光伏背板老化性能的快速試驗方法
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發（fā）布日期： 2020.07.17
背板是保護電池（chí）片的重要封裝材料，其（qí）直接與戶（hù）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（de）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（zǔ）隔性和耐候性等（děng）。尤其是耐候性能，一直是背板考察的重點。目前考察（chá）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（zǐ）外(Ultraviolet，簡稱UV)試（shì）驗（yàn）、濕熱(Damp-heat，簡稱（chēng）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（kuài）速發.展的光伏行業市場。
筆者將濕熱（rè）試驗與紫外試驗（yàn）相結合，同時對背板試樣進行加速老化試驗（yàn），並與常規的單純濕熱試驗及（jí）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.並在較短時間內篩選出（chū）質量較好的背板材（cái）料。
1、試驗材料與（yǔ）設備
1.1試驗材料（liào）
選取市場上普遍采用的塗覆型、複合型以及（jí）擠出型背板共13種.分別編號（hào）為1~13號。其中.1~3號為塗覆型背板，4~12號為複合型背板，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，背板空氣麵麵向光（guāng）源。
1.2 試驗設備
試驗采用紫外濕熱加速老化試驗箱進（jìn）行.紫（zǐ）外與濕熱功（gōng）能可獨立運（yùn）行，也可同時運行。光源為金屬（shǔ）鹵素燈;紫外光譜波長（zhǎng）280~400 nm，其中中波紫外線(UVB)波長280~ 320 nm.長波紫（zǐ）外線(UVA)波長320~400 nm;輻照強度120~250 W.m-²，UVB占（zhàn）紫外線總（zǒng）能量[UV(A+ B)]的3%~10%;輻照均勻度優於±15%;溫度控製精度為±2.0 ℃.溫度波動度≤±1.0℃;相對濕度（dù）控製（zhì）精度（dù）為±3%.相對濕度波動度為≤±(3~5)%。
2、試驗方（fāng）法與結（jié）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（duì）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。試驗後對背（bèi）板試樣分別按（àn）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.並（bìng）按（àn）照式(1)計算試驗後斷（duàn）裂伸長率的保持率.具體測試結果如圖（tú）1~2所示（shì）(MD為縱向（xiàng）.TD為橫向)。
由圖1~2可知.隨著高溫高濕試驗時間的增加（jiā）.光伏背板的性能呈現下降趨勢.尤其是複合型（xíng）背板。這主要是由（yóu）於複合型背板中間層聚對苯二（èr）甲酸乙（yǐ）二醇（chún）酯(PET)材料結構在高溫高濕試驗過程（chéng）中發生了變化，使得結晶度增大、材料變脆，從而（ér）使（shǐ）得斷裂伸長率下降，導致（zhì）產品整（zhěng）體性能發生變化。整個測（cè）試過程隻有在試（shì）驗時間達到2
000 h時（shí），不同種背板材料（liào）在（zài）性能方麵的區別才比較明顯，而整個試驗過程需（xū）要將近3個月.無法滿足背板材料技術工藝日益更新的要（yào）求。
2.2紫外試驗
依據IEC 61215- 2005對背板進行紫外試驗，試（shì）驗箱內溫度為(60±5)℃.試驗輻照度不得高於250 W.m-²，累積輻照總量分別為60.90.120 kWh*m-².分（fèn）別表示（shì）為UV60， UV90. UV120. .對應的（de）試驗時間分別為16，24，32 d(天)。試驗後對背板試樣分別按照GB/T 1040.3 - 2006 和ASTME313-
2010 進行斷裂伸長率（lǜ）及（jí）黃變指數測（cè）試，並按照式(1)計算紫外試驗後（hòu）斷裂伸長（zhǎng）率的保持率，具體的測試結果如（rú）圖3~4所（suǒ）示。
光（guāng）伏背板作為高分子（zǐ）化合物，其化（huà）學鍵極易受到（dào）紫外光的破壞，致使光伏背板表麵產生裂紋.使得中.間層失去了（le）外層的保護，繼而使PET直接暴露（lù）於空氣中（zhōng），產生水解、碎裂，從而使得整體性能（néng）下（xià）降。由圖3~4可（kě）知（zhī），在紫外輻照總量達到120 kWh. m-2的時候，不同種背板材料在（zài）性能方麵的區別才比較明（míng）顯，而這個（gè）測試需要經曆1個多月。
2.3紫外高溫高（gāo）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（shǒu）次（cì）提出的一種加速老化試驗方法。試驗的目（mù）的是將兩個（gè）單（dān）純的（de）環境老化試驗結（jié）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（xiàng）對濕度為.85%±5% ，試驗輻照強（qiáng）度不得高（gāo）於250 W.m~²，累積輻照總量分別為（wéi）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（wéi）UV15+ DH.UV30+ DH，UV60+ DH。試驗後對背板試（shì）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，並按照式(1)計算紫外高溫高濕試驗後斷裂伸長率的保持率，具體（tǐ）測（cè）試結果如圖5~6所示。
2.4
各（gè）試驗結果對比分析
選取1號（hào）塗覆型背板和8號複合型背（bèi）板作為典型來分析各（gè）試驗結果之間的關係，結果如圖7~8所示。可以（yǐ）看出，紫外高溫高濕老化試驗得到的斷裂伸長（zhǎng）率保持率與紫外試驗及高溫高（gāo）濕試驗得到的結果趨勢基本一致，黃變（biàn）指數（shù）也均滿足現有背板產（chǎn）品的標準要求（qiú），可以（yǐ）認為紫外高溫高（gāo）濕試驗的數據是（shì）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（fā）展的今天，該測試方法能夠在短期（qī）內快速篩選出（chū）需要的背板，不僅節約了大量的試驗時間，而且加速老化試（shì）驗也（yě）正（zhèng）滿足了日益提高的（de）產品要求（qiú）。
3、結論
相較於單純的濕熱試驗及紫外試驗來說（shuō），紫外高溫高濕試驗方法結合了光照、溫度、濕度（dù）三重影響因素，可以在短時（shí）間內評價背板材料的（de）質量，是一個相（xiàng）對快（kuài）速的篩選方法，可以得到與單純的濕熱試驗（yàn）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（bú）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。
對於（yú）光伏背板生產廠家而言（yán），該方法可（kě）以指導新材料的開發.加快新產品的（de）研發速度（dù）。對於光伏組件廠商而言.該方法可以指導（dǎo）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於不同地區（qū）的光伏係統。對於（yú）光伏產（chǎn）品檢測認證機構而言，該方法可以加（jiā）快光伏背板的測試速率.同（tóng）時保（bǎo）證光伏背板（bǎn）的（de）檢測認證在更好的（de）模擬白（bái）然環境中進行。
