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光伏背板老化性能的快速试验方法

作者: 网络 编辑: 瑞凯仪器 来源: 网络 发布日期: 2020.07.17
    背板是保护电池片的重要封装材料,其直接与户外环境接触。背板材料老化会使组件加速失效,最终导致太阳电池的稳定性与耐久性无法得到保障,因而背板材料需要具备优异的绝缘性、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点。目前考察背板耐老化性的方法基本依据IEC61215-2005C6]中规定的相关测试方法,如紫外(Ultraviolet,简称UV)试验、湿热(Damp-heat,简称DH,又称高温高湿)试验.而这些项目的.测试周期都相对比较长,往往满足不了当今快速发.展的光伏行业市场。
    笔者将湿热试验与紫外试验相结合,同时对背板试样进行加速老化试验,并与常规的单纯湿热试验及单纯紫外试验的测试数据相比较,以期可以获得相同的试验效果.并在较短时间内筛选出质量较好的背板材料。
    1、试验材料与设备
    1.1试验材料
    选取市场上普遍采用的涂覆型、复合型以及挤出型背板共13种.分别编号为1~13号。其中.1~3号为涂覆型背板,4~12号为复合型背板,13号为挤出型背板。测试试样均采用背板裸片.当有紫外光源照射时,背板空气面面向光源。
    1.2 试验设备
    试验采用紫外湿热加速老化试验箱进行.紫外与湿热功能可独立运行,也可同时运行。光源为金属卤素灯;紫外光谱波长280~400 nm,其中中波紫外线(UVB)波长280~ 320 nm.长波紫外线(UVA)波长320~400 nm;辐照强度120~250 W.m-²,UVB占紫外线总能量[UV(A+ B)]的3%~10%;辐照均匀度优于±15%;温度控制精度为±2.0 ℃.温度波动度≤±1.0℃;相对湿度控制精度为±3%.相对湿度波动度为≤±(3~5)%。
    2、试验方法与结果
    2.1高温高湿试验

    按照IEC61215-2005进行耐高温高湿试验,试验温度为(85±5)℃,试验相对湿度为85%±5%.试验时间分别为1 000.1 500.2 000 h,分别表示为DH1 000,DH1 500,DH2 000。试验后对背板试样分别按照GB/T 1040.3- 20065] 和ASTM E313 -2010进行断裂伸长率以及黄变指数的测试.并按照式(1)计算试验后断裂伸长率的保持率.具体测试结果如图1~2所示(MD为纵向.TD为横向)。

断裂伸长率保持率

    由图1~2可知.随着高温高湿试验时间的增加.光伏背板的性能呈现下降趋势.尤其是复合型背板。这主要是由于复合型背板中间层聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料结构在高温高湿试验过程中发生了变化,使得结晶度增大、材料变脆,从而使得断裂伸长率下降,导致产品整体性能发生变化。整个测试过程只有在试验时间达到2 000 h时,不同种背板材料在性能方面的区别才比较明显,而整个试验过程需要将近3个月.无法满足背板材料技术工艺日益更新的要求。

高温高湿试验

    2.2紫外试验

    依据IEC 61215- 2005对背板进行紫外试验,试验箱内温度为(60±5)℃.试验辐照度不得高于250 W.m-²,累积辐照总量分别为60.90.120 kWh*m-².分别表示为UV60, UV90. UV120. .对应的试验时间分别为16,24,32 d(天)。试验后对背板试样分别按照GB/T 1040.3 - 2006 和ASTME313- 2010 进行断裂伸长率及黄变指数测试,并按照式(1)计算紫外试验后断裂伸长率的保持率,具体的测试结果如图3~4所示。


紫外老化试验

    光伏背板作为高分子化合物,其化学键极易受到紫外光的破坏,致使光伏背板表面产生裂纹.使得中.间层失去了外层的保护,继而使PET直接暴露于空气中,产生水解、碎裂,从而使得整体性能下降。由图3~4可知,在紫外辐照总量达到120 kWh. m-2的时候,不同种背板材料在性能方面的区别才比较明显,而这个测试需要经历1个多月。
    2.3紫外高温高湿试验
    试验采用的紫外高温高湿(简称uv+DH)试验万款、无锡市产品质量监督检验中心在国内首次提出的一种加速老化试验方法。试验的目的是将两个单纯的环境老化试验结合考察,这样可以.更加接近现实的环境条件。

    试验温度为(85±5)℃.试验相对湿度为.85%±5% ,试验辐照强度不得高于250 W.m~²,累积辐照总量分别为15,30,60 kWh.m-8,对应的试验时间分别为3.7.15 d.分别表示为UV15+ DH.UV30+ DH,UV60+ DH。试验后对背板试样分别.按照GB/T 1040.3- 2006和ASTM E313-2010进行断裂伸长率及黄变指数测试,并按照式(1)计算紫外高温高湿试验后断裂伸长率的保持率,具体测试结果如图5~6所示。


紫外高温高湿试验

    2.4
    各试验结果对比分析

    选取1号涂覆型背板和8号复合型背板作为典型来分析各试验结果之间的关系,结果如图7~8所示。可以看出,紫外高温高湿老化试验得到的断裂伸长率保持率与紫外试验及高温高湿试验得到的结果趋势基本一致,黄变指数也均满足现有背板产品的标准要求,可以认为紫外高温高湿试验的数据是可靠的,而且整个测试时间仅仅用了15 d。在光伏行业快速发展的今天,该测试方法能够在短期内快速筛选出需要的背板,不仅节约了大量的试验时间,而且加速老化试验也正满足了日益提高的产品要求。


图7

    3、结论
    相较于单纯的湿热试验及紫外试验来说,紫外高温高湿试验方法结合了光照、温度、湿度三重影响因素,可以在短时间内评价背板材料的质量,是一个相对快速的筛选方法,可以得到与单纯的湿热试验和紫外试验--致的结果。该方法能够同时评价组成背板的几种关键材料,而不用一-种材料分几种方法单独评价.是一种评价背板材料比较可靠的加速老化试验方法。
    对于光伏背板生产厂家而言,该方法可以指导新材料的开发.加快新产品的研发速度。对于光伏组件厂商而言.该方法可以指导其对光伏背板进行检测与遴选,寻找最优性价比的光伏背板以用于不同地区的光伏系统。对于光伏产品检测认证机构而言,该方法可以加快光伏背板的测试速率.同时保证光伏背板的检测认证在更好的模拟白然环境中进行。

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