揭秘创新方法：预测沙蚀环境下太阳能电池组件的寿命

2025年2月24日，太阳能研究前沿传来令人振奋的消息。阿尔及利亚的一组研究人员在沙尘环境下太阳能电池组件耐久性研究方面取得了重大进展。他们设计了一个全新的试验台，并制定了独特的加速度定律，该定律考虑了两个关键因素：风速和沙尘密度。这项新颖的方法已在四个光伏 (PV) 组件上进行了测试，结果令人瞩目，考虑到沙尘的影响，组件的使用寿命可达47年。

这项研究涵盖了太阳能行业的多个重要领域，包括制造、组件质量评估、污染问题处理以及整体技术研发。这项研究意义重大，尤其对于像北非阿尔及利亚这样的地区而言。这些地区沙漠广泛分布，太阳能潜力巨大，但却面临沙蚀的挑战。

来自阿尔及利亚的科学家们提出了一种专门针对光伏组件的创新型加速老化试验台，并开发了一种前所未有的加速定律，专门用于应对沙蚀引起的组件性能下降。通讯作者 Abdelkader Elkharraz 向《光伏》杂志分享道：“我们的研究与现有模型截然不同。我们引入了一种专门针对沙蚀设计的定律。通过结合风速和沙尘密度，我们可以更准确地预测组件在沙漠环境中的使用寿命。”

在沙漠地区，沙蚀是光伏组件可靠性面临的最大威胁之一。强风吹拂下的沙粒不断冲击组件表面，造成机械和光学损伤。这种损伤表现为多种形式：保护玻璃层磨损、防反射涂层刮伤、灰尘和碎屑堆积。所有这些因素共同作用，降低了光透射率，最终降低了组件的总功率输出。

这个定制的试验台堪称工程奇迹。它使研究人员能够精确控制影响沙蚀的参数。它配备了一个可以调节沙子密度的供沙装置、一个调节风速的变速风扇，以及一个确保模块从各个角度暴露在沙子中的旋转台。为了使测试更能代表真实的沙漠条件，他们使用了来自荒漠化地区的沙子。这种沙子颗粒更大、形状更不规则，使得侵蚀更加剧烈。

研究团队选取了四块单晶硅光伏组件进行测试。其中两块是全新的100瓦Dinel Solaire组件，另外两块是之前使用的80瓦Visel组件。在测试条件1下，组件承受的沙尘密度为5.8克/立方米，风速为12米/秒。测试条件2则更为严苛，沙尘密度为10.3克/立方米，风速为15米/秒。研究人员表示，测试条件1模拟了“严酷的加速环境”，而测试条件2则代表了“更为严酷的加速环境”。

新的加速定律以其创始人埃尔哈拉兹-布塞德定律命名，该定律考虑了风速和沙尘密度。它计算平均故障时间 (MTTF)，即系统在特定条件下发生故障前可运行的平均时间。结合基于模糊逻辑的数据分析程序，该模型可以确定加速因子 (AF)。AF 是一个至关重要的指标，因为它量化了加速测试条件下的退化率与实际场景中的退化率之间的比率。

Elkharraz 教授解释说：“我们将收集到的数据与阿尔及利亚阿德拉尔太阳能发电厂的实际风能数据进行了关联。然后，我们利用这个综合数据集估算了这些模块在典型沙漠运行条件下的实际寿命。”

研究结果颇具启发性。在阿尔及利亚阿德拉尔地区，他们的模型结合基于模糊逻辑的数据分析程序预测，VISEL 组件的使用寿命将显著延长至 46.8 年，而 DINEL 组件的使用寿命预计为 31.6 年。年衰减率也支持了这一结论，VISEL 组件的衰减率为 0.64%，而 DINEL 组件的衰减率为 1.38%。这些衰减率与现有研究结果一致，凸显了该模型在易受风沙影响地区准确预测组件寿命的潜力。

该研究成果发表在《可再生能源》杂志的题为《光伏组件沙蚀退化新型加速规律》的论文中。这项开创性的研究由来自阿尔及利亚阿德拉尔艾哈迈德·德拉亚大学、美迪亚大学和可再生能源发展中心（CDER）的科学家合作完成。