微信客服
微信公眾號(hào)
2014年，不少投資大鱷相繼進(jìn)入光伏產(chǎn)業(yè)，這些投資開(kāi)發(fā)商、金融及保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)的介入進(jìn)一步加快了建設(shè)優(yōu)質(zhì)光伏電站的步伐，也促使光伏組件和部件生產(chǎn)企業(yè)由最初只追求產(chǎn)量和規(guī)模，開(kāi)始高度關(guān)注產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性問(wèn)題。隨著行業(yè)的快速發(fā)展及應(yīng)用環(huán)境的變化，通過(guò)IEC等標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中能否滿(mǎn)足25年使用壽命及衰減率的要求也在行業(yè)內(nèi)引起多方討論。2014年2月，國(guó)家認(rèn)監(jiān)委和國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)光伏產(chǎn)品檢測(cè)認(rèn)證工作的實(shí)施意見(jiàn)》，要求規(guī)范光伏產(chǎn)品質(zhì)量，在全國(guó)范圍內(nèi)推行強(qiáng)制檢測(cè)認(rèn)證。
據(jù)了解，在前期工作中，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注更多的是產(chǎn)品的性能指標(biāo)，然而對(duì)于產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的耐久性、可靠性及安全性等問(wèn)題關(guān)注較少。近兩年，因光伏產(chǎn)品導(dǎo)致的光伏系統(tǒng)及應(yīng)用端可靠性、安全性問(wèn)題逐年增加，引起了相關(guān)主管部門(mén)的注意。
材料檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)存缺陷
作為晶硅太陽(yáng)能組件重要組成部分的背板，在組件實(shí)際應(yīng)用中首當(dāng)其沖起到保護(hù)的角色，同時(shí)也是近年來(lái)安全與可靠性問(wèn)題逐年增多的一個(gè)環(huán)節(jié)。據(jù)悉，當(dāng)前光伏組件及材料主要依據(jù)IEC相關(guān)光伏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。
其中IEC 61215目的是用合理的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間，確定組件的電性能和熱性能，甄別組件的設(shè)計(jì)缺陷和一些早期材料失效。但如今這一標(biāo)準(zhǔn)也被認(rèn)為不能有效表征組件及材料在戶(hù)外的耐久性，無(wú)法據(jù)此判斷其在戶(hù)外的使用壽命。
這主要是由于該標(biāo)準(zhǔn)大都是單一環(huán)境應(yīng)力測(cè)試，未考慮綜合環(huán)境應(yīng)力對(duì)材料的影響，并且沒(méi)有對(duì)組件背面進(jìn)行紫外輻照。這導(dǎo)致一些即使通過(guò)該IEC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的組件，甚至數(shù)倍IEC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的組件在戶(hù)外仍然出現(xiàn)材料失效或性能下降，無(wú)法滿(mǎn)足25年的設(shè)計(jì)使用壽命。
還有一點(diǎn)，IEC標(biāo)準(zhǔn)只把背板看作組件的組成部分，與組件一起進(jìn)行測(cè)試與認(rèn)證，這也會(huì)導(dǎo)致對(duì)背板產(chǎn)品的整體可靠性和耐久性測(cè)試無(wú)法進(jìn)行全面評(píng)估。
隨著背板對(duì)組件可靠性和耐久性的重要性認(rèn)識(shí)的提高，基于組件及單獨(dú)背板的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范正式被提上日程。國(guó)際電工委員會(huì)IEC TC82下的工作小組正在對(duì)IEC 61730第二版進(jìn)行修訂，并在起草新的背板材料測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 62788-2和IEC 62788-7-2，這些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)背板提出更多和更高的要求。
國(guó)內(nèi)近兩年內(nèi)也連續(xù)起草和設(shè)立了背板的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，都加強(qiáng)了對(duì)環(huán)境試驗(yàn)的要求。背板國(guó)標(biāo)GB/T 31034-2014已于2014年底發(fā)布，背板行標(biāo)草稿也已提交。這些新標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)立和推廣將深化人們對(duì)背板材料的認(rèn)識(shí)和使用要求，規(guī)范背板選材和設(shè)計(jì)，為光伏組件的可靠性和耐久性提供更多保障。
關(guān)于背板你需了解的幾個(gè)測(cè)試
標(biāo)準(zhǔn)的更新與完善意味著測(cè)試方法的進(jìn)一步改進(jìn)，那么，怎樣的測(cè)試方法才能使背板最大限度的接近于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境？怎樣的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)才能滿(mǎn)足所需可靠性、耐久性、安全性？
根據(jù)戶(hù)外實(shí)際環(huán)境和戶(hù)外失效實(shí)際情況，目前有必要對(duì)背板材料進(jìn)行高溫高濕老化、紫外老化、耐候性綜合老化、序列老化、落砂、鹽霧腐蝕、耐熱測(cè)試為主的七大測(cè)試，每一項(xiàng)測(cè)試根據(jù)環(huán)境和應(yīng)用情況，應(yīng)當(dāng)制定一定的標(biāo)準(zhǔn)要求。
例如落砂測(cè)試，近年中國(guó)西部荒漠、戈壁地區(qū)興起了大型光伏地面電站的建設(shè)熱潮，隨之而來(lái)的諸多電站質(zhì)量問(wèn)題也逐漸暴露，主要源于這類(lèi)地區(qū)的氣候類(lèi)型極為苛刻，在這里發(fā)電的組件除了要應(yīng)對(duì)更高的紫外輻照劑量和更大的冷熱循環(huán)應(yīng)力外，還要考慮風(fēng)沙磨損對(duì)組件尤其是對(duì)背板外層耐侯保護(hù)層的影響。
如果背板外層耐候保護(hù)層在戶(hù)外很快被磨損減薄，將導(dǎo)致背板外層耐受應(yīng)力開(kāi)裂性能下降，影響對(duì)PET中間層的紫外阻隔保護(hù)和水汽阻隔，使得背板失效，最終導(dǎo)致組件失效和功率加速衰減。為了解決這一問(wèn)題，在2014年底完成審定并即將批復(fù)發(fā)布的背板國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及背板行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，均對(duì)背板外層耐候保護(hù)層的耐風(fēng)沙磨損性能提出了測(cè)試要求。
這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)均推薦采用GB/T 23988-2009（涂料耐磨性測(cè)定落砂法）作為背板材料的實(shí)驗(yàn)室風(fēng)沙磨損測(cè)試方法。該測(cè)試使用特定粒徑和規(guī)格的沙粒，從規(guī)定高度沿導(dǎo)管降落沖擊背板外表面，直至背板外層耐候?qū)颖荒ゴ┞冻鲋睆?mm的PET聚酯中間層。研究發(fā)現(xiàn)，在這樣的測(cè)試及實(shí)際環(huán)境應(yīng)用中，一些涂覆型背板暴露出更多的劣勢(shì)，建議業(yè)主在此類(lèi)環(huán)境中組件選用具備良好耐風(fēng)沙磨損能力的背板。
實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的加減法需要反映戶(hù)外實(shí)際應(yīng)力條件
前面提到背板時(shí)常與組件一起進(jìn)行測(cè)試，高溫高濕老化測(cè)試也是其中之一，IEC 61215和IEC 61730中均明確要求對(duì)組件進(jìn)行1000小時(shí)的濕熱老化測(cè)試以判斷組件是否有明顯功率衰減和失效（如漏電或起泡等）。
某些背板廠(chǎng)商為了證明其背板材料可靠，對(duì)背板進(jìn)行2000小時(shí)甚至3000小時(shí)的濕熱測(cè)試。然而，這樣的加倍測(cè)試容易導(dǎo)致背板中的PET聚酯材料發(fā)生明顯水解和脆化。那么，背板在戶(hù)外是否因水解脆化而失效？此前NREL針對(duì)PET聚酯材料在戶(hù)外水解程度進(jìn)行了理論模擬分析，發(fā)現(xiàn)1000小時(shí)濕熱老化能夠模擬PET聚酯材料在世界上任何地區(qū)超過(guò)25年的水解程度。
在長(zhǎng)期戶(hù)外組件研究中也發(fā)現(xiàn)，基于特能® (Tedlar®) PVF薄膜的背板并未因水解而脆化。圖1顯示了這類(lèi)背板在戶(hù)外使用4～19年后的機(jī)械性能，其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率在長(zhǎng)期戶(hù)外服役后性能保持良好，并未發(fā)生脆化。值得注意的是，這些戶(hù)外案例中包括較濕熱的的日本宮古島的19年實(shí)例。而實(shí)驗(yàn)室的對(duì)比測(cè)試顯示，在超過(guò)1000小時(shí)的濕熱老化測(cè)試后，背板機(jī)械性能明顯下降，這顯然與戶(hù)外老化情況不符。
圖1. （左）3000小時(shí)濕熱老化測(cè)試后，TPT背板機(jī)械性能明顯下降，但特能® (Tedlar®) PVF薄膜機(jī)械性能保持穩(wěn)定；（右）戶(hù)外實(shí)際案例中的TPT背板在不同氣候環(huán)境長(zhǎng)期使用后機(jī)械性能仍保持穩(wěn)定
因此，不是所有測(cè)試都能隨意增加劑量，需根據(jù)戶(hù)外實(shí)際情況進(jìn)行判斷，有些本身已經(jīng)達(dá)到測(cè)試的最佳選擇，沒(méi)必要增加測(cè)試條件。有些測(cè)試條件明顯低于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的要求，那么就有必要進(jìn)一步完善，比如紫外老化測(cè)試。
IEC 61215中對(duì)組件正面要求進(jìn)行15 kWh/m2的紫外預(yù)處理，試驗(yàn)?zāi)康氖墙M件在進(jìn)行冷熱循環(huán)/濕凍試驗(yàn)前進(jìn)行紫外預(yù)處理以確定相關(guān)材料及粘接的紫外衰減。
如今行業(yè)已有共識(shí)，該紫外劑量遠(yuǎn)低于戶(hù)外25年的組件實(shí)際接受紫外曝曬劑量，而且組件背板的空氣面并未進(jìn)行紫外輻照，因此背板國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草稿IEC 62788-2和背板國(guó)標(biāo)GB/T 31034-2014都增加了紫外測(cè)試的劑量。
表1是不同典型氣候地區(qū)的25年的紫外輻照量。荒漠地區(qū)的組件背面25年累計(jì)紫外劑量達(dá)到275 kWh/m2，即使是溫和地區(qū)也達(dá)到171 kWh/m2，相當(dāng)于IEC 61215紫外預(yù)處理劑量的11到18倍。
表1. 不同氣候環(huán)境下組件的紫外曝曬劑量（12%的地面紫外反射率）
一些市售背板為了降低成本，采用耐紫外性能較差的PET聚酯材料或?qū)⒈嘲灞砻孀贤庾韪魧雍穸葴p至極薄，這可能導(dǎo)致背板的加速紫外老化。在戶(hù)外也出現(xiàn)一些背板內(nèi)外層紫外老化發(fā)黃現(xiàn)象，如PET外層發(fā)黃開(kāi)裂和PVDF背板內(nèi)層顯著發(fā)黃案例。因此很有必要評(píng)估紫外線(xiàn)從對(duì)背板材料的破壞風(fēng)險(xiǎn)。而TPT背板在PET中間層的兩面采用特能® (Tedlar®) PVF薄膜，能夠長(zhǎng)期有效耐受紫外線(xiàn)并阻隔紫外線(xiàn)，保護(hù)PET中間層。
綜合老化測(cè)試和序列老化測(cè)試可發(fā)現(xiàn)隱藏的風(fēng)險(xiǎn)
還有一項(xiàng)重要的耐候性測(cè)試，是將紫外輻照與溫度以及濕度結(jié)合在一起，同時(shí)對(duì)材料進(jìn)行綜合老化的測(cè)試方法。相比現(xiàn)有IEC61215中的濕熱老化和紫外測(cè)試，耐候性測(cè)試將光、熱、濕三種重要環(huán)境因素綜合在一起，考察組件和材料在多因素協(xié)同效應(yīng)下的老化情況，能更好的模擬戶(hù)外實(shí)際情況。IEC 61730第二版修改稿和IEC 62788-7-2兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)也在對(duì)綜合老化測(cè)試進(jìn)行研究。
目前市售一些PET聚酯背板逆向研發(fā)，經(jīng)過(guò)耐水解或耐紫外改性后，可以通過(guò)加倍的IEC濕熱老化和紫外老化測(cè)試。但是在綜合老化測(cè)試時(shí)，卻出現(xiàn)顯著的機(jī)械性能下降和開(kāi)裂（圖2），表明其在實(shí)際戶(hù)外使用時(shí)仍然具有較大的失效風(fēng)險(xiǎn)。
圖2. 四種典型耐紫外耐水解PET聚酯背板內(nèi)層在1000小時(shí)綜合老化測(cè)試后開(kāi)裂
（試驗(yàn)條件：氙燈，120W/m2 @300-400nm, 95oC BPT, 50%RH, 紫外照射在背板外表面）
序列老化也非常重要，組件背板材料在戶(hù)外不僅直接受環(huán)境因素影響，同時(shí)還受到組件產(chǎn)生的應(yīng)力影響，這些組件產(chǎn)生的應(yīng)力與背板所受直接環(huán)境應(yīng)力疊加使得背板材料長(zhǎng)期戶(hù)外老化和失效變得更加復(fù)雜。IEC61215中采用濕熱老化、紫外和冷熱循環(huán)等來(lái)評(píng)估環(huán)境對(duì)組件產(chǎn)生的影響。序列老化是將這些應(yīng)力依次疊加，能夠發(fā)現(xiàn)很多單一老化測(cè)試難以發(fā)現(xiàn)的材料失效問(wèn)題，為組件設(shè)計(jì)和選材提供更多依據(jù)。
圖3顯示了兩款使用PVDF薄膜背板的組件序列老化后的照片。在兩次DH1000+TC200序列老化測(cè)試后，PVDF薄膜出現(xiàn)明顯裂紋，表明PVDF薄膜顯著脆化；對(duì)比組采用基于特能®(Tedlar®) PVF薄膜的背板在同樣的序列老化后上無(wú)明顯變化。這主要是因?yàn)镻VDF薄膜自身較脆，尤其是在橫向（TD）方向；在濕熱老化后脆性更為嚴(yán)重，易受冷熱循環(huán)應(yīng)力而產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象。這一失效風(fēng)險(xiǎn)在單項(xiàng)濕熱或冷熱循環(huán)測(cè)試中則難以發(fā)現(xiàn)。
圖3. 使用PVDF薄膜背板的組件在2×（DH1000小時(shí)+ 200個(gè)冷熱循環(huán)）序列老化測(cè)試后，外層 PVDF薄膜出現(xiàn)明顯不規(guī)則裂紋。
通過(guò)這些測(cè)試方法可以評(píng)估一些背板存在的失效風(fēng)險(xiǎn)，它們是通過(guò)IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試甚至加倍測(cè)試都無(wú)法發(fā)現(xiàn)的，這些失效很有可能成為光伏電站潛在的隱憂(yōu)，不容忽視。存在問(wèn)題即有風(fēng)險(xiǎn)，為了保障組件質(zhì)量及電站投資收益，有必要科學(xué)合理的強(qiáng)化材料測(cè)試。除了上述在不同標(biāo)準(zhǔn)中已明確或已被關(guān)注的測(cè)試項(xiàng)目外，還有一些標(biāo)準(zhǔn)中未完善或不夠完善的項(xiàng)目需要引起關(guān)注，比如鹽霧腐蝕測(cè)試和背板耐熱測(cè)試等。
隨著行業(yè)對(duì)光伏組件及材料的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與方法認(rèn)識(shí)的逐漸提高，以及IEC各工作小組、相關(guān)光伏研究機(jī)構(gòu)和第三方測(cè)試機(jī)構(gòu)等的不斷努力，光伏質(zhì)量保障標(biāo)準(zhǔn)體系的正在形成。作為保證組件在戶(hù)外可靠性、耐久性和安全性極其關(guān)鍵的背板材料，相關(guān)的國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)也正在逐漸確立和完善中。組件以及背板的加速老化測(cè)試和可靠性測(cè)試方法的建立以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的形成需要行業(yè)相關(guān)人士持續(xù)深入研究、加強(qiáng)合作攻關(guān)和不斷提升完善。同時(shí)，戶(hù)外長(zhǎng)期實(shí)績(jī)驗(yàn)證才是檢驗(yàn)組件與材料可靠性和耐久性的最終評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)從業(yè)者也應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)組件和背板戶(hù)外失效機(jī)理的了解，引導(dǎo)相關(guān)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法和條件設(shè)置，避免機(jī)械套用標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估組件和選用材料，甚至按照所謂標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行逆向研發(fā)，導(dǎo)致產(chǎn)品通過(guò)各類(lèi)測(cè)試但在戶(hù)外繼續(xù)出質(zhì)量問(wèn)題的局面重演。
據(jù)了解，在前期工作中，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注更多的是產(chǎn)品的性能指標(biāo)，然而對(duì)于產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的耐久性、可靠性及安全性等問(wèn)題關(guān)注較少。近兩年，因光伏產(chǎn)品導(dǎo)致的光伏系統(tǒng)及應(yīng)用端可靠性、安全性問(wèn)題逐年增加，引起了相關(guān)主管部門(mén)的注意。
材料檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)存缺陷
作為晶硅太陽(yáng)能組件重要組成部分的背板，在組件實(shí)際應(yīng)用中首當(dāng)其沖起到保護(hù)的角色，同時(shí)也是近年來(lái)安全與可靠性問(wèn)題逐年增多的一個(gè)環(huán)節(jié)。據(jù)悉，當(dāng)前光伏組件及材料主要依據(jù)IEC相關(guān)光伏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。
其中IEC 61215目的是用合理的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間，確定組件的電性能和熱性能，甄別組件的設(shè)計(jì)缺陷和一些早期材料失效。但如今這一標(biāo)準(zhǔn)也被認(rèn)為不能有效表征組件及材料在戶(hù)外的耐久性，無(wú)法據(jù)此判斷其在戶(hù)外的使用壽命。
這主要是由于該標(biāo)準(zhǔn)大都是單一環(huán)境應(yīng)力測(cè)試，未考慮綜合環(huán)境應(yīng)力對(duì)材料的影響，并且沒(méi)有對(duì)組件背面進(jìn)行紫外輻照。這導(dǎo)致一些即使通過(guò)該IEC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的組件，甚至數(shù)倍IEC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的組件在戶(hù)外仍然出現(xiàn)材料失效或性能下降，無(wú)法滿(mǎn)足25年的設(shè)計(jì)使用壽命。
還有一點(diǎn)，IEC標(biāo)準(zhǔn)只把背板看作組件的組成部分，與組件一起進(jìn)行測(cè)試與認(rèn)證，這也會(huì)導(dǎo)致對(duì)背板產(chǎn)品的整體可靠性和耐久性測(cè)試無(wú)法進(jìn)行全面評(píng)估。
隨著背板對(duì)組件可靠性和耐久性的重要性認(rèn)識(shí)的提高，基于組件及單獨(dú)背板的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范正式被提上日程。國(guó)際電工委員會(huì)IEC TC82下的工作小組正在對(duì)IEC 61730第二版進(jìn)行修訂，并在起草新的背板材料測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 62788-2和IEC 62788-7-2，這些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)背板提出更多和更高的要求。
國(guó)內(nèi)近兩年內(nèi)也連續(xù)起草和設(shè)立了背板的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，都加強(qiáng)了對(duì)環(huán)境試驗(yàn)的要求。背板國(guó)標(biāo)GB/T 31034-2014已于2014年底發(fā)布，背板行標(biāo)草稿也已提交。這些新標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)立和推廣將深化人們對(duì)背板材料的認(rèn)識(shí)和使用要求，規(guī)范背板選材和設(shè)計(jì)，為光伏組件的可靠性和耐久性提供更多保障。
關(guān)于背板你需了解的幾個(gè)測(cè)試
標(biāo)準(zhǔn)的更新與完善意味著測(cè)試方法的進(jìn)一步改進(jìn)，那么，怎樣的測(cè)試方法才能使背板最大限度的接近于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境？怎樣的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)才能滿(mǎn)足所需可靠性、耐久性、安全性？
根據(jù)戶(hù)外實(shí)際環(huán)境和戶(hù)外失效實(shí)際情況，目前有必要對(duì)背板材料進(jìn)行高溫高濕老化、紫外老化、耐候性綜合老化、序列老化、落砂、鹽霧腐蝕、耐熱測(cè)試為主的七大測(cè)試，每一項(xiàng)測(cè)試根據(jù)環(huán)境和應(yīng)用情況，應(yīng)當(dāng)制定一定的標(biāo)準(zhǔn)要求。
例如落砂測(cè)試，近年中國(guó)西部荒漠、戈壁地區(qū)興起了大型光伏地面電站的建設(shè)熱潮，隨之而來(lái)的諸多電站質(zhì)量問(wèn)題也逐漸暴露，主要源于這類(lèi)地區(qū)的氣候類(lèi)型極為苛刻，在這里發(fā)電的組件除了要應(yīng)對(duì)更高的紫外輻照劑量和更大的冷熱循環(huán)應(yīng)力外，還要考慮風(fēng)沙磨損對(duì)組件尤其是對(duì)背板外層耐侯保護(hù)層的影響。
如果背板外層耐候保護(hù)層在戶(hù)外很快被磨損減薄，將導(dǎo)致背板外層耐受應(yīng)力開(kāi)裂性能下降，影響對(duì)PET中間層的紫外阻隔保護(hù)和水汽阻隔，使得背板失效，最終導(dǎo)致組件失效和功率加速衰減。為了解決這一問(wèn)題，在2014年底完成審定并即將批復(fù)發(fā)布的背板國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及背板行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，均對(duì)背板外層耐候保護(hù)層的耐風(fēng)沙磨損性能提出了測(cè)試要求。
這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)均推薦采用GB/T 23988-2009（涂料耐磨性測(cè)定落砂法）作為背板材料的實(shí)驗(yàn)室風(fēng)沙磨損測(cè)試方法。該測(cè)試使用特定粒徑和規(guī)格的沙粒，從規(guī)定高度沿導(dǎo)管降落沖擊背板外表面，直至背板外層耐候?qū)颖荒ゴ┞冻鲋睆?mm的PET聚酯中間層。研究發(fā)現(xiàn)，在這樣的測(cè)試及實(shí)際環(huán)境應(yīng)用中，一些涂覆型背板暴露出更多的劣勢(shì)，建議業(yè)主在此類(lèi)環(huán)境中組件選用具備良好耐風(fēng)沙磨損能力的背板。
實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的加減法需要反映戶(hù)外實(shí)際應(yīng)力條件
前面提到背板時(shí)常與組件一起進(jìn)行測(cè)試，高溫高濕老化測(cè)試也是其中之一，IEC 61215和IEC 61730中均明確要求對(duì)組件進(jìn)行1000小時(shí)的濕熱老化測(cè)試以判斷組件是否有明顯功率衰減和失效（如漏電或起泡等）。
某些背板廠(chǎng)商為了證明其背板材料可靠，對(duì)背板進(jìn)行2000小時(shí)甚至3000小時(shí)的濕熱測(cè)試。然而，這樣的加倍測(cè)試容易導(dǎo)致背板中的PET聚酯材料發(fā)生明顯水解和脆化。那么，背板在戶(hù)外是否因水解脆化而失效？此前NREL針對(duì)PET聚酯材料在戶(hù)外水解程度進(jìn)行了理論模擬分析，發(fā)現(xiàn)1000小時(shí)濕熱老化能夠模擬PET聚酯材料在世界上任何地區(qū)超過(guò)25年的水解程度。
在長(zhǎng)期戶(hù)外組件研究中也發(fā)現(xiàn)，基于特能® (Tedlar®) PVF薄膜的背板并未因水解而脆化。圖1顯示了這類(lèi)背板在戶(hù)外使用4～19年后的機(jī)械性能，其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率在長(zhǎng)期戶(hù)外服役后性能保持良好，并未發(fā)生脆化。值得注意的是，這些戶(hù)外案例中包括較濕熱的的日本宮古島的19年實(shí)例。而實(shí)驗(yàn)室的對(duì)比測(cè)試顯示，在超過(guò)1000小時(shí)的濕熱老化測(cè)試后，背板機(jī)械性能明顯下降，這顯然與戶(hù)外老化情況不符。
因此，不是所有測(cè)試都能隨意增加劑量，需根據(jù)戶(hù)外實(shí)際情況進(jìn)行判斷，有些本身已經(jīng)達(dá)到測(cè)試的最佳選擇，沒(méi)必要增加測(cè)試條件。有些測(cè)試條件明顯低于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的要求，那么就有必要進(jìn)一步完善，比如紫外老化測(cè)試。
IEC 61215中對(duì)組件正面要求進(jìn)行15 kWh/m2的紫外預(yù)處理，試驗(yàn)?zāi)康氖墙M件在進(jìn)行冷熱循環(huán)/濕凍試驗(yàn)前進(jìn)行紫外預(yù)處理以確定相關(guān)材料及粘接的紫外衰減。
如今行業(yè)已有共識(shí)，該紫外劑量遠(yuǎn)低于戶(hù)外25年的組件實(shí)際接受紫外曝曬劑量，而且組件背板的空氣面并未進(jìn)行紫外輻照，因此背板國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草稿IEC 62788-2和背板國(guó)標(biāo)GB/T 31034-2014都增加了紫外測(cè)試的劑量。
表1是不同典型氣候地區(qū)的25年的紫外輻照量。荒漠地區(qū)的組件背面25年累計(jì)紫外劑量達(dá)到275 kWh/m2，即使是溫和地區(qū)也達(dá)到171 kWh/m2，相當(dāng)于IEC 61215紫外預(yù)處理劑量的11到18倍。
表1. 不同氣候環(huán)境下組件的紫外曝曬劑量（12%的地面紫外反射率）
一些市售背板為了降低成本，采用耐紫外性能較差的PET聚酯材料或?qū)⒈嘲灞砻孀贤庾韪魧雍穸葴p至極薄，這可能導(dǎo)致背板的加速紫外老化。在戶(hù)外也出現(xiàn)一些背板內(nèi)外層紫外老化發(fā)黃現(xiàn)象，如PET外層發(fā)黃開(kāi)裂和PVDF背板內(nèi)層顯著發(fā)黃案例。因此很有必要評(píng)估紫外線(xiàn)從對(duì)背板材料的破壞風(fēng)險(xiǎn)。而TPT背板在PET中間層的兩面采用特能® (Tedlar®) PVF薄膜，能夠長(zhǎng)期有效耐受紫外線(xiàn)并阻隔紫外線(xiàn)，保護(hù)PET中間層。
綜合老化測(cè)試和序列老化測(cè)試可發(fā)現(xiàn)隱藏的風(fēng)險(xiǎn)
還有一項(xiàng)重要的耐候性測(cè)試，是將紫外輻照與溫度以及濕度結(jié)合在一起，同時(shí)對(duì)材料進(jìn)行綜合老化的測(cè)試方法。相比現(xiàn)有IEC61215中的濕熱老化和紫外測(cè)試，耐候性測(cè)試將光、熱、濕三種重要環(huán)境因素綜合在一起，考察組件和材料在多因素協(xié)同效應(yīng)下的老化情況，能更好的模擬戶(hù)外實(shí)際情況。IEC 61730第二版修改稿和IEC 62788-7-2兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)也在對(duì)綜合老化測(cè)試進(jìn)行研究。
目前市售一些PET聚酯背板逆向研發(fā)，經(jīng)過(guò)耐水解或耐紫外改性后，可以通過(guò)加倍的IEC濕熱老化和紫外老化測(cè)試。但是在綜合老化測(cè)試時(shí)，卻出現(xiàn)顯著的機(jī)械性能下降和開(kāi)裂（圖2），表明其在實(shí)際戶(hù)外使用時(shí)仍然具有較大的失效風(fēng)險(xiǎn)。
圖2. 四種典型耐紫外耐水解PET聚酯背板內(nèi)層在1000小時(shí)綜合老化測(cè)試后開(kāi)裂
（試驗(yàn)條件：氙燈，120W/m2 @300-400nm, 95oC BPT, 50%RH, 紫外照射在背板外表面）
序列老化也非常重要，組件背板材料在戶(hù)外不僅直接受環(huán)境因素影響，同時(shí)還受到組件產(chǎn)生的應(yīng)力影響，這些組件產(chǎn)生的應(yīng)力與背板所受直接環(huán)境應(yīng)力疊加使得背板材料長(zhǎng)期戶(hù)外老化和失效變得更加復(fù)雜。IEC61215中采用濕熱老化、紫外和冷熱循環(huán)等來(lái)評(píng)估環(huán)境對(duì)組件產(chǎn)生的影響。序列老化是將這些應(yīng)力依次疊加，能夠發(fā)現(xiàn)很多單一老化測(cè)試難以發(fā)現(xiàn)的材料失效問(wèn)題，為組件設(shè)計(jì)和選材提供更多依據(jù)。
圖3顯示了兩款使用PVDF薄膜背板的組件序列老化后的照片。在兩次DH1000+TC200序列老化測(cè)試后，PVDF薄膜出現(xiàn)明顯裂紋，表明PVDF薄膜顯著脆化；對(duì)比組采用基于特能®(Tedlar®) PVF薄膜的背板在同樣的序列老化后上無(wú)明顯變化。這主要是因?yàn)镻VDF薄膜自身較脆，尤其是在橫向（TD）方向；在濕熱老化后脆性更為嚴(yán)重，易受冷熱循環(huán)應(yīng)力而產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象。這一失效風(fēng)險(xiǎn)在單項(xiàng)濕熱或冷熱循環(huán)測(cè)試中則難以發(fā)現(xiàn)。
通過(guò)這些測(cè)試方法可以評(píng)估一些背板存在的失效風(fēng)險(xiǎn)，它們是通過(guò)IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試甚至加倍測(cè)試都無(wú)法發(fā)現(xiàn)的，這些失效很有可能成為光伏電站潛在的隱憂(yōu)，不容忽視。存在問(wèn)題即有風(fēng)險(xiǎn)，為了保障組件質(zhì)量及電站投資收益，有必要科學(xué)合理的強(qiáng)化材料測(cè)試。除了上述在不同標(biāo)準(zhǔn)中已明確或已被關(guān)注的測(cè)試項(xiàng)目外，還有一些標(biāo)準(zhǔn)中未完善或不夠完善的項(xiàng)目需要引起關(guān)注，比如鹽霧腐蝕測(cè)試和背板耐熱測(cè)試等。
隨著行業(yè)對(duì)光伏組件及材料的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與方法認(rèn)識(shí)的逐漸提高，以及IEC各工作小組、相關(guān)光伏研究機(jī)構(gòu)和第三方測(cè)試機(jī)構(gòu)等的不斷努力，光伏質(zhì)量保障標(biāo)準(zhǔn)體系的正在形成。作為保證組件在戶(hù)外可靠性、耐久性和安全性極其關(guān)鍵的背板材料，相關(guān)的國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)也正在逐漸確立和完善中。組件以及背板的加速老化測(cè)試和可靠性測(cè)試方法的建立以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的形成需要行業(yè)相關(guān)人士持續(xù)深入研究、加強(qiáng)合作攻關(guān)和不斷提升完善。同時(shí)，戶(hù)外長(zhǎng)期實(shí)績(jī)驗(yàn)證才是檢驗(yàn)組件與材料可靠性和耐久性的最終評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)從業(yè)者也應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)組件和背板戶(hù)外失效機(jī)理的了解，引導(dǎo)相關(guān)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法和條件設(shè)置，避免機(jī)械套用標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估組件和選用材料，甚至按照所謂標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行逆向研發(fā)，導(dǎo)致產(chǎn)品通過(guò)各類(lèi)測(cè)試但在戶(hù)外繼續(xù)出質(zhì)量問(wèn)題的局面重演。
0 條