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光伏背板老化性能的快速試驗(yàn)方法

作者：網(wǎng)絡(luò) 編輯：瑞凱儀器來源：網(wǎng)絡(luò) 發(fā)布日期： 2020.07.17

    背板是保護(hù)電池片的重要封裝材料，其直接與戶外環(huán)境接觸。背板材料老化會(huì)使組件加速失效，終導(dǎo)致太陽電池的穩(wěn)定性與耐久性無法得到保障，因而背板材料需要具備優(yōu)異的絕緣性、水汽阻隔性和耐候性等。尤其是耐候性能，一直是背板考察的重點(diǎn)。目前考察背板耐老化性的方法基本依據(jù)IEC61215-2005C6]中規(guī)定的相關(guān)測試方法，如紫外(Ultraviolet，簡稱UV)試驗(yàn)、濕熱(Damp-heat，簡稱DH，又稱高溫高濕)試驗(yàn).而這些項(xiàng)目的.測試周期都相對(duì)比較長，往往滿足不了當(dāng)今快速發(fā).展的光伏行業(yè)市場。
    筆者將濕熱試驗(yàn)與紫外試驗(yàn)相結(jié)合，同時(shí)對(duì)背板試樣進(jìn)行加速老化試驗(yàn)，并與常規(guī)的單純濕熱試驗(yàn)及單純紫外試驗(yàn)的測試數(shù)據(jù)相比較，以期可以獲得相同的試驗(yàn)效果.并在較短時(shí)間內(nèi)篩選出質(zhì)量較好的背板材料。
    1、試驗(yàn)材料與設(shè)備
    1.1試驗(yàn)材料
    選取市場上普遍采用的涂覆型、復(fù)合型以及擠出型背板共13種.分別編號(hào)為1~13號(hào)。其中.1~3號(hào)為涂覆型背板，4~12號(hào)為復(fù)合型背板，13號(hào)為擠出型背板。測試試樣均采用背板裸片.當(dāng)有紫外光源照射時(shí)，背板空氣面面向光源。
    1.2 試驗(yàn)設(shè)備
    試驗(yàn)采用紫外濕熱加速老化試驗(yàn)箱進(jìn)行.紫外與濕熱功能可獨(dú)立運(yùn)行，也可同時(shí)運(yùn)行。光源為金屬鹵素?zé)?紫外光譜波長280~400 nm，其中中波紫外線(UVB)波長280~ 320 nm.長波紫外線(UVA)波長320~400 nm;輻照強(qiáng)度120~250 W.m-2，UVB占紫外線總能量[UV(A+ B)]的3%~10%;輻照均勻度優(yōu)于±15%;溫度控制精度為±2.0 ℃.溫度波動(dòng)度≤±1.0℃;相對(duì)濕度控制精度為±3%.相對(duì)濕度波動(dòng)度為≤±(3~5)%。
    2、試驗(yàn)方法與結(jié)果
    2.1高溫高濕試驗(yàn)

按照IEC61215-2005進(jìn)行耐高溫高濕試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為(85±5)℃，試驗(yàn)相對(duì)濕度為85%±5%.試驗(yàn)時(shí)間分別為1 000.1 500.2 000 h，分別表示為DH1 000，DH1 500，DH2 000。試驗(yàn)后對(duì)背板試樣分別按照GB/T 1040.3- 20065] 和ASTM E313 -2010進(jìn)行斷裂伸長率以及黃變指數(shù)的測試.并按照式(1)計(jì)算試驗(yàn)后斷裂伸長率的保持率.具體測試結(jié)果如圖1~2所示(MD為縱向.TD為橫向)。

斷裂伸長率保持率

由圖1~2可知.隨著高溫高濕試驗(yàn)時(shí)間的增加.光伏背板的性能呈現(xiàn)下降趨勢.尤其是復(fù)合型背板。這主要是由于復(fù)合型背板中間層聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料結(jié)構(gòu)在高溫高濕試驗(yàn)過程中發(fā)生了變化，使得結(jié)晶度增大、材料變脆，從而使得斷裂伸長率下降，導(dǎo)致產(chǎn)品整體性能發(fā)生變化。整個(gè)測試過程只有在試驗(yàn)時(shí)間達(dá)到2 000 h時(shí)，不同種背板材料在性能方面的區(qū)別才比較明顯，而整個(gè)試驗(yàn)過程需要將近3個(gè)月.無法滿足背板材料技術(shù)工藝日益更新的要求。

高溫高濕試驗(yàn)

2.2紫外試驗(yàn)

依據(jù)IEC 61215- 2005對(duì)背板進(jìn)行紫外試驗(yàn)，試驗(yàn)箱內(nèi)溫度為(60±5)℃.試驗(yàn)輻照度不得高于250 W.m-2，累積輻照總量分別為60.90.120 kWh*m-2.分別表示為UV60， UV90. UV120. .對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)時(shí)間分別為16，24，32 d(天)。試驗(yàn)后對(duì)背板試樣分別按照GB/T 1040.3 - 2006 和ASTME313- 2010 進(jìn)行斷裂伸長率及黃變指數(shù)測試，并按照式(1)計(jì)算紫外試驗(yàn)后斷裂伸長率的保持率，具體的測試結(jié)果如圖3~4所示。

紫外老化試驗(yàn)

    光伏背板作為高分子化合物，其化學(xué)鍵極易受到紫外光的破壞，致使光伏背板表面產(chǎn)生裂紋.使得中.間層失去了外層的保護(hù)，繼而使PET直接暴露于空氣中，產(chǎn)生水解、碎裂，從而使得整體性能下降。由圖3~4可知，在紫外輻照總量達(dá)到120 kWh. m-2的時(shí)候，不同種背板材料在性能方面的區(qū)別才比較明顯，而這個(gè)測試需要經(jīng)歷1個(gè)多月。
    2.3紫外高溫高濕試驗(yàn)
    試驗(yàn)采用的紫外高溫高濕(簡稱uv+DH)試驗(yàn)萬款、無錫市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)在國內(nèi)首次提出的一種加速老化試驗(yàn)方法。試驗(yàn)的目的是將兩個(gè)單純的環(huán)境老化試驗(yàn)結(jié)合考察，這樣可以.更加接近現(xiàn)實(shí)的環(huán)境條件。

試驗(yàn)溫度為(85±5)℃.試驗(yàn)相對(duì)濕度為.85%±5% ，試驗(yàn)輻照強(qiáng)度不得高于250 W.m~2，累積輻照總量分別為15，30，60 kWh.m-8，對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)時(shí)間分別為3.7.15 d.分別表示為UV15+ DH.UV30+ DH，UV60+ DH。試驗(yàn)后對(duì)背板試樣分別.按照GB/T 1040.3- 2006和ASTM E313-2010進(jìn)行斷裂伸長率及黃變指數(shù)測試，并按照式(1)計(jì)算紫外高溫高濕試驗(yàn)后斷裂伸長率的保持率，具體測試結(jié)果如圖5~6所示。

紫外高溫高濕試驗(yàn)

2.4
各試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

選取1號(hào)涂覆型背板和8號(hào)復(fù)合型背板作為典型來分析各試驗(yàn)結(jié)果之間的關(guān)系，結(jié)果如圖7~8所示。可以看出，紫外高溫高濕老化試驗(yàn)得到的斷裂伸長率保持率與紫外試驗(yàn)及高溫高濕試驗(yàn)得到的結(jié)果趨勢基本一致，黃變指數(shù)也均滿足現(xiàn)有背板產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求，可以認(rèn)為紫外高溫高濕試驗(yàn)的數(shù)據(jù)是可靠的，而且整個(gè)測試時(shí)間僅僅用了15 d。在光伏行業(yè)快速發(fā)展的今天，該測試方法能夠在短期內(nèi)快速篩選出需要的背板，不僅節(jié)約了大量的試驗(yàn)時(shí)間，而且加速老化試驗(yàn)也正滿足了日益提高的產(chǎn)品要求。

    3、結(jié)論
    相較于單純的濕熱試驗(yàn)及紫外試驗(yàn)來說，紫外高溫高濕試驗(yàn)方法結(jié)合了光照、溫度、濕度三重影響因素，可以在短時(shí)間內(nèi)評(píng)價(jià)背板材料的質(zhì)量，是一個(gè)相對(duì)快速的篩選方法，可以得到與單純的濕熱試驗(yàn)和紫外試驗(yàn)--致的結(jié)果。該方法能夠同時(shí)評(píng)價(jià)組成背板的幾種關(guān)鍵材料，而不用一-種材料分幾種方法單獨(dú)評(píng)價(jià).是一種評(píng)價(jià)背板材料比較可靠的加速老化試驗(yàn)方法。
    對(duì)于光伏背板生產(chǎn)廠家而言，該方法可以指導(dǎo)新材料的開發(fā).加快新產(chǎn)品的研發(fā)速度。對(duì)于光伏組件廠商而言.該方法可以指導(dǎo)其對(duì)光伏背板進(jìn)行檢測與遴選，尋找優(yōu)性價(jià)比的光伏背板以用于不同地區(qū)的光伏系統(tǒng)。對(duì)于光伏產(chǎn)品檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu)而言，該方法可以加快光伏背板的測試速率.同時(shí)保證光伏背板的檢測認(rèn)證在更好的模擬白然環(huán)境中進(jìn)行。

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