歐洲現存已知的最古老的光伏電站，位于瑞士南部的提契諾州，這個安裝在瑞士應用科學與藝術大學實驗室屋頂的10KW發電系統，簡稱TISO‐10，自從并網以來幾乎不間斷運行了40年。

瑞士聯邦能源辦公室(SFOE)邀請瑞士洛桑聯邦理工學院的兩位科學家Alessandro Virtuani、Mauro Caccivo及其研究小組對這個電站進行研究，主要測量數據包括1982年到2017年間的大量信息。Mauro Caccivo教授表示，他們的團隊處理了數不清的文件，花了近兩年的時間來整理所有相關信息。

40年壽命的組件

TISO‐10電站當時的建設成本約為47.5萬美元（在今天，約合30.9萬美元），項目所有的288片組件的成本約為37美元/W,這種玻璃背板的組件每片輸出功率37W，品牌是當時最大的組件制造商Arco Solar。據了解，Arco Solar在當時擁有1MW的年產能，它先是被德國西門子收購，又在2007年被德國的SolarWorld收購。

圖片：TISO‐10電站由Arco Solar提供組件，來源：SUPSI PVLab

雖然TISO‐10電站系統的電氣布局發生了幾次變化，但是除了僅有的幾次更換逆變器之外，所有的組件一用到底，始終暴露在室外和陽光下，沒有經歷過翻新或者改造，有極少數幾片組件更換了接線盒和旁路二極管。

兩位科學家強調說，“這些組件的機械強度令人驚奇，”然而，這些組件的重量、尺寸以及電池片的厚度并不能反映現在或者近幾年的組件在使用中可能發生的情況，因為后者可能會發生隱裂。“但是這些組件可以告訴我們很多關于濕度滲透和變黃的信息。每個組件都封裝了一層鋼箔，以防止水汽進入，鋼箔的兩側都被絕緣材料Tedlar包裹。” 他們解釋說，盡管該產品的結構更像玻璃/玻璃組件，而不是傳統的玻璃/背板組件，但它更接近我們今天所定義的雙玻組件。

圖片：直徑為102mm的單晶電池片 來源：SUPSI PVLab

這種組件的轉換效率為10%，開路電壓21.5V，短路電流為2.55A，尺寸為1219mm × 305mm x 38mm，單片重4.9KG，由35片直徑為102mm的單晶電池片制造而成。“現在的電池片技術要復雜的多，包括表面鈍化技術或者多層結構。這種復雜性可能會使電池片變得更脆弱，并面臨更高的降解率。”科學家們補充說。

總的來說，逆變器共更換了五次，Abacus controls公司提供了最初的逆變器設備，十年后換成了Invertomatic公司的產品，系統設計也進行了修改，采用了更長的組串連接。到了后期，則使用了SMA的逆變器，系統設計又恢復到原來的配置。

截然不同的發電量

TISO‐10電站的組件表現差別明顯。研究人員將電池板分為三組，表現最好的組件幾乎沒有發黃，其他兩組則表現出中度、高度變黃。“在第三組中，泛黃的程度十分強烈以至于組件變成了棕色。電池板的長期電氣性能和老化程度與封裝材料高度相關。”科學家們表示。

經過近幾年的化學分析證實，三組電池板的封裝材料都是由相同的基礎聚合物——聚乙烯醇縮丁醛(PVB)制造而成的，但是Arco Solar公司當時選了三家封裝材料供應商，這些供應商在聚合物中采用了不同的添加劑，從而導致不同的性能。研究人員解釋說，“細節決定成敗！在這種情況下，封裝材料只要改變一種添加劑，就會影響整個光伏電站的性能。這表明封裝材料的選材至關重要！”

圖片：已經運行了近40年的光伏組件。來源：SUPSI PVLab

由于從組件中提取聚合物是一種破壞性的手段，研究人員只能對有限數量的組件進行化學分析，但他們排除了其他降解原因，因為泛黃只與封裝材料有關。

三組電池板的功率衰減

大約有21.5%的組件顯示每年有-0.2%的衰減，這也與制造商承諾的數據相符。而大約有72.9%的組件每年有-0.2%—-0.7%的衰減。科學家表示，大部分的組件都表現良好，達到了最初的預期。也就是說這個電站中至少有70%的組件滿足35年的使用壽命。

分析還表明，有87.5%的組件出現了一些輕微的分層和接線盒問題，但是這些問題在三組電池板中分布的比較平均。此外，一些組件還出現隱裂、背板老化、內部電路腐蝕、熱斑和糊斑。

研究人員強調，從光伏電站安裝和組件研究中得到的第一個也是最重要的教訓是：材料清單（BOM）至關重要。材料的選擇無論是在今天還是在四十年前都一樣關鍵。

翻新還是更換？

當被問到這種老舊光伏系列的未來，到底是維修改進（盡管發電量較低）還是直接更換新的系統時，兩位科學家給出了不同的觀點。

Mauro Caccivo表示，“從經濟上講，最好是重新升級或者直接采用一個全新的光伏系統來取代老的電站。"然而，歐盟委員會已經為太陽能組件建立了40年的生命周期，合理地說，我們必須充分使用光伏產品，直到它們生命周期結束，或者直到其原始性能的80%得到滿足。”他補充說，通過對瑞士這個古老電站的研究，可以發現，很多組件每年僅有-0.2%的衰減，生命周期遠比40年要長。

Alessandro Virtuani則認為，通過適當的運維，可以延長光伏系統的生命周期。 “如果光伏系統運行良好，它可以運行超過40年，”他解釋說。另一方面，“目前歐洲的一些電站都是以30年受用壽命來進行商業規劃。如果系統和組件運行良好，沒有什么能阻止我們延長光伏系統的運行時間。”

他還表示，將光伏系統的壽命延長到30年以上也可能取決于光伏系統的應用。比如說，一個光伏水泵系統，不需要長時間滿載負荷，這樣它的運行壽命可能會遠超業主的預期。

兩位研究專家的結果發表在兩篇不同的論文中，“35年的光伏：TISO‐10kW太陽能電站的分析，安全和性能方面的經驗教訓—第一部分”以及“35年的光伏：TISO‐10kW太陽能電站的分析，安全和性能方面的經驗教訓—第二部分”。兩篇論文均發表在《光伏發電進展Progress in Photovoltaics》上。

光伏們整理編譯。