經過多年的研究，美國國家可再生能源實驗室（NREL）的研究人員收集了位于美國37個州和地區的近2,500家公用事業規模公司的25,000台光伏逆變器的資料集。這是光伏電站性能資料計劃，這是一個超過500萬美元的項目，旨在更清楚地了解美國光伏電站的狀況，并确定外部環境因素如何影響太陽能電池闆的性能和老化。
PV Fleet項目從北美不同州的光伏系統收集了大量資料，以确定産量損失的可能原因。照片：Werner Slocum，NREL。
光伏 （PV） 系統的設計使用壽命為 20、30 甚至 50 年。然而，在其生命周期内，能源生産的微小損失可能會産生顯著差異。這些差異甚至可以決定系統是盈利還是虧損。然而，能源生産的微小變化是難以衡量的。
雖然許多研究都檢查了光伏元件的現場退化率，但該計劃彙集了來自許多大型光伏裝置的資料，以建立美國光伏機組的累積性能和退化率的基準。
由于暴露在元素中，預計所有太陽能電池闆的性能都會随着時間的推移而下降。然而，許多因素導緻了光伏發電量的退化和平均速率。
科學家們量化了溫度對光伏系統性能和劣化的影響。地圖： NREL.
2022 年，PV Fleet 團隊在其第一個重大發現中發現，全國平均産量損失為每年 0.75%，證明了之前分析較小資料集的研究報告的類似值。此外，新的分析發現，較溫暖地區的系統産量損失大約是較冷地區的兩倍。
研究人員指出，這一平均性能損失是一個至關重要的數字，因為它表明美國的光伏系統總體上并沒有嚴重故障，而是在預期範圍内以适度的速度退化。然而，研究人員指出，盡可能準确地量化這一比率非常重要，因為這一數字幾乎被用于太陽能項目的所有融資協定中，并為行業提供了指導。
氣象現象對太陽能電池闆的影響
極端天氣事件（洪水、大風、冰雹、野火和閃電）會對光伏系統造成損壞，無疑會導緻長期性能損失。
在IEEE光伏雜志上發表的一篇科學論文中，研究人員量化了極端天氣對太陽能電池闆的影響，将PV Fleet的光伏系統資料集的性能與美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的極端天氣事件地圖進行了比較。 以及聯邦緊急事務管理局 （FEMA） 國家風險指數的互動式地圖，可讓您查閱不同州的冰雹風險。研究人員研究了當極端天氣事件發生在其位置十公裡範圍内時，每個太陽能裝置的性能如何受到影響。
研究人員記錄了距離光伏裝置不到十公裡的惡劣天氣現象，但在大多數情況下，損害很小。圖示：NREL。
他們确定，對于大多數系統來說，極端天氣事件的短期影響是最小的。一般來說，由極端天氣條件引起的短期停電，例如被大風幹擾的子產品或被洪水損壞的逆變器，對大多數太陽能系統的影響很小。在 2008-2022 年期間，極端天氣事件後的平均中斷持續時間為 2 至 4 天，導緻年産量平均僅損失 1%。在 6,400 個系統中，隻有 12 個系統經曆了更長的中斷，即兩周或更長時間。
大多數停電是由于洪水和降雨造成的，其次是與風有關的天氣條件。大多數光伏系統隻經曆過一次與天氣有關的停電。
氣候加速了光伏系統的長期退化
短期中斷和生産損失并不是極端天氣的唯一影響。風、冰雹和雪會導緻光伏電池出現裂縫和其他形式的光伏系統退化。
PV Fleet發現，在暴露于極端天氣事件後，光伏裝置的長期性能出現了明顯的趨勢。在超過一定門檻值的天氣事件、直徑大于 25 毫米的冰雹、大于每小時 90 公裡的風速或大于 1 米的積雪深度之後，這些系統顯示出更大的年度産量損失。低于這些門檻值，這些系統的性能損失與普通光伏系統相似。
所研究的光伏系統的良率損失率每年的良率損失不到2%。圖示：NREL。
即使是由通過國際電工認證 （IEC） 61215（包括 25 毫米直徑的冰雹抗沖擊測試）認證的子產品組成的系統，當相同尺寸的冰雹暴露在自然環境中時，性能損失率也更高。這表明需要進行更嚴格的冰雹測試。
應對氣候影響的最佳實踐
PV Fleet的研究人員認為，對收集到的資料的分析并不表明光伏系統不可靠或特别容易受到極端天氣事件的影響。然而，他們指出了可以采取的一些措施來提高裝置品質，特别是安裝最佳實踐，以提高對天氣事件的适應能力。
聯邦緊急事務管理局 （FEMA） 的國家風險指數提供了一個互動式地圖，用于檢視美國未來冰雹的風險，這是光伏車隊專家使用的工具。照片：聯邦緊急事務管理局（FEMA）。
首先，他們指出，為了加強光伏系統抵禦極端天氣的影響，元件制造商和光伏測試組織需要了解可能發生損壞的門檻值。一旦确定了潛在損壞的門檻值，該行業就可以開始針對這些條件進行設計，更重要的是，建立使太陽能電池闆承受現實壓力的測試。雖然最近開發的新冰雹測試是朝着這個方向邁出的一大步，但研究人員表示，還應該考慮更嚴格的風雪荷載測試标準。
其次，來自光伏車隊項目的專家指出，高品質的裝置也是提高對天氣的适應能力的關鍵。他們指出，标準化安裝實踐，例如在多風地區使用直通螺栓和離屋頂邊緣足夠遠的支架，可以幫助減輕對系統性能的影響。
PV Fleet的研究人員指出，光伏元件制造商需要對面闆進行更嚴格的測試，以防止潛在的天氣損害。照片：美國總務管理局。
此外，光伏系統運維人員還應了解光伏電池闆在極端天氣條件下可以承受的門檻值，以便他們知道何時進一步分析受影響的系統。編譯 陳講運
最後，研究人員強調，業界需要意識到，如果設計和測試不當，更大的子產品、更薄的電池和更薄的前玻璃等最新趨勢可能會增加系統的脆弱性。專家表示，協調營運和維護記錄以及對光伏資産的監控将能夠主動檢測新元件設計導緻的潛在退化。
對于NREL研究人員來說，下一步是開發一種使用光緻發光來分析太陽能電池闆損壞的裝置。該裝置被稱為PLatypus，照亮太陽能電池，然後将光發射回裝置的攝像頭。損壞的電池會發出不那麼明亮和快速的光，進而表明太陽能電池闆的狀況。