DuraMAT：将太阳能组件使用寿命延长至50年

DuraMAT研究将太阳能组件使用寿命延长至50年

高发电量、低成本和可靠性是太阳能组件的最佳特性。这些高科技半导体器件必须在 30 到 40 年的太阳、风、冰雹、雪和高温下继续发电，这些天气条件会导致模块随着时间的推移缓慢退化并产生更少的电力。计算出 30 年的退化，以便今天建造的模块不再产生足够的能量。耐用组件材料（DuraMAT）联盟正在研究可以将太阳能组件寿命延长至50年的想法。

DuraMAT联盟正在努力延长太阳能组件的使用寿命。照片：Dennis Schroeder（NREL）。

DuraMAT于2016年11月在美国能源部（DOE）太阳能技术办公室（SETO）的资助下启动，是一个由国家可再生能源实验室（NREL）领导的多实验室联盟，桑迪亚国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室作为中心研究实验室。来自大学、太阳能公司、美国国家实验室和行业顾问委员会的其他研究人员提供了来自整个太阳能社区的不同观点。

具体来说，DuraMAT有五个主要目标。它提供了一个中央数据源，在那里收集和传播与光伏组件可靠性相关的数据，并应用数据科学来获得新的见解。另一个目标是开发建模工具，以快速扩展加速测试结果，并定量评估新光伏材料和设计的影响和降解模式。

DuraMAT将五个核心目标整合到其研究战略中。

作为第三个目标，该联盟专注于颠覆性加速科学：根据相对激进的实验条件，了解光伏材料、模块和系统在户外的表现。第四，它研究现场模块的取证分析，最后，DuraMAT 材料解决方案的第五个目标是利用其所有合作伙伴的技术能力来设计、开发和降低材料的风险，以应对当今光伏系统的可靠性挑战。

经过五年对太阳能组件可靠性的研究，并在高影响力项目中授予了3000万美元，SETO又向DuraMAT授予了3600万美元，从2021年开始再提供六年的资金。该财团目前正在进行第二阶段的工作。

将太阳能组件的使用寿命延长至50年的想法

DuraMAT正在探索将太阳能模块寿命延长至50年的想法。为此，它研究了组件和电池技术的新变化，例如双面组件也可以收集从其背面反射的光，或者可以使用30多年的新型高效电池。

DuraMAT的数据中心为联盟成员和公众提供了一个框架，以提供和访问光伏耐久性数据。

该联盟根据在不同气候下观察到的环境条件开发了模块的加速压力测试。这些测试与法医材料科学分析和详细的故障物理模型相结合，以更好地了解导致模块退化的原因，最终目标是预测它们何时会失效。此外，DuraMAT 将生成的数据收集到中央共享数据存储库（DuraMAT Data Hub）中，并应用其知识开发新的创造性方法来提高模块的耐用性。

最终目标是更好地预测新材料和模块设计的性能，建立对它们将持续 30 多年的信心，尽管缺乏关于新技术的现有长期现场数据。数据显示，较旧的光伏技术是耐用的，DuraMAT正在应用这些知识对新技术做出更准确的预测。

太阳能组件压力测试

DuraMAT开发联合和加速压力测试。研究人员发现，压力源通常需要组合应用才能更快地获得相关结果。虽然组合压力测试并不是一个全新的想法，但 DuraMAT 已将其提升到一个新的水平。在NREL室外测试设施的受控室中，光伏组件承受多种压力源，例如极端温度、水和紫外线照射，以在几周或几个月内模拟真实户外多年发生的情况。

NREL研究人员录制的视频截图显示了科罗拉多州戈尔登的一个联合加速测试室的内部。

其他测试旨在模拟其他应力，例如，多年的风暴露如何扩大光伏电池的裂缝。为了更好地理解导致这些故障的机制，DuraMAT将这些信息与计算机建模相结合，并分析了在现场发生故障的太阳能组件的微观材料。

电致发光图像显示了站在太阳能模块上时可能发生的裂纹。照片：拜伦·麦克丹诺德（NREL）。

在DuraMAT的框架内，一个由初级科学家组成的团队结合了几个实验室的专业知识，开发了一种基于加速测试来预测哪些背板材料在现场会开裂的方法。由于2010年至2015年间广泛使用的新型背板材料，该行业经历了相当大批量的组件故障（约10 GW）。尽管通过了所有行业标准的测试，但这种材料在几年后开始开裂。材料故障迫使光伏开发商更换有故障背板的组件。使用已知的好坏背板使DuraMAT团队能够开发一种程序来验证新的测试序列。现在，该团队正在研究其他类型的材料和模块设计。编译 陈讲运

DuraMAT的第二阶段

在五年前从零开始之后，DuraMAT在第二阶段有一个良好的开端，因为在第二阶段可用于该财团工作的3600万美元总资金中，已经获得了许多项目。

NREL领导的联盟研究了太阳能组件在现场失败的原因以及如何延长其使用寿命。

DuraMAT 2022-2027 年的目标包括调查哪些光伏材料和模块设计将能够开发可持续、节能的 50 年电池组件，并确保这些新模块不会过早失效。还将重点研究是什么触发了磨损，定义为寿命末期退化的快速增加，以及光伏组件的长期退化特性是什么。

DuraMAT每月举办一次网络研讨会，分享最近合作者的工作，并为光伏研究界提供参与未来研究方向的机会。

今天，大部分研究仍然集中在可靠性和耐用性上。DuraMAT官员解释说，现在的重点正在转向预测测试和建模方法，这将使新技术能够更快、更准确地评估可靠性。目标是开始预测组件的寿命，以及这将如何影响太阳能组件的材料供应链。以预测寿命建模为重点，目标是将寿命为 50 年的组件进行潜在的商业化。

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