光伏背板是光伏组件中重要组成部分,起着保护、绝缘、阻隔水汽等作用,它的好坏直接决定光伏电池的使用寿命以及转化效率。然而光伏背板作为光伏组件的最外层材料,在实际使用过程中会受到环境因素如光、热、氧、液体介质等作用使材料发生老化,进而影响其使用性能。目前业内对光伏组件的使用寿命要求为25年,这就要求光伏背板需提供持续保障,因此,人们设计出一些加速老化试验方法如湿热加速老化试验、紫外加速老化试验和高低温老化试验,在短时间内模拟户外的老化情况,以此考察背板的耐老化性能。

       目前,对背板老化性能的评测主要是通过单一不同的加速老化试验方法考察背板相应的耐老化性能,例如采用湿热加速老化试验进行2000 h 或3000 h 的老化试验来模拟背板在户外抵抗湿热老化的情况。本文主要选用3 款不同厂家、不同型号的背板( A、B、C) ,分别进行单一加速老化试验以及不同组合的序列老化试验,比较、分析不同老化试验后背板材料的老化情况。

1 试验

       1. 1 试验材料与仪器

       1. 1. 1 试验材料

       光伏背板: 市场主流的3 款不同厂家不同型号的背板,分别为背板A、背板B 和背板C。

       1. 1. 2 试验仪器

       紫外老化试验箱; 恒温恒湿试验箱; 高低温交变箱; 色差仪。

       1. 2 单一加速老化试验

       1. 2. 1 紫外老化试验

       将背板A、背板B和背板C放入紫外老化试验箱中进行老化(UV),照射面为空气面,试验条件为: 温度60℃,累积辐照量为180kWh /m2 ( 其中UVA约为93%,UVB为7%) 。

       1. 2. 2 湿热老化试验

       将背板A、背板B 和背板C 放入恒温恒湿老化箱中进行老化( DH) ,试验条件为: 温度( 85 ± 2) ℃,湿度( 85±5) %,累积老化时间为3000h。

       1. 2. 3 冷热循环老化试验

       将背板A、背板B和背板C放入高低温交变箱中进行老化( TC) ,试验条件为在温度-40~85℃的条件下进行高低温交变试验,其中要求在-40℃和85℃的温度下至少保持10min,温变速率不超过100℃/h,一次循环周期不超过6h,共进行300个循环周期。

       1. 3 不同序列老化试验

       设计了3 组不同序列老化试验,具体如表1所示。

 

       将背板A、背板B和背板C分别按上述3组序列老化试验进行老化。

       1. 4 黄色指数测试

       采用色差仪对老化前后背板空气面及EVA 粘结面的黄色指数进行测试,计算老化前后背板材料的黄变。

2 结果与分析

       高分子材料在使用过程中,会因受到光、热、氧、水分等环境因素的作用而老化,导致其结构和性能发生变化,甚至失去其优良的使用价值。在发生老化的过程中,高分子材料会伴随颜色发黄的现象,即黄变。所以黄变不仅影响高分子材料的外观,而且还是其结构与性能发生变化的重要信号,所以本文通过测定老化前后背板材料的黄色指数比较不同老化方式对背板材料老化的影响。

       经单一加速老化试验后背板材料的黄色指数变化情况如图1 所示。

 

图1 单一加速老化试验后背板黄变

       从图1 可以看出,在三种不同单一加速老化试验中,湿热老化对背板材料影响相对较大; 根据背板国标GB /T 31034 - 2014,每项单一加速老化试验项目均严于国标要求,且三款不同背板产品经不同加严老化测试后,其黄变指数变化范围均小于3,符合国标要求。

       图2 为经序列老化试验一、序列老化试验二、序列老化试验三后背板外观的黄变情况。

       图3 为序列老化试验一、试验二和试验三后背板材料的黄色指数变化情况。

 

 

图3 序列老化试验后背板黄变

       从图2、图3可以看出,不同厂家的背板经不同的序列老化试验后外观黄变情况出现明显差异。A背板双面及B背板空气面经不同序列老化试验后背板的外观良好; B 背板EVA 粘结面经序列老化试验三后外观黄变严重; C 背板空气面经序列老化试验二、试验三后外观黄变严重,EVA 粘结面经序列老化试验一、试验三后外观黄变严重。

       通过本次试验发现,虽然单一加速老化试验的试验强度较大,但三款背板均能通过测试,而在不同的序列老化试验中,每项老化测试的强度仅为单一加速老化试验强度的1 /3 或不足1 /3,但叠加后却使不同的背板材料发生不同程度的老化黄变,区分出三款背板耐老化性能的优劣。这主要是当进行单一老化试验时,如UV 老化,在紫外光照射下,高分子材料中的大分子链会产生断键或交联而导致材料降解,但高分子结构对紫外光的吸收速度较小,而且多数背板材料中会添加TiO2作为光屏蔽剂,它能反射或吸收紫外光,阻止紫外光深入聚合物内部,从而使聚合物得到保护,这就使得一些背板材料在紫外光的照射下老化程度较低,耐UV 老化性能较好。但进行序列老化试验时,当经紫外光辐照后,发生光降解的部分会产生一定的亲水基团,在随后进行的湿热老化试验中,这些亲水基团会促进材料原有的水降解反应,同时温度的变化会影响高分子链的热运动,还会影响高分子材料中添加剂的扩散速度,从而影响其老化降解速度。而且每种材料的结构、成分也不尽相同,故对不同的序列老化试验表现出不同的耐老化能力。

3 结论

       通过背板单一加速老化试验及序列老化试验对比,发现序列老化试验的试验强度虽不高,但对背板老化程度的影响较大,而且不同的序列老化试验对背板材料的老化产生不同的影响。

       背板在户外使用,经历的老化过程是多重、复杂的,单凭单一加速老化试验无法模拟实际的老化过程,无法对不同背板的耐老化性能做出准确判定,因此需建立更加有效的序列老化试验来评测背板的耐老化性能,筛选出性能优异的背板,使背板可提供持续保障。



2021年07月16日

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