:背板作为晶硅太阳能组件的关键部分,对提高组件的安全性、使用寿命和降低功率衰减起着至关重要的作用。
要达到保护电池片的目的,背板需具备良好的机械强度与韧性、耐候性、绝缘、水汽阻隔、耐腐蚀和耐风沙磨损等各种平衡的性能。
最近几年,在降本的压力下,一些未经过户外实绩验证的背板材料被使用在组件上,导致使用这些背板的组件在户外工作仅几年后就开始出现大规模失效问题,使得组件厂家需要面对巨额索赔。同时,电站开发商也蒙受损失。由此可见,从源头上对背板材料把好关,对于降低组件的户外失效风险具有重要意义。
背板结构大致可分为外层(也叫空气层)、中间层和内层。每一层材料的选择和搭配都影响着背板的整体性能。目前,背板外层主要使用含氟薄膜,尤其是经过户外实绩验证过的杜邦?Tedlar?薄膜,以确保背板外层在户外综合老化应力的作用下可以使用25年以上。而背板内层由于不直接接触户外环境应力,其重要性往往容易被忽视。而且,目前市场上背板的内层材料种类较多,性能也参差不齐。
如何才能正确选择背板内层材料呢?回答这一问题之前,我们有必要先了解下背板内层材料需具备哪些性能。
需具备三大优异性能
首先,背板内层材料需要具有优异的耐候性及机械强度。如果内层材料自身都已发生老化开裂,其保护作用就无从谈起。
图1. 背板中间PET聚酯材料断裂伸长率保持率与紫外剂量的关系(试验条件:UVA,1.2W/m2@340nm, 70oC BPT, 紫外照射在PET表面)温和气候环境,组件正面每年紫外剂量为57 kWh/m2
其次,背板内层作为中间层PET聚酯材料的保护层之一,需要具有良好的紫外阻隔作用,以避免PET遭受紫外破坏。图1是市面上常用的一款250微米PET紫外测试数据。从图中可以看出,PET聚酯材料只接受不到5 kWh的紫外照射后,其断裂伸长率就下降50%以上; 紫外剂量达到6 kWh时,PET力学性能基本完全丧失(温和气候环境,组件正面每年紫外剂量为57 kWh/m2)。这说明PET容易发生光老化,需要背板内外层的保护。背板中间层的PET聚酯材料主要起着电气绝缘、化学阻隔及力学支撑作用。如果PET发生破坏,这些功能都将丧失,因此背板内层需要将组件正面的紫外阻隔掉,以达到保护中间层PET的目的。
此外,背板内层作为PET与EVA之间的粘结层,还需要具有良好的粘接性能,以免出现脱层等失效风险。
了解了背板内层需要具备的性能,那我们不禁要问,目前市面上的内层材料是否都能满足这些性能呢?我们再来对市面上这些内层材料分类并讨论其优缺点。
不同背板内层材料特性不一
第一类为含氟薄膜,主要有Tedlar? PVF薄膜和PVDF薄膜。PVF薄膜,又名聚氟乙烯薄膜,因其优异的抗紫外、耐高温、耐腐蚀性能而被广泛应用于太阳能、航空航天和交通等领域。杜邦? Tedlar? PVF薄膜是目前光伏领域唯一具有30年以上广泛户外实绩验证的背板材料,其户外应用经验丰富,且经受过多种气候条件的长期考验。PVF薄膜是双向拉伸工艺制备的,在横向和纵向两个方向都经过强化,机械性能均衡,耐老化性能好,因此经受湿热、紫外、温度循环等多种环境因素长期作用后,仍保持优异。
PVDF薄膜,又名聚偏氟乙烯薄膜,PVDF薄膜在横向的拉伸都很弱或甚至没有拉伸,容易造成横向机械性能均较差,成膜过程中加入大量亚克力也会导致固有脆性强。这些因素导致了PVDF薄膜在户外多种复合应力下容易出现开裂等失效风险。由于其技术门槛相对较低,目前生产厂家较多,虽各家膜产品都含PVDF,但因配方体系及生产工艺不同,不同厂家膜的耐老化性能差异很大。
耐热方面,PVF薄膜的软化温度点为190℃,而PVDF只有150℃左右。对于经常有热斑出现的光伏组件应用来说,PVF薄膜的耐热性能显然更有优势。随着PERC等高效电池的大量投产,热斑温度会更高,对于薄膜的耐热性能会提出更高的要求。
