歐標硅酮結構密封膠在太陽能光伏組件中的應用及可靠性

摘要：太陽能光伏發電行業的迅猛發展，推動了太陽能地面光伏組件用硅酮結構密封膠的廣泛應用。本文分別從光伏組件用硅酮結構密封膠的應用特點、檢測標準的先進性、檢測方法與實際受力的符合性、耐長期人工老化的持久性、綠色環保型等方面，闡述了通過GB/T 29595—2023《地面用光伏組件密封材料硅橡膠密封劑》測試項目的硅酮結構密封膠，并再次滿足歐洲標準ETAG002的技術要求時，在太陽能地面光伏組件中的應用更合理可靠。

關鍵詞：太陽能光伏組件；歐洲標準；硅酮結構密封膠；可靠性

中圖分類號：TQ436+.6文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）01-0012-04

Application and reliability of European standards silicone structural sealant in solar photovoltaic modules

YANG Xiuli，YANG Xiaofei，CHEN Jifang，SU Huifang，QI Beibei，QIN Yingzhi，ZHANG Yanhong

（Zhengzhou ZhongyuanSilande High Technology Co.，Ltd.，Zhengzhou 450007，China）

Abstract：The rapid development of solar photovoltaic power generation industry has promoted the wide applica-tion of silicone structural sealant for solar ground photovoltaic modules.In this paper，the application of silicone structural sealants in solar ground photovoltaic modules is more reasonable and reliable when it meets the technical requirements of the European standard ETAG002 from the aspects of the application characteristics of silicone structural sealants for photovoltaic modules，the advancement of testing standards，the compliance of testing meth-odswith actual stress，the durability of long-term artificial aging，and green environmental protection.

Key words：solar photovoltaic modules；european standard；silicone structural sealant；reliability

面對逐年上升的全球溫室氣體排放量及全球倡導節能減排的大環境，作為清潔能源行業的引領者，中國在發展可再生能源技術、實現節能減排，以及控制氣候變化等方面均體現出應有的擔當和責任[1]。近些年得益于國家相關政策的鼓勵與支持，中國光伏產業的全產業鏈已完全實現自主知識產權，是中國在未來實現能源革命的重要動力之一[2]。其中地面光伏組件由于具有更長生命周期的發電量、更高的防火等級、更長的質保年限等優點，為太陽能光伏發電領域貢獻了不菲的力量。

光電轉化效率作為光伏發電中最重要的性能指標，除了受電池質量的影響外，光伏組件的密封性與安全性也是至關重要的影響因素[3]，硅酮密封膠目前在光伏組件的密封和粘接方面發揮了巨大作用。該類密封膠在一定溫度下借助空氣中水汽，反應釋放出小分子物質，形成三維網狀結構的彈性體，性能優異且使用方便。在光伏組件應用中，有機硅密封膠主要用于邊框密封[4-5]、背板接線盒的粘接、接線盒灌封[6]、支架粘接[7]等。不同于一般的硅酮密封膠，硅酮結構密封膠是一種在建筑業中廣泛使用的密封膠。它可以粘接多種基材，包括玻璃、金屬、石材和混凝土，特別適用于戶外應用[8]。與傳統的瀝青涂料和瀝青紙相比，硅酮結構密封膠具有優異的耐候性、高粘接強度、抗老化、抗紫外線、抗腐蝕、抗高溫和抗低溫性能等特點，能夠滿足各種復雜的建筑結構的防水密封需求[9-10]。在光伏領域除了用于光伏建筑一體化（如光伏屋頂），還主要用于光伏玻璃或背板與掛鉤等結構件的粘接固定。因此，結構膠的性能將直接影響地面光伏組件的安全性與使用壽命[11]。

1檢測標準的先進性

目前世界上應用較廣的硅酮結構膠標準主要有GB 16776《建筑用硅酮結構密封膠》（以下簡稱GB 16776）、美國ASTM C1184《硅酮結構密封膠標準規范》（以下簡稱ASTM C1184）和歐洲ETAG002《結構密封膠裝配體系（SSGS）歐洲技術認證指南》（以下簡稱ETAG002）。GB 16776與ASTM C1184在檢測項目上非常類似，它們主要考察了結構膠在標準條件、高低溫條件、浸水和水-紫外光輻照后的拉伸粘接強度及界面破壞情況。而ETAG002和二者有較大差異。在力學性能方面，除了拉伸性能，還考察了剪切、撕裂、機械疲勞和蠕變性能，測試結構膠在復雜受力條件下的性能。在環境老化方面，除了考察高低溫下的拉伸和剪切性能，還考察了鹽霧、酸霧、清潔劑和1 008 h水-紫外光輻照老化性能，更貼合光伏組件在戶外環境的實際使用條件。

由表1可以看出GB16776和ASTM C1184檢測項目比較少，判定方法較簡單。ETAG002的檢測項目更全面、判定方法更科學合理，且與硅酮結構膠在太陽能光伏組件上的應用環境更接近。

2光伏組件用硅酮結構密封膠的可靠性

光伏組件的發電壽命一般設計為25～30年，期間，要經受曝曬、風吹、雨和雪等惡劣的氣候環境，要滿足如此嚴苛的使用條件，具備卓越的耐紫外光和耐大氣老化性能的有機硅材料是不二選擇[12]。太陽能地面用晶體硅光伏組件環境適用性測試是其可靠性和穩定性的重要保障。

所用的硅酮密封膠從其應用環境來看，必須滿足戶外地理氣候條件的差異性，對其性能特點提出了以下要求：良好的耐候能力，能夠耐受高低溫環境考驗（如西部地區炎熱干燥，而南部省份高溫潮濕）；良好的耐紫外光曝曬能力；良好的粘接能力（UV照射、暴雨、大風、高低溫環境）；良好的耐燃燒能力；良好的抗機械、冷熱沖擊及防震能力[13]。

GB/T 29595《地面用光伏組件密封材料硅橡膠密封劑》標準中對地面光伏組件密封劑，力學性能規定了拉伸、定伸、剪切等項目，而環境老化性能只闡述了濕熱、熱循環、濕冷試驗等項目，對比歐洲標準ETAG002，力學性能和環境老化檢測項目各有所長，且相輔相成。眾所周知符合ETAG002標準并具有25年質量保證的部分硅酮結構密封膠不但具有高強度、高模量特點，而且具有優異的力學性能、耐高溫高濕及長期耐老化的能力，對被粘基材無污染、無腐蝕。它不僅被大量應用在建筑幕墻的結構裝配、充氣中空玻璃及普通中空玻璃的邊部粘接密封，而且還能夠用于太陽能光伏組件的結構粘接。由目前硅酮密封膠數百萬次的疲勞試驗研究可知，選擇結構密封膠不能片面追求高強度、高伸長率，也應兼顧各種性能優勢最大化，尤其在復雜環境條件的綜合作用下，更應該注重其長期耐老化的能力。以下從檢測標準的先進性、檢測方法與實際受力的符合性、耐長期人工老化環境的優異性、綠色環保型等方面闡述符合歐洲標準ETAG002并質保25年的硅酮結構密封膠在太陽能光伏組件中應用的合理可靠性。

3光伏組件用硅酮結構密封膠的應用特點

地面光伏組件用硅酮結構密封膠主要應用于晶體硅光伏雙玻組件和薄膜組件的背軌結構粘接。組裝光伏組件，要求密封膠貼合緊密、連接牢固、密封良好，并且不能損壞層壓板和玻璃[14]。在選用掛鉤-支架法連接時，而液態的密封膠不僅能夠充分填充間隙，而且能很好地填充微觀不平整處，固化后形成彈性膠層，密封性得到顯著提高[15]。Kang等[16]發現層壓板和框架可以通過液態的密封膠實現連續且高強度的連接，使得太陽能電池組件的承載能力和整體剛性提高，應力分布更均勻。需注意的是在組件設計階段提前對硅酮結構膠做全面性能的考察，如設計粘接區域、計算粘接面積和膠層厚度，進行結構膠與安裝塊的粘接性試驗等。為組件安全考慮，一旦設計定型后不能輕易減少打膠厚度和打膠面積。另外硅酮結構密封膠施工一般在組件工廠，依靠全自動打膠設備完成，現場無需打膠，安裝效率大大提高。

對比其他的連接方式，比如壓塊法是依靠橡膠墊條的彈性變形來填充微觀間隙，其組裝雖然簡單快捷，但結合強度不高，膠條變形能力有限，對于小缺陷不能完全填充，還必須保證橡膠墊不能滑出，每個螺栓都需要擰到足夠扭力，安裝方法繁雜。

3.1檢測方法與實際受力的符合性

由于光伏組件需要固定在露天場所中，且面板與支架連接有一定傾斜角度，盡可能最大程度的吸收太陽光達到其發電的作用。硅酮結構密封膠將掛件與光伏面板粘接成一體，掛件再與支架連接，所以密封膠起到了結構粘接的作用，其受力形式多樣且方向復雜。符合ETAG002標準的硅酮結構密封膠由于通過了疲勞試驗、蠕變試驗、抗撕裂試驗的測試，可以驗證疲應力、長期剪切和拉伸載荷共同作用下的蠕變，以及抵抗撕裂能力對密封膠性能的影響。其中撕裂試驗是評估結構密封膠切口后的抗撕裂能力及切口的延伸方式，蠕變試驗是判定結構密封膠在長期剪切與拉伸載荷作用下的蠕變情況。要求力卸載24 h后試樣在水平方向上的位移不超過0.1 mm。蠕變試驗尤為重要，它能針對結構膠承受所有應力（包括玻璃的自重）的玻璃板塊類型（無支撐），沒有設置用于降低粘接失效產生危險的安全裝置，與光伏組件掛鉤式安裝類似，對結構膠持續受力下的性能有極高的要求。除此以外的其它類型都是需要設置安全裝置的（有支撐），風載、震動及玻璃自重等應力由結構膠和支撐共同承受，對結構膠的要求相對較低，一些光伏組件廠家更關注用于無支撐安裝的硅酮結構密封膠的蠕變性能。

3.2耐長期人工老化環境的優異性

歐洲標準ETAG002中耐人工老化項目主要包括1 008 h水-紫外光輻照、鹽霧、酸霧、清潔劑浸泡等。主要目的是利用人工模擬鹽霧環境、酸霧環境、清潔劑環境、水-紫外光輻照環境來考察這些特殊條件對密封膠老化性能的影響。另外GB/T 29595的人工老化項目主要有濕熱（DH）、濕凍（HF）和熱循環（TC）3項。一般性能較好的硅酮結構膠能夠同時滿足鹽霧、酸霧、清潔劑、水-紫外光輻照、高溫高濕、高低溫循環、高溫高濕-低溫循環等各種環境的要求。比如在DH1000后的拉伸粘接強度保持率為70%以上，HF10和TC200后的拉伸粘接強度保持率均大于等于85%。延長試驗周期至DH1500、HF20和TC300后，結構膠仍能具有很好的拉伸強度保持率和粘接性，具有優異的耐人工老化可靠性能。

3.3綠色環保型

近年來，隨著環保意識的提高，許多建筑設計師和建筑材料生產商開始使用環保型硅酮結構密封膠，這些密封膠不含VOC和有害物質，對人體健康和環境保護具有重要意義[17-18]。目前在常用的縮合型室溫硫化中性硅酮密封膠中，光伏組件最常用的是脫醇型和脫酮肟型硅酮密封膠。國內光伏組件用硅酮密封膠主要以脫酮肟型為主，只有少數產品為脫醇型。從機理上講，脫醇型有機硅密封膠因其與光伏電池組件所用的其他材料具有很好的相容性及低毒性更適合光伏組件使用[19]，脫出來的醇型小分子氣體對周圍環境無污染，對基材無腐蝕，屬于綠色環保型產品。另外隨著研究技術的不斷進步，客戶選擇硅酮結構密封膠時有多種顏色可選，例如白色、黑色、灰色、透明等。根據建筑外墻的顏色和外觀要求，選擇適合的顏色和透明度的硅酮結構密封膠，以達到美觀的效果[20-21]。

4結語

本文闡述了中國光伏發電行業的發展現狀及美好前景，并肯定了太陽能光伏組件在此行業中的重要地位，通過列舉光伏組件的用膠部位的差別，突出硅酮結構密封膠主要應用于晶體硅光伏雙玻組件和薄膜組件的背軌結構粘接時的重要作用。同時對這種太陽能光伏組件所用的硅酮結構密封膠從應用特點、檢測標準的先進性、檢測方法與實際受力的符合性、耐長期人工老化環境的優異性、綠色環保等幾方面論證了通過GB/T 29595的測試項目的硅酮結構密封膠，并再次滿足歐洲標準ETAG002的技術要求時，在太陽能地面光伏組件中的應用更合理可靠。選用耐老化性能優異、并取得歐洲權威檢測機構的全性能檢測報告、具有25年質保的硅酮結構密封膠，可適當延長光伏組件的使用壽命并一定程度上提高了光電轉換效率。該類硅酮結構密封膠產品在光伏組件中的應用更加安全可靠。

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（責任編輯：張玉平）