经过多年的研究，美国国家可再生能源实验室（NREL）的研究人员收集了位于美国37个州和地区的近2,500家公用事业规模公司的25,000台光伏逆变器的数据集。这是光伏电站性能数据计划，这是一个超过500万美元的项目，旨在更清楚地了解美国光伏电站的状况，并确定外部环境因素如何影响太阳能电池板的性能和老化。
PV Fleet项目从北美不同州的光伏系统收集了大量数据，以确定产量损失的可能原因。照片：Werner Slocum，NREL。
光伏 （PV） 系统的设计使用寿命为 20、30 甚至 50 年。然而，在其生命周期内，能源生产的微小损失可能会产生显著差异。这些差异甚至可以决定系统是盈利还是亏损。然而，能源生产的微小变化是难以衡量的。
虽然许多研究都检查了光伏组件的现场退化率，但该计划汇集了来自许多大型光伏装置的数据，以创建美国光伏机组的累积性能和退化率的基准。
由于暴露在元素中，预计所有太阳能电池板的性能都会随着时间的推移而下降。然而，许多因素导致了光伏发电量的退化和平均速率。
科学家们量化了温度对光伏系统性能和劣化的影响。地图： NREL.
2022 年，PV Fleet 团队在其第一个重大发现中发现，全国平均产量损失为每年 0.75%，证实了之前分析较小数据集的研究报告的类似值。此外，新的分析发现，较温暖地区的系统产量损失大约是较冷地区的两倍。
研究人员指出，这一平均性能损失是一个至关重要的数字，因为它表明美国的光伏系统总体上并没有严重故障，而是在预期范围内以适度的速度退化。然而，研究人员指出，尽可能准确地量化这一比率非常重要，因为这一数字几乎被用于太阳能项目的所有融资协议中，并为行业提供了指导。
气象现象对太阳能电池板的影响
极端天气事件（洪水、大风、冰雹、野火和闪电）会对光伏系统造成损坏，无疑会导致长期性能损失。
在IEEE光伏杂志上发表的一篇科学论文中，研究人员量化了极端天气对太阳能电池板的影响，将PV Fleet的光伏系统数据集的性能与美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的极端天气事件地图进行了比较。 以及联邦紧急事务管理局 （FEMA） 国家风险指数的交互式地图，可让您查阅不同州的冰雹风险。研究人员研究了当极端天气事件发生在其位置十公里范围内时，每个太阳能装置的性能如何受到影响。
研究人员记录了距离光伏装置不到十公里的恶劣天气现象，但在大多数情况下，损害很小。图示：NREL。
他们确定，对于大多数系统来说，极端天气事件的短期影响是最小的。一般来说，由极端天气条件引起的短期停电，例如被大风干扰的模块或被洪水损坏的逆变器，对大多数太阳能系统的影响很小。在 2008-2022 年期间，极端天气事件后的平均中断持续时间为 2 至 4 天，导致年产量平均仅损失 1%。在 6,400 个系统中，只有 12 个系统经历了更长的中断，即两周或更长时间。
大多数停电是由于洪水和降雨造成的，其次是与风有关的天气条件。大多数光伏系统只经历过一次与天气有关的停电。
气候加速了光伏系统的长期退化
短期中断和生产损失并不是极端天气的唯一影响。风、冰雹和雪会导致光伏电池出现裂缝和其他形式的光伏系统退化。
PV Fleet发现，在暴露于极端天气事件后，光伏装置的长期性能出现了明显的趋势。在超过一定阈值的天气事件、直径大于 25 毫米的冰雹、大于每小时 90 公里的风速或大于 1 米的积雪深度之后，这些系统显示出更大的年度产量损失。低于这些阈值，这些系统的性能损失与普通光伏系统相似。
所研究的光伏系统的良率损失率每年的良率损失不到2%。图示：NREL。
即使是由通过国际电工认证 （IEC） 61215（包括 25 毫米直径的冰雹抗冲击测试）认证的模块组成的系统，当相同尺寸的冰雹暴露在自然环境中时，性能损失率也更高。这表明需要进行更严格的冰雹测试。
应对气候影响的最佳实践
PV Fleet的研究人员认为，对收集到的数据的分析并不表明光伏系统不可靠或特别容易受到极端天气事件的影响。然而，他们指出了可以采取的一些措施来提高设备质量，特别是安装最佳实践，以提高对天气事件的适应能力。
联邦紧急事务管理局 （FEMA） 的国家风险指数提供了一个交互式地图，用于查看美国未来冰雹的风险，这是光伏车队专家使用的工具。照片：联邦紧急事务管理局（FEMA）。
首先，他们指出，为了加强光伏系统抵御极端天气的影响，组件制造商和光伏测试组织需要了解可能发生损坏的阈值。一旦确定了潜在损坏的阈值，该行业就可以开始针对这些条件进行设计，更重要的是，创建使太阳能电池板承受现实压力的测试。虽然最近开发的新冰雹测试是朝着这个方向迈出的一大步，但研究人员表示，还应该考虑更严格的风雪荷载测试标准。
其次，来自光伏车队项目的专家指出，高质量的装置也是提高对天气的适应能力的关键。他们指出，标准化安装实践，例如在多风地区使用直通螺栓和离屋顶边缘足够远的支架，可以帮助减轻对系统性能的影响。
PV Fleet的研究人员指出，光伏组件制造商需要对面板进行更严格的测试，以防止潜在的天气损害。照片：美国总务管理局。
此外，光伏系统运维人员还应了解光伏电池板在极端天气条件下可以承受的阈值，以便他们知道何时进一步分析受影响的系统。编译 陈讲运
最后，研究人员强调，业界需要意识到，如果设计和测试不当，更大的模块、更薄的电池和更薄的前玻璃等最新趋势可能会增加系统的脆弱性。专家表示，协调运营和维护记录以及对光伏资产的监控将能够主动检测新组件设计导致的潜在退化。
对于NREL研究人员来说，下一步是开发一种使用光致发光来分析太阳能电池板损坏的设备。该设备被称为PLatypus，照亮太阳能电池，然后将光发射回设备的摄像头。损坏的电池会发出不那么明亮和快速的光，从而表明太阳能电池板的状况。