背板材料對(duì)光伏組件使用壽命的探討

摘要：通過《背板技術(shù)、測(cè)試專題研討會(huì)》的學(xué)習(xí)，結(jié)合會(huì)議討論就現(xiàn)階段市場(chǎng)上作為光伏組件背面保護(hù)材料使用的主流背板TPT、TPE、KPK、KPE、PPE、CPC等，其對(duì)光伏組件的使用壽命做簡(jiǎn)單的淺析并就采用各種不同類型的背板的光伏組件使用環(huán)境做簡(jiǎn)單探討。

關(guān)鍵詞：光伏組件 背板 壽命

0 引言

2013年9月17日，國家工信部《光伏制造業(yè)規(guī)范條件》中明確指出光伏組件使用壽命不低于25年，表明光伏組件的使用壽命要超過25年。光伏組件外部接觸的材料主要有鋼化玻璃、背板、接線盒、鋁型材、硅膠，其中玻璃有至少100年的使用歷史，而其他材料卻沒有明確的使用周期的驗(yàn)證，作為除玻璃外與空氣最大接觸面的背板材料，既要有高性能的電氣安全性能，又要有寬范圍的耐候性能，該怎樣來保證組件的使用壽命？

2014年3月7日，《背板技術(shù)、測(cè)試專題研討會(huì)》在蘇州盛大召開。會(huì)上杜邦、阿克瑪、晶澳、東麗、中來、阿特斯、天合、TUV NORD、3M等一線氟膜、背板、測(cè)試、組件生產(chǎn)廠家相繼發(fā)言。結(jié)合會(huì)議討論，就現(xiàn)階段市場(chǎng)上的主流背板TPT、TPE、KPK、KPE、PPE、CPC等，對(duì)其使用壽命做簡(jiǎn)單的探討。

1 背板的基本結(jié)構(gòu)

TPT是現(xiàn)階段唯一具有25年戶外應(yīng)用體驗(yàn)的背板。TPT背板為5層結(jié)構(gòu)，其中Tedlar氟膜的主要作用是耐紫外、防刮擦、防水汽透過。Tedlar氟膜與PET之間用膠水連接，這層膠水決定了Tedlar氟膜與PET的粘結(jié)壽命。若是膠水失效，就意味著Tedlar氟膜將獨(dú)立暴露在空氣中，無法保護(hù)背板中間層的PET，而PET的質(zhì)保壽命一般在10-15年。當(dāng)年的TPT與現(xiàn)階段的TPT中的Tedlar氟膜也許沒有變化，PET也可能影響不到，但是膠水已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化。

TPE作為一代新產(chǎn)品，也是杜邦公司主推的一款產(chǎn)品，含有Tedlar氟膜。但是那些經(jīng)過25年使用的組件，使用的Tedlar氟膜的厚度是38um，而不是TPE中25um的Tedlar氟膜，膠水問題也是同樣的。

KPK也是一款復(fù)合含氟背板。氟膜采用的是聚偏氟乙烯（PVDF），分子鏈上含有兩個(gè)氟碳鍵，氟與碳成鍵時(shí)對(duì)電荷的束縛能力最強(qiáng)，氟-碳斷鍵也就最困難。有氟碳鍵的背板抗紫外、高低溫、高濕熱等惡劣氣候能力要有多么的強(qiáng)。要知道Tedlar氟膜（PVF）也只有一個(gè)氟碳鍵。但是眾所周知PVDF很難成膜，如果要制成膜必須添加30%-50%聚丙烯類材料，也就是俗稱的亞克立材料。該類材料的添加將使得PVDF材料的整個(gè)性能下降50%-70%，從而降低了抗紫外老化和濕熱老化的性能。

KPE型背板可以說是KPK背板的廉價(jià)產(chǎn)品。同樣的將兩層PVDF膜改為一層從而減低成本，采用聚乙烯（PE）代替內(nèi)層PVDF，該類產(chǎn)品除抗紫外和濕熱能力的下降外，粘接層融化也會(huì)降低整個(gè)背板的電氣絕緣性能。據(jù)資料顯示，在新的IEC61730標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)將該類材料移除。

PPE背板采用改性PET作為外層保護(hù)材料。該類材料是在PET中添加二氧化鈦等物質(zhì)，以保證該材料具有良好的抗紫外能力，但是耐熱性能、耐水解性能還是略低，并且PET全稱是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，分子鏈中含有苯環(huán)，苯環(huán)在發(fā)生裂解以后會(huì)發(fā)黃、變脆，這將嚴(yán)重影響組件的使用壽命。

CPC型背板是國內(nèi)一家背板廠商的專利產(chǎn)品。該背板為涂氟型，氟料采用聚四氟乙烯共聚物。由于碳氟鍵的束縛能力最強(qiáng)，也使得該材料表面勢(shì)能很低，聚四氟乙烯很難成型粘結(jié)性能非常之差，故此采用了聚四氟乙烯共聚物，該氟料中聚四氟乙烯占整個(gè)材料分子鏈的1/3到1/2（各個(gè)廠家的配方不一），共聚物的分子勢(shì)能非常弱，分子之間的結(jié)構(gòu)很松散，將該材料作為PET外層的保護(hù)材料，首先是聚四氟乙烯的含量值得考究，其次共聚物的分子勢(shì)能非常弱，由于熱漲冷縮或砂礫劃擦有可能直接破壞聚四氟乙烯共聚物的分子鏈，使其失效無法保護(hù)PET。

2 背板使用壽命的測(cè)試方法

目前市場(chǎng)中出現(xiàn)的背板的種類比較多，但是前提必須具有可靠的絕緣性、阻水性、耐老化性。不同廠家、不同結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同的命名方法，如TPT、TPE、KPK、KPE、PPE、CPC等。由于背板在使用過程中為會(huì)出現(xiàn)黃變、背板鼓包、背板條下氣泡、背板劃傷及與EVA粘結(jié)層的缺陷等等現(xiàn)象直接造成太陽能電池組件功率輸出的降低。

針對(duì)上述現(xiàn)象，現(xiàn)階段，各大背板廠家、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、組件制造商對(duì)于背板都做著各種各樣的測(cè)試，有PC200、紫外老化、2000小時(shí)恒溫恒濕、擊穿電壓、層間附著力、抗張強(qiáng)度、斷裂伸長率、局部放電電壓、水汽透過率、沸水處理、RTI指數(shù)測(cè)試、鹽霧測(cè)試，而更有機(jī)構(gòu)將PCT、HAST、序列測(cè)試、高濕紫外老化實(shí)驗(yàn)、落沙實(shí)驗(yàn)列入必備測(cè)試，但是沒有哪一個(gè)機(jī)構(gòu)能夠明確只要通過這些實(shí)驗(yàn)的背板就能保證使用25年。

常規(guī)實(shí)驗(yàn)不能保證背板在極限環(huán)境中的使用壽命；PCT和HAST測(cè)試本身是針對(duì)單一材料進(jìn)行耐候性檢測(cè)，對(duì)高分子復(fù)合材料的測(cè)試結(jié)果并不準(zhǔn)確；RTI指數(shù)測(cè)試的測(cè)試時(shí)間最少在5000小時(shí)，并且也是檢測(cè)單一材料的電氣老化和力學(xué)老化，不能對(duì)復(fù)合材料背板做出準(zhǔn)確檢測(cè)；序列測(cè)試和高濕紫外老化實(shí)驗(yàn)更是一種新型實(shí)驗(yàn)，沒有理論依據(jù)和實(shí)際體驗(yàn)。

3 “價(jià)格戰(zhàn)”讓背板的使用壽命虛無縹緲

從2011年開始光伏組件的價(jià)格大幅縮水，利潤率一直減少到目前的3-10%。為了保證能夠盈利、能夠生存，光伏組件制造企業(yè)只能從原材料、生產(chǎn)管控等方面進(jìn)行成本壓縮。原材料作為成本壓縮的重頭，不可避免地使用低價(jià)的材料，而背板的價(jià)格從20-60元/平米不等，相差懸殊。由于成本的壓縮，也因?yàn)闆]有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)明確什么樣的背板適用于什么環(huán)境，一些組件廠家不考慮環(huán)境因素，將一些耐候性能較差的背板制成組件安裝于高溫、高紫外地區(qū)，沒有人能夠知道這些組件使用若干年后會(huì)出現(xiàn)什么狀況。

4 “田忌賽馬”針對(duì)考慮

既然背板的使用壽命那么的虛無縹緲，那有什么辦法能夠明確背板使用的壽命和環(huán)境呢？2014年關(guān)于背板的國家標(biāo)準(zhǔn)即將出臺(tái)，據(jù)了解標(biāo)準(zhǔn)中會(huì)明確指出什么樣結(jié)構(gòu)的背板適用于何種環(huán)境。而現(xiàn)階段Arkema公司有關(guān)報(bào)告說明通過25年UV總輻射量將中國分為三種區(qū)域：UV總輻射量大于300kWh/m2的西藏、新疆、青海等的西部地區(qū)；UV總輻射量小于300kWh/m2、大于200kWh/m2的陜西、甘肅、內(nèi)蒙、寧夏等的北部地區(qū)；UV總輻射量小于100kWh/m2的浙江、江蘇、江西等南部地區(qū)，從而根據(jù)上述三種區(qū)域?qū)夥M件背板進(jìn)行選用，讓組件使用25年成為可能。但是這種理論由于局限了背板和組件的使用范圍，對(duì)于背板、組件廠家局限性太大，存在相當(dāng)大的爭(zhēng)議使得沒有得到很好的實(shí)施。

近年來，光伏行業(yè)迅猛發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)光伏組件用的原材料需求量也越來越大。背板在組件封裝中起著舉足輕重的作用，其性能好壞直接影響到組件能否使用25年。為了保證光伏組件在光伏系統(tǒng)中的有效使用，背板的發(fā)展方向?qū)響?yīng)該是使用一種價(jià)格比較便宜的單一材料為主。在全球生產(chǎn)背板的企業(yè)日益增多，同時(shí)許多塑料行業(yè)的企業(yè)也計(jì)劃投入到光伏背板生產(chǎn)行業(yè)，在未來2-3年將會(huì)有更多的企業(yè)投產(chǎn)背板，背板產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)越來越激烈，所以如何提高背板壽命，降低背板成本，提高背板質(zhì)量是每一個(gè)背板廠商急需考慮的問題。而如何選擇更優(yōu)質(zhì)的背板也將是組件生產(chǎn)廠家在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出的保障。

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