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1、、背景背景:太陽(yáng)能光伏發(fā)電越來(lái)越多的成為我們生活中的一部分,國(guó)家十二五計(jì)劃把2015年總安裝量設(shè)定在15GW,這就預(yù)示了我們生活用電的一部分會(huì)在不久的 將來(lái)悄然變?yōu)閬?lái)自太陽(yáng)能發(fā)電。作為太陽(yáng)能發(fā)電的主要部件,光伏組件的質(zhì)量非常的重要,而光伏組件的壽命與其使用的原料密切相關(guān)。在所有的原料中,塑料部件 壽命是最短的。所以光伏組件中塑料部件的壽命決定了光伏組件的壽命。在所有塑 料部件中,背板無(wú)疑是最重要的。背板是所有封裝材料中成本比重最大的部分,由于硅材料價(jià)格的迅速降低,其也成為組件成本重要構(gòu)成之一。背板的成本由其所用的材料所決定,而不同材 料的壽命是不同的,是否能滿(mǎn)足組件要求的25年壽命也成為越來(lái)越
2、多組件廠和發(fā)電戶(hù)所關(guān)心的問(wèn)題。背板的各種結(jié)構(gòu):、背板的各種結(jié)構(gòu)目前常用的背板有多種結(jié)構(gòu),可以分為T(mén)PT、TPE、PET和涂層四類(lèi),具體見(jiàn)下表。背板結(jié)構(gòu)典型供應(yīng)商*典型供應(yīng)商J背板結(jié)構(gòu)-典型供應(yīng)商Q背板結(jié)構(gòu)典型供應(yīng)商*背板結(jié)構(gòu)典型供應(yīng)商.背板結(jié)構(gòu)典型供應(yīng)商Q背板結(jié)構(gòu)典型供應(yīng)商工背板結(jié)構(gòu)心典型供應(yīng)商*一般生產(chǎn)TPT結(jié)構(gòu)的工廠都能生產(chǎn)TPE結(jié)構(gòu)的背板。早期氟塑料主要使用杜邦公司生產(chǎn)的聚氟乙烯薄膜(PVF-Tedlar。由于聚氟乙烯的供應(yīng)商非常少所以目前越來(lái)越多的工廠使用聚偏氟乙烯(PVDF。PET結(jié)構(gòu)的背板最早在日本市場(chǎng)開(kāi)始使用,其使用耐候性PET替代氟塑料,原因是日本對(duì)組件的壽命要求低于國(guó)際市場(chǎng)要
3、求的25年,在2008到2009年間由于氟塑料薄膜緊缺而在中國(guó)得到使 用。氟涂層的背板最早由浙化院開(kāi)發(fā),使用常溫交聯(lián)型的氟塑料涂層涂布于 PET 上。其從技術(shù)原理而言是一種非常有優(yōu)勢(shì)的技術(shù)替代方案,但在技術(shù)擴(kuò)散過(guò)程中由于成本壓力,常溫交聯(lián)型氟涂層被替換成低成本的普通型氟涂料,背板性能顯著下降。只是由于成本價(jià)格低,其仍是目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)量最大的國(guó)產(chǎn)背板。在各種背板結(jié)構(gòu)中,耐候性最好的無(wú)疑是TPT和TPE結(jié)構(gòu)背板,但氟塑料薄膜受 供應(yīng)商少的限制。耐候性其次的是常溫交聯(lián)型氟涂層背板。常溫交聯(lián)型氟涂料成本 較高,此和通常光伏組件廠認(rèn)為氟涂料背板應(yīng)低價(jià)的觀念有矛盾,同時(shí)由于制造商的宣傳不夠?qū)е麓祟?lèi)背板盡管質(zhì)
4、量較好但使用并不廣泛。普通氟涂料涂層背板和PET結(jié)構(gòu)的背板耐候性是最差的,但其低價(jià)格對(duì)一些組件廠非常有吸引力。目前日 本一些公司綜合成本與耐候性的雙方面因素,正在開(kāi)發(fā)在PET結(jié)構(gòu)的背板上涂覆氟涂層的辦法來(lái)彌補(bǔ)兩種背板耐候性都差的缺點(diǎn),這種辦法應(yīng)該能對(duì)該類(lèi)背板的耐候性有一定的提升。背板老化的原因:三、背板老化的原因不同結(jié)構(gòu)背板老化的原因都是塑料的降解,其降解過(guò)程按不同結(jié)構(gòu)使用不同塑料而不同。1。氟涂層背板氟涂層背板:氟涂料是使用聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯的微小顆粒和基礎(chǔ)樹(shù)脂一起分散在溶劑中而形成。使用時(shí)將溶劑揮發(fā),氟塑料顆粒和基礎(chǔ)樹(shù)脂固化在被保護(hù)物表面,基礎(chǔ)樹(shù)脂可以交聯(lián)也可以不交聯(lián)。氟塑料本身以顆粒
5、形式分散在基礎(chǔ)樹(shù)脂中,相互不接觸。水汽或紫外線(xiàn)首先攻擊氟塑料顆粒間基礎(chǔ)樹(shù)脂,導(dǎo)致其很快降解?;A(chǔ)樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸酯樹(shù)脂或者是聚氨酯樹(shù)脂,其耐候性遠(yuǎn)差于氟塑料。其本身是極性樹(shù)脂,由于分子鏈較為復(fù)雜而樹(shù)脂的結(jié)晶性低,所以其透水率也較高。水汽會(huì)通過(guò)涂層中的基礎(chǔ)樹(shù)脂和涂層中的細(xì)小裂紋攻擊在下層的PET薄膜,而使PET很快降解開(kāi)裂,而使這類(lèi)背板在強(qiáng)濕熱老化時(shí)開(kāi)裂嚴(yán)重。四氟乙烯或偏氟乙烯顆粒,/四氮乙烯或偏氟乙烯顆粒”四氟乙烯或偏氟乙烯顆粒,/四氟乙烯或偏氟乙烯霖粒*四氟乙烯或偏氟乙烯顆粒 四氟乙烯或偏氟乙烯顆粒氟涂料涂層要形成有效的氟塑料層必須燒結(jié),燒結(jié)溫度在280至350r之間,比 如氟涂料預(yù)涂
6、的鋁板。而且氟涂料只適用于基材是硬的場(chǎng)合中。背板在使用過(guò)程中 經(jīng)常被彎折,會(huì)導(dǎo)致涂層中生產(chǎn)很多肉眼看不見(jiàn)的微小裂紋,所以實(shí)際使用的背板會(huì)比小面積用于老化測(cè)試的背板更容易老化失效。制造組件時(shí)層壓溫度較高時(shí),如發(fā) 現(xiàn)有少量涂層剝落,說(shuō)明了背板上的涂層已經(jīng)產(chǎn)生了很多細(xì)小的裂紋。唯一可以常溫交聯(lián)的氟塑料涂層是乙烯基醚氟涂料,比如日本旭硝子的Lumifilon。由于其含氟分子主鏈即提供了能溶解于溶劑的基團(tuán)又提供可以常溫交聯(lián)的基團(tuán),所以其在常溫下含氟分子鏈可以進(jìn)行交聯(lián)而形成致密的氟膜,是一種非常 好的氟薄膜背板的替代方案。7k瀉*屮 售四氟乙烯或偏氟乙塀四氟乙烯或偏氟乙塀四氟乙烯或偏氟乙塀背板:2。耐候性
7、PET背板耐候性PET背板使用一層耐候性的PET替代氟塑料薄膜。PET學(xué)名是聚對(duì)苯 二甲酸乙二醇酯,其在濕熱環(huán)境下特別容易降解而分解成酸和醇,而生成的酸會(huì)進(jìn) 步加劇分解的速度。通過(guò)添加堿性物質(zhì)進(jìn)行封端或中和降解生產(chǎn)的酸可以減緩PET的降解速度,但由于添加劑是消耗性的,所以一段時(shí)間以后PET仍然會(huì)逐步降 解。PET薄膜的透濕性較高,其透濕性是同樣厚度的PVDF薄膜的4至5倍,所以PET型的背板透濕率一般較高。水汽可以透過(guò)耐候性PET層攻擊下層的普通PET而導(dǎo)致背板開(kāi)裂。含耐羅ET層”水汽含耐夢(mèng)ET層加速老化實(shí)驗(yàn)中可以看到耐候性 PET薄膜性能的下降趨勢(shì)。耐候性PET只延緩了老化的過(guò)程,與氟塑料的
8、耐候性相比是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。日本某些公司在開(kāi)發(fā)氟涂層加耐候性 PET的背板綜合兩者的耐候性,性能應(yīng)該 比單獨(dú)使用任何一個(gè)方式都能有較高的提升。耐蘿PE僚耐蘿PET層*耐蘿PET層枳耐蘿pET層,老化條件:85C 85%濕度3。氟塑料背板氟塑料背板:氟塑料由于其分子鏈中的氟原子大、極性強(qiáng)完美的保護(hù)了碳碳分子主鏈,其耐候性、耐腐蝕性是目前塑料中最好的。氟塑料由于分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,結(jié)晶度高,導(dǎo)致其 薄膜的氣密性好,水汽透過(guò)率低,能充分保護(hù)下層的PET。氟塑料無(wú)疑是背板材料最 好的選擇。F表為某公司透明PVDF薄膜在美國(guó)亞利桑那實(shí)驗(yàn)場(chǎng)實(shí)際暴曬后的部分測(cè)試4半年后年后*六年潔4九年后"原值卜半年后-年
9、后六年后-九年后Pi 1 _- 亠-亠亠- 亠結(jié)果。薄膜厚度為80微米。半年后六年潔九年后年后不同氟塑料薄膜水汽透過(guò)率如下表,測(cè)試條件是40C ,95%濕度,100微米。4 '原值*半年后-年后-六年后-原值半年后4'年后1六年后如果不考慮成本因素,僅從性能而言,PVDF、THV和ECTFE薄膜的耐候性和阻隔性更優(yōu)異一些。四、氟塑料背板氟塑料背板、PET背板背板、氟涂料背板老化對(duì)比氟涂料背板老化對(duì)比:使用7.5千瓦的紫外鹵素?zé)魧?duì)層壓在光伏玻璃上的不同背板同時(shí)進(jìn)行老化。光照強(qiáng)度為15KW ,UVA和UVB的比例為1:1。顏色變化如下表。匸原值4半年后*年后J六年后L匚J1.1 1
10、 H+xll* J K11 1 1 11A O T原值,半年后卩年后-六年后-、* 1 h 1仔*1# 啊 J F 二111f -1 1J J11 .1 1 1 實(shí)驗(yàn)A為透過(guò)玻璃、EVA膠膜測(cè)到的變S(此處XX代替,你懂的*Q況實(shí)驗(yàn)B為背板變S(此處XX代替,你懂的*Q況紫外老化后背板表面完好,肉眼無(wú)法發(fā)現(xiàn)任何損傷,在靠電池側(cè)(膠膜側(cè)的變色非 常輕微。所以三種背板在層壓后的靜態(tài)情況下,耐紫外線(xiàn)能力類(lèi)似。使用強(qiáng)高溫高濕老化考察三種背板的耐老化情況。測(cè)試條件為1294C /1.7大 氣壓/96小時(shí)。每隔24小時(shí),將試樣從老化箱中取出拍照,情況如下。A :氟涂料背板B: TPE背板(PVDF薄膜)D : PET背板 氟涂料背板和PET背板在老化72小時(shí)后都發(fā)生開(kāi)裂。通過(guò)直接測(cè)試耐候性 PET薄膜發(fā)現(xiàn),其在老化50小時(shí)后物理性能出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn),然后性能迅速下降并在90小時(shí)前喪失物理性 能而完全粉化。五、總結(jié):總結(jié):綜合各種性能考慮,使用氟塑料薄膜的背板仍 然是目前能大規(guī)模使用的最合適 的太陽(yáng)能光伏組件材料。 由
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