光伏背板老化性能的快速試驗方法
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瑞凱儀器
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發布日期： 2020.07.17
背板是保護電池片的重要封裝材料，其直接與戶外環境接觸。背板材料老化會使組件加速失效，終導致太陽電池的穩定性與耐久性無法得到保障，因而背板材料需要具備優異的絕緣性、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點。目前考察背板耐老化性的方法基本依據IEC61215-2005C6]中規定的相關測試方法，如紫外(Ultraviolet，簡稱UV)試驗、濕熱(Damp-heat，簡稱DH，又稱高溫高濕)試驗.而這些項目的.測試周期都相對比較長，往往滿足不了當今快速發.展的光伏行業市場。
筆者將濕熱試驗與紫外試驗相結合，同時對背板試樣進行加速老化試驗，并與常規的單純濕熱試驗及單純紫外試驗的測試數據相比較，以期可以獲得相同的試驗效果.并在較短時間內篩選出質量較好的背板材料。
1、試驗材料與設備
1.1試驗材料
選取市場上普遍采用的涂覆型、復合型以及擠出型背板共13種.分別編號為1~13號。其中.1~3號為涂覆型背板，4~12號為復合型背板，13號為擠出型背板。測試試樣均采用背板裸片.當有紫外光源照射時，背板空氣面面向光源。
1.2 試驗設備
試驗采用紫外濕熱加速老化試驗箱進行.紫外與濕熱功能可獨立運行，也可同時運行。光源為金屬鹵素燈;紫外光譜波長280~400 nm，其中中波紫外線(UVB)波長280~ 320 nm.長波紫外線(UVA)波長320~400 nm;輻照強度120~250 W.m-2，UVB占紫外線總能量[UV(A+ B)]的3%~10%;輻照均勻度優于±15%;溫度控制精度為±2.0 ℃.溫度波動度≤±1.0℃;相對濕度控制精度為±3%.相對濕度波動度為≤±(3~5)%。
2、試驗方法與結果
2.1高溫高濕試驗
按照IEC61215-2005進行耐高溫高濕試驗，試驗溫度為(85±5)℃，試驗相對濕度為85%±5%.試驗時間分別為1 000.1 500.2 000 h，分別表示為DH1 000，DH1 500，DH2 000。試驗后對背板試樣分別按照GB/T 1040.3- 20065] 和ASTM E313 -2010進行斷裂伸長率以及黃變指數的測試.并按照式(1)計算試驗后斷裂伸長率的保持率.具體測試結果如圖1~2所示(MD為縱向.TD為橫向)。
由圖1~2可知.隨著高溫高濕試驗時間的增加.光伏背板的性能呈現下降趨勢.尤其是復合型背板。這主要是由于復合型背板中間層聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料結構在高溫高濕試驗過程中發生了變化，使得結晶度增大、材料變脆，從而使得斷裂伸長率下降，導致產品整體性能發生變化。整個測試過程只有在試驗時間達到2
000 h時，不同種背板材料在性能方面的區別才比較明顯，而整個試驗過程需要將近3個月.無法滿足背板材料技術工藝日益更新的要求。
2.2紫外試驗
依據IEC 61215- 2005對背板進行紫外試驗，試驗箱內溫度為(60±5)℃.試驗輻照度不得高于250 W.m-2，累積輻照總量分別為60.90.120 kWh*m-2.分別表示為UV60， UV90. UV120. .對應的試驗時間分別為16，24，32 d(天)。試驗后對背板試樣分別按照GB/T 1040.3 - 2006 和ASTME313-
2010 進行斷裂伸長率及黃變指數測試，并按照式(1)計算紫外試驗后斷裂伸長率的保持率，具體的測試結果如圖3~4所示。
光伏背板作為高分子化合物，其化學鍵極易受到紫外光的破壞，致使光伏背板表面產生裂紋.使得中.間層失去了外層的保護，繼而使PET直接暴露于空氣中，產生水解、碎裂，從而使得整體性能下降。由圖3~4可知，在紫外輻照總量達到120 kWh. m-2的時候，不同種背板材料在性能方面的區別才比較明顯，而這個測試需要經歷1個多月。
2.3紫外高溫高濕試驗
試驗采用的紫外高溫高濕(簡稱uv+DH)試驗萬款、無錫市產品質量監督檢驗在國內首次提出的一種加速老化試驗方法。試驗的目的是將兩個單純的環境老化試驗結合考察，這樣可以.更加接近現實的環境條件。
試驗溫度為(85±5)℃.試驗相對濕度為.85%±5% ，試驗輻照強度不得高于250 W.m~2，累積輻照總量分別為15，30，60 kWh.m-8，對應的試驗時間分別為3.7.15 d.分別表示為UV15+ DH.UV30+ DH，UV60+ DH。試驗后對背板試樣分別.按照GB/T 1040.3- 2006和ASTM E313-2010進行斷裂伸長率及黃變指數測試，并按照式(1)計算紫外高溫高濕試驗后斷裂伸長率的保持率，具體測試結果如圖5~6所示。
2.4
各試驗結果對比分析
選取1號涂覆型背板和8號復合型背板作為典型來分析各試驗結果之間的關系，結果如圖7~8所示。可以看出，紫外高溫高濕老化試驗得到的斷裂伸長率保持率與紫外試驗及高溫高濕試驗得到的結果趨勢基本一致，黃變指數也均滿足現有背板產品的標準要求，可以認為紫外高溫高濕試驗的數據是可靠的，而且整個測試時間僅僅用了15 d。在光伏行業快速發展的今天，該測試方法能夠在短期內快速篩選出需要的背板，不僅節約了大量的試驗時間，而且加速老化試驗也正滿足了日益提高的產品要求。
3、結論
相較于單純的濕熱試驗及紫外試驗來說，紫外高溫高濕試驗方法結合了光照、溫度、濕度三重影響因素，可以在短時間內評價背板材料的質量，是一個相對快速的篩選方法，可以得到與單純的濕熱試驗和紫外試驗--致的結果。該方法能夠同時評價組成背板的幾種關鍵材料，而不用一-種材料分幾種方法單獨評價.是一種評價背板材料比較可靠的加速老化試驗方法。
對于光伏背板生產廠家而言，該方法可以指導新材料的開發.加快新產品的研發速度。對于光伏組件廠商而言.該方法可以指導其對光伏背板進行檢測與遴選，尋找優性價比的光伏背板以用于不同地區的光伏系統。對于光伏產品檢測認證機構而言，該方法可以加快光伏背板的測試速率.同時保證光伏背板的檢測認證在更好的模擬白然環境中進行。
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