第二类为非氟薄膜,主要包括PE、EVA、PA、PO等。这类材料作为背板内层在温和气候下已有一定时间的户外验证,其较高的厚度在耐紫外、力学性能和粘接力方面都有一定的优势。此内层材料老化性能与主体树脂及无机填料的种类和含量息息相关,不同背板厂家选择此种内层材料时都会结合自身定位与特色,也导致了所选材料的性能差异较大。同时,与不同耐候性的背板外层材料的搭配,也决定着内层材料的表现。
图2. 某PVDF背板内层在户外不到5年发生黄变
图3. 组件正面540 kWh/m2紫外辐照后背板内层的变化.
(a) HPET 1聚酯背板内层开裂,(b) 基于特能? (Tedlar?) PVF薄膜的TPE背板材料无变化
(测试条件:金属卤素灯, 1.5kW/m2, 360小时)
图2是某PVDF背板内层在户外不到5年就发生了内层发黄现象。图3是使组件正面照射540kWh/m2紫外剂量(相当于温和环境组件正面9.5年太阳光照射),耐水解HPET 1聚酯背板材料内层发生开裂,而对应基于特能? (Tedlar?) PVF薄膜的TPE背板材料无变化。从以上户外实际案例及室内老化测试结果可以看出,对于此类背板内层材料,尽量搭配使用经过户外验证的PVF薄膜作为背板外层。
第三类为涂覆型FEVE涂层。FEVE是氟烯烃和乙烯基醚(酯)的共聚树脂,作为背板内层材料,其优点是耐候性和耐高温性能相对E层较好,并且无需胶水层而直接涂覆于PET表面,省去了胶水成本。由于FEVE的特殊结构,使其具备了在酯类和酮类等溶剂中的可溶性。但FEVE中键能较弱的酯键相对容易裂解,且涂层的性能受单体、溶剂和固化剂影响较大。与前两类内层材料相比,FEVE涂层的耐候性和致密性不如氟膜,粘接力和力学性能不如E层,而且户外验证时间相对较短,不建议在温差大、冷热应力较大的气候条件下使用。为了保护中间层PET免受紫外破坏,涂层厚度非常关键,涂层太薄,阻隔紫外和粘接力都会出现问题。阻隔层厚度与紫外线穿透率的关系一般符合Beer定律。图4数据显示,背板内层这一紫外阻隔层厚度如果低于10微米,紫外线开始穿透阻隔层到达PET,穿透比率随厚度减薄而指数升高。如果涂层厚度为1微米时,365 nm的紫外线透过率会高达11%,这会对中间层PET造成毁灭性的破坏。图5的力学性能测试数据进一步证明,当接受1000-1380小时的紫外照射后,如果内层厚度<10um,背板断裂伸长率将显著下降。一些背板厂商为了降低成本,将背板内层涂层的厚度减至极低(如图6所示,内层涂层厚度只有1.3微米),这很容易导致背板中间层PET的紫外老化。从而造成背板内层和中间PET层的脱层问题。另外,图层中钛白粉的添加量也很重要,有些涂层中加入了过多的钛白粉,导致涂层的粘接性下降,容易出现脱层问题。
图4. 紫外阻隔层厚度与紫外线穿透率的关系
图5. 断裂伸长率损失率与背板内层厚度(um)的关系——当接受1000-1380小时的紫外照射后,如果内层厚度<10um,背板断裂伸长率将损失严重。
图6. 某PVDF/PET/FEVE背板内层FEVE涂层只有1.3微米
建议:选择经广泛户外实绩验证的背板材料
光伏电站中诸多户外失效案例显示,不同类型背板的真实耐候性差异较大,特别是苛刻环境下,随着EVA中紫外吸收剂的消耗导致紫外线穿透组件到达背板内层,容易引起背板的破坏。为了给光伏组件提供长期可靠保护,以确保投资回报,建议内层也使用Tedlar?(特能?)PVF薄膜这种具有30年以上广泛户外实绩验证的背板材料。
