光伏背板耐老化性能研究

光伏背板耐老化性能研究

鲍军朱晓岗刘毅黄艳萍单演炎

（无锡市产品质量监督检验院江苏无锡214101）

摘要：为了分析研究市场主要背板耐老化性能，掌握行业总体质量状况，与国内某大型电站企业合作进行光伏背板耐老化性能研究。本文采用了紫外高温高湿加速老化试验对市场主流的48款光伏背板进行耐老化性能测试及分析，研究了市场主流背板在紫外和高温高湿的双重老化下的耐老化性能。研究结果表明，光伏背板耐紫外高温高湿老化性能差异较大。背板是多种原材料通过稳定工艺合成的体系，单一原材料耐老化性能提升或工艺的改进不能提高背板耐紫外高温高湿加速老化性能。

关键词：光伏背板；耐老化；紫外高温高湿

中国光伏产业在经历了过去高速发展阶段之后，逐步进入到理性发展阶段，产业进入整合升级的关键时期[1]。背板作为晶硅太阳能组件的重要组成部分，在这一时期也得到了稳步发展。目前市场主流背板企业多达16家，产品种类繁多，性能差异较大。

背板位于太阳能电池的背面，对电池片起到保护和支撑的作用，对组件在户外的可靠性和耐久性起着关键作用[2-3]。背板选材的好坏，直接影响组件能否达到25年的使用寿命，成为终端电站企业招标评估、监造跟踪的重点关注对象。

分析研究市场主要背板耐老化性能，掌握行业总体质量状况，对终端企业降本选材、进一步提高行业整体质量有重要指导意义。2016年笔者与国内某大型电站企业进行光伏背板耐老化性能研究。选取紫外高温高湿加速老化试验对市场主流的48款光伏背板进行耐老化性能分析测试，研究市场主流背板在紫外和高温高湿的双重老化下的耐老化性能。

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型号共48种，其中TPT型背板8款，KPK型背板8款，KPF型背板9款，TPE型背板8款，改性PET背板8款，单面涂覆型背板4款，双面涂覆型背板3款。测试样品均采用背板裸片，当有紫外光源照射时，背板空气面面向光源。

2.试验设备及方法

2.1试验设备

试验采用紫外高温高湿加速老化试验箱进行，紫外与高温高湿功能可独立运行，也可同时运行。光源为金属卤素灯；紫外光谱分布：280nm～400nm（中波紫外线（UVB）280nm～320nm，长波紫外线（UVA）320nm～400nm）；辐照强度：120～250W/m2，中波紫外线（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）%。

2.2试验方法

本文中采用的紫外高温高湿加速老化（简称DH+UV）试验方法，是无锡市产品质量监督检验院在国内首次提出的一种加速老化试验方法[4-6]。考察背板材料在紫外及高温高湿双重环境应力条件下的耐老化性能，该方法较常规IEC61215的方法更为严苛。

试验温度为85℃±5℃，试验相对湿度为85%±5%，试验辐照度不得高于250W/m2，累积辐照总量为60kWh/m2，对应的试验时间为15天。试验后分别对背板样品按照GB/T1040.3-2006[7]标准和ASTME313-2010[8]标准进行拉伸强度、断裂伸长率以及黄变指数（纵向MD，横向TD）的测试，并按照公式（1）和（2）分别计算试验后拉伸强度和断裂伸长率的保持率。

TPT型背板在紫外高温高湿加速老化60kWh/m2老化后，材料拉伸强度保持率有较大幅度降低。断裂伸长率保持率均小于40%（以MD或TD中较低者计），其中5款背板的保持率小于10%。TPT型背板使用的内外层氟膜均为杜邦公司提供的特能®PVF膜，老化试验之后背板力学性能和黄变指数差异较大，说明PVF膜可以增加背板材料的耐老化性能，但背板原材料中的其它材料的优劣，如PET和胶水对背板耐老化性能也有较为重要的影响。

3.2TPE型背板

TPE型背板在紫外高温高湿60kWh/m2老化后，材料拉伸强度保持率有较大幅度降低，但总体优于TPT型背板。断裂伸长率保持率大于40%（以MD或TD中较低者计）有1款，有4款背板的保持率小于10%。TPE型背板抗紫外高温高湿老化的能力较差但优于TPT型背板。

3.3KPK型背板

KPK型背板在紫外高温高湿60kWh/m2老化后，材料拉伸强度保持率有较大幅度降低，但总体优于TPT型和TPE型背板。断裂伸长率保持率大于40%（以MD或TD中较低者计）有3款，保持率大于60%（以MD或TD中较低者计）有1款，有2款背板的断裂伸长率保持率小于10%。KPK型背板抗紫外高温高湿老化的能力总体较好，明显优于TPT型和TPE型背板。

3.4KPF型背板

KPF型背板在紫外高温高湿60kWh/m2老化后，材料拉伸强度有小幅降低，明显优于KPK型背板。断裂伸长率保持率大于40%（以MD或TD中较低者计）有3款，断裂伸长率保持率大于50%（以MD或TD中较低者计）有1款，仅有1款背板的断裂伸长率保持率小于10%。KPF型背板抗紫外高温高湿老化的能力总体较好，相对平稳，明显优于TPT型和TPE型背板。

3.5改性PET背板

改性PET背板在紫外高温高湿60kWh/m2老化后，材料拉伸强度有小幅降低，优于KPK型背板，稍差于KPF型背板。断裂伸长率保持率大于40%（以MD或TD中较低者计）有2款，断裂伸长率保持率大于60%（以MD或TD中较低者计）有1款，3款背板的断裂伸长率保持率小于10%。改性PET型背板抗紫外高温高湿老化的能力总体一般，但优于TPT型和TPE型背板，比KPF型背板稍差。但其中7#背板各项性能均很优秀，甚至优于KPF型背板，表现出很好的耐紫外高温高湿老化能力。

3.6单面涂覆型背板

涂覆型背板总体耐紫外高温高湿能力一般，但优于TPT型背板，个别背板耐老化性能明显优于其它同类型背板，这与涂料配方以及PET有较大关系。

4.综合分析

断裂伸长率保持率作为老化试验前后样品断裂伸长率的比值，能有效的体现出背板老化前后的衰减程度，用于表征背板材料耐老化的能力。笔者对此次测试选取的48款进行背板耐紫外高温高湿老化性能分类，将断裂伸长率保持率在60%及以上的定义为A级（以纵向和横向中保持率较小者计），在40%-60%之间的定义为B级，20%-40%之间的定义为C级，20%以下的为D级。48款背板耐紫外高温高湿加速老化60kWh/m2能力级别如表1所示：

紫外高温高湿加速老化试验是由高温高湿试验和紫外试验叠加耦合的一个综合性老化试验，综合考察背板的氟膜、胶水、PET、涂料和生产工艺，能就背板耐老化能力做出一个综合的考评，更贴近于热带高温高湿加强紫外的户外使用情况[6]。从表中可以发现，光伏背板耐紫外高温高湿加速老化60kWh/m2能力一般，能达到A级的仅有两款，B级的两款，大多数在C级和D级。个别类型方面，KPF型背板总体级别最高，整体表现出较好的耐紫外高温高湿老化性能，9款背板中仅有1款是最低级别D级，3款达到了B级。TPT型背板的8款材料中最低级别D级多达5款，且没有1款高于B级，总体级别最低，耐紫外高温耐高湿老化能力最弱。改性PET耐老化能力普遍不被行业看好，从数据分析来看，耐紫外高温高湿老化的能力一般，但有个别企业使用的新材料新方法，使得其具有优异的抗紫外高温高湿加速老化能力，紫外高温高湿加速老化60kWh/m2老化之后材料断裂伸长率保持率依然能达到70%以上，超越了大多数其它类型的背板材料。背板是多种原材料通过稳定工艺合成的体系，单一原材料耐老化性能提升或工艺的改进不能提高背板耐紫外高温高湿加速老化性能。

5.结论

1）光伏背板耐紫外高温高湿老化性能差异较大，平均水平不高。

2）KPF型背板具有最好的耐紫外高温高湿加速老化能力，而TPT型背板耐紫外高温耐高湿老化能力最弱。

3）背板是多种原材料通过稳定工艺合成的体系，单一原材料耐老化性能提升或工艺的改进不能提高背板耐紫外高温高湿加速老化性能。

参考文献：

[1]裴会川，冯亚彬，梁哲.光伏标准体系趋完善，质量及可靠性成重点.赛迪网-中国电子报，2014年6月27日.

[2]张晓东，刘鑫，冯江涛.光伏组件背板的湿热老化行为研究[J].太阳能，2012，9：29-31.

[3]吕瑞瑞，张增明，彭丽霞，等.一种光伏背板寿命推算的研究[J].合成材料老化与应用，2012，41（1）：20-23.

[4]GB/T31034-2014，晶体硅太阳电池组件用绝缘背板[S].

[5]CQC3308-2013，光伏组件封装用背板技术规范[S].

[6]单演炎，刘毅，吴晓丽，等.光伏背板老化性能的快速试验方法[J].理化检验-物理分册，2016，52（11）：774-777.

[7]GB/T1040.3-2006，塑料拉伸性能的测定第3部分：薄膜和薄片的试验条件[S]..

[8]ASTME313-2010，StandardPracticeforCalculatingYellownessandWhitenessIndicesfromInstrumentallyMeasuredColorCoordinates[S].