光伏背板老化性能的快速試驗方法
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發布日期(qi)： 2020.07.17
背(bei)(bei)(bei)(bei)板是(shi)保(bao)護電池片的(de)(de)重要封裝材(cai)料，其直(zhi)接與(yu)戶外(wai)環境(jing)接觸。背(bei)(bei)(bei)(bei)板材(cai)料老(lao)化會使組件加速失效，終(zhong)導致太陽(yang)電池的(de)(de)穩定(ding)性(xing)與(yu)耐(nai)久性(xing)無法得(de)到保(bao)障，因而背(bei)(bei)(bei)(bei)板材(cai)料需要具備優異的(de)(de)絕緣性(xing)、水汽阻(zu)隔性(xing)和耐(nai)候(hou)性(xing)等。尤(you)其是(shi)耐(nai)候(hou)性(xing)能，一直(zhi)是(shi)背(bei)(bei)(bei)(bei)板考察的(de)(de)重點。目前考察背(bei)(bei)(bei)(bei)板耐(nai)老(lao)化性(xing)的(de)(de)方法基本依據(ju)IEC61215-2005C6]中規定(ding)的(de)(de)相關測(ce)試(shi)方法，如紫外(wai)(Ultraviolet，簡(jian)稱UV)試(shi)驗、濕(shi)熱(Damp-heat，簡(jian)稱DH，又稱高溫高濕(shi))試(shi)驗.而這(zhe)些項目的(de)(de).測(ce)試(shi)周期都相對比較(jiao)長，往(wang)往(wang)滿足不了當今快速發.展的(de)(de)光伏行業市場。
筆者將濕(shi)熱試(shi)(shi)驗(yan)與(yu)紫外試(shi)(shi)驗(yan)相(xiang)結合，同時對背板試(shi)(shi)樣進行加(jia)速(su)老化(hua)試(shi)(shi)驗(yan)，并與(yu)常(chang)規的單(dan)純濕(shi)熱試(shi)(shi)驗(yan)及單(dan)純紫外試(shi)(shi)驗(yan)的測試(shi)(shi)數據相(xiang)比較，以(yi)期可以(yi)獲得(de)相(xiang)同的試(shi)(shi)驗(yan)效果.并在較短時間內篩選出質量較好的背板材(cai)料。
1、試驗材(cai)料與設備(bei)
1.1試驗材(cai)料
選(xuan)取(qu)市場上普遍采用的涂覆型(xing)、復合型(xing)以及擠出型(xing)背板(ban)(ban)(ban)共(gong)13種.分別編號(hao)為(wei)1~13號(hao)。其(qi)中.1~3號(hao)為(wei)涂覆型(xing)背板(ban)(ban)(ban)，4~12號(hao)為(wei)復合型(xing)背板(ban)(ban)(ban)，13號(hao)為(wei)擠出型(xing)背板(ban)(ban)(ban)。測試試樣均采用背板(ban)(ban)(ban)裸片.當有紫外光(guang)源照射(she)時，背板(ban)(ban)(ban)空氣(qi)面(mian)面(mian)向光(guang)源。
1.2 試驗(yan)設備
試(shi)驗(yan)采用紫(zi)外(wai)濕熱(re)加速老(lao)化試(shi)驗(yan)箱進行.紫(zi)外(wai)與濕熱(re)功能可獨(du)立運(yun)行，也可同時運(yun)行。光源為(wei)(wei)(wei)金屬鹵素燈;紫(zi)外(wai)光譜波長280~400 nm，其中中波紫(zi)外(wai)線(UVB)波長280~ 320 nm.長波紫(zi)外(wai)線(UVA)波長320~400 nm;輻照強度(du)120~250 W.m-2，UVB占紫(zi)外(wai)線總能量[UV(A+ B)]的3%~10%;輻照均勻度(du)優于(yu)±15%;溫度(du)控制(zhi)精(jing)度(du)為(wei)(wei)(wei)±2.0 ℃.溫度(du)波動度(du)≤±1.0℃;相對濕度(du)控制(zhi)精(jing)度(du)為(wei)(wei)(wei)±3%.相對濕度(du)波動度(du)為(wei)(wei)(wei)≤±(3~5)%。
2、試驗方法與結果
2.1高溫高濕試驗
按(an)照IEC61215-2005進行耐高溫高濕試(shi)(shi)驗(yan)(yan)，試(shi)(shi)驗(yan)(yan)溫度(du)為(85±5)℃，試(shi)(shi)驗(yan)(yan)相對(dui)濕度(du)為85%±5%.試(shi)(shi)驗(yan)(yan)時間分別為1 000.1 500.2 000 h，分別表示(shi)為DH1 000，DH1 500，DH2 000。試(shi)(shi)驗(yan)(yan)后(hou)對(dui)背板試(shi)(shi)樣分別按(an)照GB/T 1040.3- 20065] 和ASTM E313 -2010進行斷裂(lie)(lie)伸(shen)長率(lv)以及黃(huang)變指數(shu)的(de)測試(shi)(shi).并按(an)照式(1)計算試(shi)(shi)驗(yan)(yan)后(hou)斷裂(lie)(lie)伸(shen)長率(lv)的(de)保持率(lv).具體測試(shi)(shi)結(jie)果如圖(tu)1~2所示(shi)(MD為縱(zong)向.TD為橫向)。
由(you)圖1~2可(ke)知.隨著高(gao)溫(wen)高(gao)濕試驗(yan)時(shi)間(jian)的(de)增加.光伏背(bei)板(ban)的(de)性能(neng)(neng)呈現下降趨(qu)勢.尤其是復合型(xing)背(bei)板(ban)。這主要是由(you)于復合型(xing)背(bei)板(ban)中間(jian)層聚(ju)對苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料結構在(zai)高(gao)溫(wen)高(gao)濕試驗(yan)過程(cheng)中發生(sheng)了(le)變(bian)(bian)化，使得(de)結晶度增大、材料變(bian)(bian)脆(cui)，從而使得(de)斷裂伸長率下降，導致產品整體性能(neng)(neng)發生(sheng)變(bian)(bian)化。整個(ge)測試過程(cheng)只(zhi)有在(zai)試驗(yan)時(shi)間(jian)達到(dao)2
000 h時(shi)，不同種背(bei)板(ban)材料在(zai)性能(neng)(neng)方(fang)面的(de)區(qu)別才比較(jiao)明顯(xian)，而整個(ge)試驗(yan)過程(cheng)需要將近3個(ge)月.無法滿(man)足背(bei)板(ban)材料技術(shu)工藝日益更新的(de)要求。
2.2紫外試驗
依據IEC 61215- 2005對背板(ban)進(jin)行紫外(wai)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)，試(shi)(shi)(shi)驗(yan)箱(xiang)內溫度(du)為(wei)(60±5)℃.試(shi)(shi)(shi)驗(yan)輻照(zhao)度(du)不得高(gao)于250 W.m-2，累積輻照(zhao)總量分別(bie)為(wei)60.90.120 kWh*m-2.分別(bie)表示為(wei)UV60， UV90. UV120. .對應的(de)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)時間分別(bie)為(wei)16，24，32 d(天)。試(shi)(shi)(shi)驗(yan)后(hou)(hou)對背板(ban)試(shi)(shi)(shi)樣分別(bie)按照(zhao)GB/T 1040.3 - 2006 和ASTME313-
2010 進(jin)行斷裂伸長率及(ji)黃(huang)變(bian)指數(shu)測試(shi)(shi)(shi)，并按照(zhao)式(1)計算(suan)紫外(wai)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)后(hou)(hou)斷裂伸長率的(de)保持率，具體的(de)測試(shi)(shi)(shi)結(jie)果如圖3~4所示。
光伏(fu)背(bei)板作為高分子化(hua)合(he)物，其化(hua)學鍵極易受到(dao)紫(zi)外(wai)光的破壞，致使(shi)光伏(fu)背(bei)板表面產生裂紋.使(shi)得(de)中.間層失去了外(wai)層的保護，繼(ji)而(er)使(shi)PET直(zhi)接暴露(lu)于空氣(qi)中，產生水解、碎裂，從而(er)使(shi)得(de)整體性能下降。由圖3~4可(ke)知，在紫(zi)外(wai)輻照總量達(da)到(dao)120 kWh. m-2的時候，不同種背(bei)板材料在性能方(fang)面的區別才比較(jiao)明顯，而(er)這(zhe)個(ge)測試需要經歷1個(ge)多月。
2.3紫(zi)外高溫高濕試(shi)驗
試(shi)(shi)驗(yan)(yan)采用的紫外(wai)高(gao)溫高(gao)濕(簡稱uv+DH)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)萬款、無錫市產品質量監督(du)檢驗(yan)(yan)在國內首次提出的一種加(jia)速(su)老(lao)化試(shi)(shi)驗(yan)(yan)方(fang)法。試(shi)(shi)驗(yan)(yan)的目(mu)的是將(jiang)兩個單純的環(huan)(huan)境(jing)老(lao)化試(shi)(shi)驗(yan)(yan)結合考察，這樣可以.更加(jia)接近現實的環(huan)(huan)境(jing)條(tiao)件。
試(shi)(shi)驗溫(wen)(wen)度(du)(du)為(85±5)℃.試(shi)(shi)驗相對濕(shi)度(du)(du)為.85%±5% ，試(shi)(shi)驗輻(fu)照(zhao)強度(du)(du)不(bu)得高(gao)(gao)于250 W.m~2，累積(ji)輻(fu)照(zhao)總量(liang)分(fen)別(bie)為15，30，60 kWh.m-8，對應(ying)的試(shi)(shi)驗時(shi)間分(fen)別(bie)為3.7.15 d.分(fen)別(bie)表示為UV15+ DH.UV30+ DH，UV60+ DH。試(shi)(shi)驗后對背板(ban)試(shi)(shi)樣分(fen)別(bie).按(an)(an)照(zhao)GB/T 1040.3- 2006和ASTM E313-2010進行(xing)斷裂(lie)伸(shen)長(chang)率(lv)及(ji)黃變指數測試(shi)(shi)，并按(an)(an)照(zhao)式(1)計算紫外高(gao)(gao)溫(wen)(wen)高(gao)(gao)濕(shi)試(shi)(shi)驗后斷裂(lie)伸(shen)長(chang)率(lv)的保(bao)持(chi)率(lv)，具(ju)體測試(shi)(shi)結果如圖5~6所示。
2.4
各試驗結果(guo)對比分析
選取(qu)1號(hao)涂覆(fu)型背板(ban)和8號(hao)復合型背板(ban)作為典型來分(fen)析各試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)結(jie)果之間的(de)關(guan)系(xi)，結(jie)果如圖7~8所(suo)示。可以(yi)看出(chu)(chu)，紫外(wai)(wai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)高(gao)(gao)濕(shi)老化試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)得到(dao)的(de)斷裂伸(shen)長率(lv)(lv)保持率(lv)(lv)與紫外(wai)(wai)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)及高(gao)(gao)溫(wen)(wen)高(gao)(gao)濕(shi)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)得到(dao)的(de)結(jie)果趨勢基本一致(zhi)，黃(huang)變指(zhi)數也均滿足現有背板(ban)產品的(de)標準(zhun)要求，可以(yi)認(ren)為紫外(wai)(wai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)高(gao)(gao)濕(shi)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)的(de)數據(ju)是可靠的(de)，而且整個(ge)測試(shi)(shi)時間僅僅用了(le)15 d。在光(guang)伏(fu)行業快速(su)發展的(de)今天，該(gai)測試(shi)(shi)方法能夠在短期內快速(su)篩選出(chu)(chu)需要的(de)背板(ban)，不僅節約了(le)大量的(de)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)時間，而且加速(su)老化試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)也正滿足了(le)日益(yi)提(ti)高(gao)(gao)的(de)產品要求。
3、結論
相較于(yu)單(dan)純的(de)(de)濕(shi)熱試(shi)驗(yan)及紫外試(shi)驗(yan)來說，紫外高溫高濕(shi)試(shi)驗(yan)方(fang)(fang)法(fa)結合了光(guang)照、溫度(du)、濕(shi)度(du)三重影響因素，可以在短時間內(nei)評價背(bei)板材料(liao)的(de)(de)質(zhi)量，是一個相對快(kuai)速(su)的(de)(de)篩選方(fang)(fang)法(fa)，可以得到與單(dan)純的(de)(de)濕(shi)熱試(shi)驗(yan)和紫外試(shi)驗(yan)--致的(de)(de)結果。該方(fang)(fang)法(fa)能夠(gou)同時評價組成背(bei)板的(de)(de)幾種關(guan)鍵(jian)材料(liao)，而不用一-種材料(liao)分幾種方(fang)(fang)法(fa)單(dan)獨評價.是一種評價背(bei)板材料(liao)比較可靠的(de)(de)加速(su)老化試(shi)驗(yan)方(fang)(fang)法(fa)。
對于(yu)光(guang)(guang)(guang)伏(fu)背板(ban)生產廠(chang)家而(er)言，該(gai)方(fang)法(fa)可以(yi)指導新(xin)材料的開(kai)發.加快(kuai)新(xin)產品的研發速度。對于(yu)光(guang)(guang)(guang)伏(fu)組件(jian)廠(chang)商而(er)言.該(gai)方(fang)法(fa)可以(yi)指導其對光(guang)(guang)(guang)伏(fu)背板(ban)進行檢(jian)測(ce)與遴選，尋找優性價比的光(guang)(guang)(guang)伏(fu)背板(ban)以(yi)用(yong)于(yu)不(bu)同地區的光(guang)(guang)(guang)伏(fu)系統。對于(yu)光(guang)(guang)(guang)伏(fu)產品檢(jian)測(ce)認證機構而(er)言，該(gai)方(fang)法(fa)可以(yi)加快(kuai)光(guang)(guang)(guang)伏(fu)背板(ban)的測(ce)試速率.同時保(bao)證光(guang)(guang)(guang)伏(fu)背板(ban)的檢(jian)測(ce)認證在更好的模(mo)擬白然環境中(zhong)進行。
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