晶体硅太阳能组件质量和功率保证保险的风险和挑战

全球环境和能源危机形势日趋严峻。国际能源署发布的《2012年世界能源展望》预计,2035年全球能源需求将增长三分之一以上,温室气体排放的增加导致全球平均温度上升3.6摄氏度。这迫使人类必须加速改变当今能源架构,减少对煤炭、化石能源等传统能源的依赖。各国也正在探索新的能源供应和消费结构。作为可再生能源的太阳能发电,得益于各国政策、资金支持以及技术进步,发展迅猛,全球总装机容量在2015年达到230GW左右,预计2020年将增加一倍, 即500GW水平。中国“十三五”规划太阳能电站累计装机量将达到150GW。

中国是世界最大的太阳能组件生产国,全球60%的太阳能组件由中国生产。为了促进销售,太阳能组件制造商向组件用户提供25年的质量和功率保证,制造商保障组件前10年质量以及组件25年运营期间的功率不低于制造商承诺的最低功率值。太阳能组件制造商为了转嫁该风险向保险公司购买25年的质量和功率保证保险,进而催生了国内太阳能组件质量和功率保证保险。

太阳能组件生产的投资门槛不高,中国有大大小小组件生产厂不下400家,几乎都有国际电工委员会IEC独立第三方对组件质量的认证(61215认证),而且不论生产工艺、质量管理是否严格,为了促进组件销售,所有生产厂家都为产品的终端用户提供25年的质量和功率保证。但现实中光伏电站和分布式光伏发电系统都屡屡传出质量和功率不足问题,特别是2016年中央电视台“3.15”晚会曝光了光伏电站组件质量问题。同时,核保人关心的组件质量数据严重不足,导致核保人在风险选择、25年准备金提取、理赔处理、风险累积管理方面都面临极大挑战。

25年的时间跨度内可能会发生很多可预见和不可预见的事情。了解和把握风险是保险的基础和前提。因此,在开发这个潜在巨大市场前,需要投入足够的资源了解和把握其中的风险。本文讨论太阳能组件质量和功率保证保险面临的风险和挑战,鉴于篇幅,以晶体硅(单晶硅和多晶硅)太阳能组件保证保险为例。

太阳能组件认证的局限 

现在市场上销售的太阳能组件都需要通过IEC61215的认证。那么,是不是通过该认证就意味着产品合格,可以放心承保了?

首先,IEC61215认证是根据IEC60410的要求从一个或几个批次抽取8块组件送到IEC认证的检测机构进行相关测试,不是所有组件都经过测试合格。制造过程中的人为或设备的原因造成每一批次组件质量并不完全一样,抽样通过测试并不能代表该批次所有组件都通过测试合格。

其次,需要正确理解IEC测试合格的内涵。IEC特别指出IEC61215测试只是针对组件产品设计,因为没有足够历史数据,该测试并不针对组件的耐久性和可靠性。测试合格认证通过只是说明该组件符合设计要求。太阳能组件是个新兴的行业,太阳能电池和组件大规模的民用开发、研究和应用时间很短,的确没有大规模25年的完整数据。即便是仅有的非常有限的25年的完整数据,由于电池和组件制造技术在过去25年的持续改变,参考意义并不大。

最后,现在单一组件测试标准无法适应不同气候区域。组件的实际运营环境非常复杂多变,有高温、潮湿、干热风沙环境,也有沿海盐碱腐蚀环境,甚至还有3000米以上高原地区环境。在这么多不同环境气候区域,如果只用一个标准来考核组件质量,本身就有很大不确定性。

因此,通过IEC61215认证只是达到组件的基本要求,但无法通过该认证建立对未来25年寿命期间内的质量和功率的信心。这不光困扰核保人,更困扰组件的最终用户。他们也在IEC61215之外寻求不同形式和不同项目的加速老化测试,来了解不同环境区域组件25年寿命期间的质量缺陷和功率衰减规律。这关系到电站投资者的回报。美国可再生能源实验室会同不同的组件用户和太阳能光伏技术专家们在持续进行这方面的探索,同时全球光伏行业内的很多家科研院所等也在做相关研究。

太阳能组件技术的持续发展带来的挑战 

首先,太阳能电池片是太阳能组件的“心脏”。太阳能电池片经过几十年的发展,单晶和多晶硅的发电效率从最初的10%分别提升到目前的18%和22%左右。随着硅片、电池制造工艺的改进,发电效率还在继续提高。目前实验室单晶和多晶硅电池的效率已经分别达到22%和25%的水平,但从技术稳定到市场化还需假以时日。我们在享受技术进步带来发电效率提高的同时,不得不面对“原型”技术带来的巨大风险。

其次,太阳能组件原材料的制造技术也在发展过程中。组件的原料主要为电池片、玻璃、EVA膜、背板、接线盒以及密封胶。为了降低成本,现今使用的电池片厚度不到5年前的一半。这使制造、运输和安装过程中容易出现肉眼不可见的隐裂。隐裂经过长时间日晒雨淋、热涨冷缩导致破片,造成功率大幅衰减,同时隐裂诱导导致蜗牛纹也会造成功率衰减。电池片以外各个原料的制造技术也在持续改变,如为了改善EVA膜的透光性、耐候性和交联稳定性,生产工艺、配方和原料也在持续改变;又如,背板材料主要是杜邦PVF、法国PVDF、日本PET以及美国的GPE等,但近年来国产化材料发展很快,而其中材料技术的不确定性也需要高度关注。

最后,组件材料的性能耐久性也是影响组件整体耐久性的关键因素。虽然针对各个材料,供货商和组件制造商都有相关的质量验收标准,但质量验收标准只是针对产品的设计参数,无法验证产品的耐久性和可靠性。制造商也会和相关实验室合作试图通过各种老化试验测试其耐久性,但毕竟没有25年完整数据支持。2015年9月,美国第三方认证机构UL宣布获得美国能源部的资助,研究高分子背板材料在实际环境中的长期可靠性与实验室中加速老化试验获得数据的关系,希望找出加速老化试验结果与实际使用环境下劣化之间的关系。其他材料存在同样的问题。组件的质量和功率衰减取决于各个原材料的质量,任何材料的质量缺陷会带来整个组件的质量和功率衰减的问题,这是组件质量的“木桶”效应,组件整体质量取决于质量最差的部分。

太阳能组件的生产工艺和设备带来的挑战 

太阳能组件生产的投资门槛不高。中国有大大小小组件生产厂超过400家,不同的投资能力采用不同的设备、生产工艺、质量控制体系。

人工线或半自动线需要的投资门槛很低,但过多人工操作环节,如电池片手工取放、焊接、叠层、打胶、装框等工艺中,由于人工操作的精度不够或操作不当会不可避免地出现质量问题,产生电池片隐裂或虚焊等常见的组件早期失效和大幅度功率衰减事故。

自动化生产线虽然无法达到100%程度的自动化,但如果操作维护得当,组件质量控制的一致性相对较高。但组件生产厂为了追求生产效率的提升不断对在线生产设备,如串焊机、层压机、打框机、打胶机以及生产线上的机器人进行技术改造,同时设备生产厂也在持续研发更高效率的设备,以满足生产厂对产能提高的渴求。持续的技术改造和设备更新在试图提高产能的同时也带来了研发技术导致的质量控制风险。

生产管理、操作和设备维护技术人员和劳动力短缺带来的风险 

中国太阳能组件的产能过去五年翻了一番,未来产能在可再生能源政策鼓励和旺盛的市场需求推动下将继续保持高速增长。高速增长的产能带来了生产技术人才、管理人才以及技术熟练工人的短缺。人才和劳动力的短缺和不断上涨的人力成本使组件生产商面临很大的挑战。虽然他们建立了不同形式的培训、培养制度但管理人才和劳动力短缺及频繁流动的压力依然很大。生产一线工人的频繁流动也给生产厂的生产组织、设备维护带来了巨大挑战,更影响到产品质量的稳定。



图1:全球和中国太阳能组件2011-2015年产能

数据来源:中国光伏协会

运输、安装、运营过程中导致的组件问题 

组件在运输过程中的装卸、运输、拆箱、搬运中会不可避免存在不当操作,如震动、碰撞、颠簸等。组件在现场安装过程中的也会存在不当操作,如碰撞、踩踏、高空掉落、敲击、组件支架平整度不好造成组件变形等。组件在运营过程中存在由于维护不当问题,如组件表面污物不及时清理、组件清理时机械碰撞等。这些都会造成组件电池片的隐裂或运营中的热斑,从而导致组件随着运营时间的增加发生裂片及大幅度功率衰减。

虽然组件保证保险目的是要承保组件本身的质量缺陷和功率衰减,由运输、安装和运营过程不当维护造成损失除外,但组件运输安装或维护过程中造成的隐裂等潜在问题会在长时间的运营过程中显现出来,并导致组件失效或功率衰减,从而引发客户索赔。保险公司如何举证组件的失效或功率衰减是由组件在运输安装或运营维护中不当操作造成的隐裂或热斑所引起的?这其中的困难可想而知。

组件销售价格持续降低带来的质量风险

目前组件销售价格处在下降通道之中。这一方面得益于新材料技术持续改进,另一方面得益于持续增加的市场产能带来的市场竞争,同时政府对电站补贴的减少造成电站盈利能力下降,电站也会倒逼组件价格降低。 

组件行业是周期性行业:行业盈利空间增大吸引资本进入造成产能不断扩张,产能扩张带来了市场竞争的压力,市场竞争压力带来盈利能力的压力,企业亏损造成企业的破产,带来企业兼并重组。在这个过程中,组件制造商为了生存总是试图降低成本,无论采用“原型”技术,还是采购低价的原材料,甚至企业管理人才的流失,都会带来产品质量问题。

管理25年超长期限保险产生的庞大数据的挑战 

太阳能组件产品的数据量惊人,1GW产能的组件生产线满负荷可以生产大约3,300,000块组件(以单个组件300W为例)。每个组件有唯一序列号,记录了组件的生产日期、所属生产厂、所属生产线等信息,序列号同时是保险公司理赔时的依据。以5个厂为例,每年的数据量为16,500,000条组件序列号信息,5年的数据量为80,000,000条组件序列号信息,10年数据量为160,000,000条组件序列号信息。如何管理这庞大的数据量是对保险公司巨大的挑战。

目前财产保险公司没有管理超长期限和庞大数据信息的平台。财产保险公司常见的长期业务如责任险和工程险的期限不过10年(如建筑质量缺陷保险)。25年的时间会发生很多变化,如公司的架构、管理层的更迭,市场人、核保人、理赔人的流动。如何利用现有平台管理25年庞大的数据、处理好这期间客户的理赔和服务是财产保险公司面临的挑战。

复杂的风险评估带来的不确定性 

太阳能组件25年保证保险的风险评估涵盖了从上游到下游、从研发到制造、从原料质量控制到产品质量控制、从设备操作到维护、从质量控制到认证等全方位多维度的风险评估。此外,生产厂不能控制的外部风险,如从运输到安装质量、从系统设计到电网特性、从环境条件到运维管理等,都会影响到太阳能组件是否能稳定运行25年。核保人不仅需要了解企业的今天,还要预测长达25年的未来,不仅需要了解组件的生产质量,还要预测长达一代人跨度期间的质量和效能变化。

对于传统企财险业务,如果承保期限仅是一年,可以逐年积累数据,以历史数据做参考,中间一旦出现风险判断偏差很容易在下一年度进行调整。很遗憾,我们没有25年完整数据可参考。而且保险期限25年意味着这是25年的单程票,一旦起保中间没有任何机会 “中途下车”进行调整。我国组件的产能总量决定了这期间累积的风险总量惊人,一旦风险判断失误会对未来公司的盈利能力持续带来负面影响。寿险公司当年的“利差损”就是典型的教训,但不可预测性的后果严重性要大大超过“利差损”带来的可预测的后果。

如何应对太阳能组件持续发展的技术挑战是核保人面临的最大挑战

组件技术的持续进步和价格持续降低给新能源行业的发展带来了机遇,把风险和挑战留给了保险行业。25年的超长保险期间注定了组件保证保险不同于传统保险,无法用传统保险的经验和思维应对组件保证保险的风险。持续进步和发展的太阳能组件行业技术,需要核保人投入充分的时间和精力,与组件行业的研究机构、实验室、认证机构和制造商一道研究持续变化的行业技术,以及行业技术带来的质量和可靠性风险。

传统的利用历史数据制定保险方案的模式无法适用于组件质量保险。如何应对太阳能组件持续发展的技术挑战是核保人面临的最大挑战。同时,这也是保险行业体现社会价值的机遇。只有了解了风险的实质,才可能针对风险制定合理的保险条件、价格,以及后期理赔程序。(再)保险行业的核保人需要提高太阳能组件保证保险的风险意识,投入资源认真研究太阳能组件行业技术,在充分理解风险的基础上建立合理的承保条件和承保策略。以此为基础(再)保险行业在保证自身健康发展同时助力以太阳能组件为代表的新能源行业健康发展,体现(再)保险行业的社会责任感和社会价值。

参考文献

[1] 张学彩.光伏组件制造工艺[M].北京:电子工业出版社,2015.
[2] Dirk C.Jordan,Sarah R.Kurtz. Photovoltaic Degradation Rates — An Analytical Review[J].NREL/JA-5200-51664,2012(6).
[3] Marc Köntges. Review of Failures of Photovoltaic Modules[R].IEA PVPS Task 13. External final report,2014.

2016年10月