬度与年平均环境温度的相关性，突出沙漠和草原 KGPV 气候区。5 🌦 最佳实践和缓解策略增强粉尘粘附力高湿度和高温炎热潮湿的气候高辐照和云量变化生物生长针对不同气候的光伏系统优化压力源和典型问题热带和亚热带地区由于云层变化频繁，导致辐照度快速且频繁地变化，这会造成光伏组件温度的快速、低幅度的变化。在湿度高的地区，灰尘颗粒更容易、更牢固地粘附在组件玻璃罩上，因此需要彻底清洁。此外，露水也会导致灰尘颗粒发生凝固，使得它们难以通过自然清洁去除。高湿度及频繁降雨会导致湿气侵入、接线盒和电气连接的腐蚀以及分层。温暖潮湿的条件会促进模块表面生物膜和藻类的生长，降低光捕获