光伏背板老化性能的快速試驗方法
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、濕熱(Damp-heat，簡稱DH，又稱高溫高濕)試驗.而這些項目的.測試周期都相對比較長，往往滿足不了當(dāng)今快速發(fā).展的光伏行業(yè)市場。
筆者將濕熱試驗與紫外試驗相結(jié)合，同時對背板試樣進(jìn)行加速老化試驗，并與常規(guī)的單純濕熱試驗及單純紫外試驗的測試數(shù)據(jù)相比較，以期可以獲得相同的試驗效果.并在較短時間內(nèi)篩選出質(zhì)量較好的背板材料。
1、試驗材料與設(shè)備
1.1試驗材料
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.分別編號為1~13號。其中.1~3號為涂覆型背板，4~12號為復(fù)合型背板，13號為擠出型背板。測試試樣均采用背板裸片.當(dāng)有紫外光源照射時，背板空氣面面向光源。
1.2 試驗設(shè)備
試驗采用紫外濕熱加速老化試驗箱進(jìn)行.紫外與濕熱功能可獨(dú)立運(yùn)行，也可同時運(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 ℃.溫度波動度≤±1.0℃;相對濕度控制精度為±3%.相對濕度波動度為≤±(3~5)%。
2、試驗方法與結(jié)果
2.1高溫高濕試驗
按照IEC61215-2005進(jìn)行耐高溫高濕試驗，試驗溫度為(85±5)℃，試驗相對濕度為85%±5%.試驗時間分別為1 000.1 500.2 000 h，分別表示為DH1 000，DH1 500，DH2 000。試驗后對背板試樣分別按照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)計算試驗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)。
由圖1~2可知.隨著高溫高濕試驗時間的增加.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苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料結(jié)構(gòu)在高溫高濕試驗過程中發(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。整個測試過程只有在試驗時間達(dá)到2
000 h時，不同種背板材料在性能方面的區(qū)別才比較明顯，而整個試驗過程需要將近3個月.無法滿足背板材料技術(shù)工藝日益更新的要求。
2.2紫外試驗
依據(jù)IEC 61215- 2005對背板進(jìn)行紫外試驗，試驗箱內(nèi)溫度為(60±5)℃.試驗輻照度不得高于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. .對應(yīng)的試驗時間分別為16，24，32 d(天)。試驗后對背板試樣分別按照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)計算紫外試驗后斷裂伸長率的保持率，具體的測試結(jié)果如圖3~4所示。
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，而這個測試需要經(jīng)歷1個多月。
2.3紫外高溫高濕試驗
試驗采用的紫外高溫高濕(簡稱uv+DH)試驗萬款、無錫市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗在國內(nèi)首次提出的一種加速老化試驗方法。試驗的目的是將兩個單純的環(huán)境老化試驗結(jié)合考察，這樣可以.更加接近現(xiàn)實的環(huán)境條件。
試驗溫度為(85±5)℃.試驗相對濕度為.85%±5% ，試驗輻照強(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，對應(yīng)的試驗時間分別為3.7.15 d.分別表示為UV15+ DH.UV30+ DH，UV60+ DH。試驗后對背板試樣分別.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)計算紫外高溫高濕試驗后斷裂伸長率的保持率，具體測試結(jié)果如圖5~6所示。
2.4
各試驗結(jié)果對比分析
選取1號涂覆型背板和8號復(fù)合型背板作為典型來分析各試驗結(jié)果之間的關(guān)系，結(jié)果如圖7~8所示?？梢钥闯?，紫外高溫高濕老化試驗得到的斷裂伸長率保持率與紫外試驗及高溫高濕試驗得到的結(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的數(shù)據(jù)是可靠的，而且整個測試時間僅僅用了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)約了大量的試驗時間，而且加速老化試驗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及紫外試驗來說，紫外高溫高濕試驗方法結(jié)合了光照、溫度、濕度三重影響因素，可以在短時間內(nèi)評價背板材料的質(zhì)量，是一個相對快速的篩選方法，可以得到與單純的濕熱試驗和紫外試驗--致的結(jié)果。該方法能夠同時評價組成背板的幾種關(guān)鍵材料，而不用一-種材料分幾種方法單獨(dú)評價.是一種評價背板材料比較可靠的加速老化試驗方法。
對于光伏背板生產(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。對于光伏組件廠商而言.該方法可以指導(dǎo)其對光伏背板進(jìn)行檢測與遴選，尋找優(yōu)性價比的光伏背板以用于不同地區(qū)的光伏系統(tǒng)。對于光伏產(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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