高溫高濕環境下（xià）光伏（fú）組件（jiàn）封裝材料的（de）選型
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發布（bù）日期： 2021.07.19
眾（zhòng）所周知，光伏組件的應用環（huán）境多種多樣，如熱帶高濕環境、沿海環境、沙漠幹旱、溫和環境等。不同（tóng）的環境應力對光伏組件的耐候性能的（de）影響是有明顯差異的。目前傳統（tǒng）的商業化光伏組（zǔ）件是三明（míng）治結構，玻璃（lí）/EVA/電池/ EVA/背板（bǎn），其封裝材料（玻璃、背（bèi）板、EVA）作為光伏組（zǔ）件上（shàng）的一（yī）道屏障，可以有效的保護內部的光伏電池不受外界（jiè）環（huán）境的影（yǐng）響，從而確保其在不同應（yīng）用環境下的長期可靠性。那麽如何在這麽多不同環境下保證光（guāng）伏組（zǔ）件長（zhǎng）達（dá）25年（nián）的長期可靠性，封裝材料的選型就變得至關重要的。玻璃是無機材料（liào），在戶外各種環境下都（dōu）相對穩定（dìng），具有優異的長期耐候性，因此本文主要探討EVA、背（bèi）板這類容（róng）易受氣候影響的高分子封裝材料在沿海或是（shì）熱帶高濕環境下的選型。在回答這個問（wèn）題之前，我（wǒ）們需要先搞（gǎo）清楚下麵幾個（gè）問題。
1、室內環境測試能否模擬戶外的環境
通常我們用室（shì）內的雙85高溫高（gāo）濕測試（shì）（85℃，85%R.H.，1000hrs）來模擬戶外沿海或是熱帶高濕環境，但（dàn）是（shì）一直存在這樣一些疑慮和爭議：
a) 85℃，85%R.H.的雙85測試環（huán）境真的能代表戶外沿海或是熱帶高濕環境嗎？其失效機理是否會存在差（chà）異？
b)
85℃，85%R.H.，1000hrs的測試能否戶外代表25年？
目前這兩個問題都有了一些結論。我們先來看一下戶外的2個應用實例。
圖（tú）1是安裝在熱帶地區運（yùn）行了8年的組件（jiàn）的EL圖，該地區氣候高（gāo）濕，安裝地離海邊不到500米。2010年安裝，2018年測試EL發現電池從焊帶開始出現大量的腐蝕發黑現象，嚴重的部分整（zhěng）個電池發（fā）黑，與銘牌功率比，功率衰減13.8%。
圖1 熱帶靠海地區運行8年後的組件EL圖（tú）
圖2是安（ān）裝在亞熱帶地區運行了8年的組件的EL圖，該地區夏季高濕，冬季溫和濕潤（rùn），離海不到500米。2010年安裝（zhuāng），2018年測試EL發現電池焊帶開始出現大量的腐蝕發黑現象，與銘牌功率（lǜ）比，功率（lǜ）衰減5.6%。
圖2 亞熱帶靠海地區（qū）運行8年的組件EL圖
那（nà）麽，室內的高溫高濕環境下（xià），組件如何表現呢？我們拿同樣10年生產的組件去做測（cè）試，分別在1000小時，1250小時，1500小時，2000小時後測試功（gōng）率（lǜ）和EL，如下圖所示，我們在高溫高濕的測試過程中發現（xiàn）了（le）戶外相（xiàng）似的失效過程。隨著（zhe）高溫高濕的進行（háng），電池片從焊（hàn）帶開始腐蝕（shí）並逐步加劇，與銘牌功率比，功率出現明顯的下降。
根（gēn）據室內和室外的數據分析，我們可以得出如下（xià）結論：
a) 85℃，85%R.H.的測試環境可以有效的模擬戶外沿海或是熱帶高濕環境。其失效機理基（jī）本相似。
b) 85℃，85%R.H.，1000小時的（de）測試（shì）不能代表組件25年的使用壽命，室內1500小時的（de）測試僅（jǐn）能代（dài）表亞熱帶地區（qū）靠海安裝（zhuāng）的組件室外運行8年，室內2000小時的測試僅能代表熱帶（dài）地區靠海安裝的組件室外運行不到8年的（de）時間。
2、高溫高濕環境（jìng）下的（de）失效機理
業內一直有這樣兩種聲音，一種是水（shuǐ）汽的侵入（rù）使（shǐ）得EVA水解產生（shēng）醋酸是（shì）導致組件高溫高濕環境下失效的原因，因此需要使用低（dī）水透的背板；另一種（zhǒng）是水汽進入（rù）組件內部後使得EVA水解後產（chǎn）生醋（cù）酸沒有辦法跑（pǎo）出去進而腐蝕電池，導致組件高溫高濕環境下的失效（xiào），因此需要使用透水率高的可呼吸的背板。這兩種聲音都有一定的道理（lǐ），其中對於高溫高濕環境下組件（jiàn）的（de）失效是由於EVA水解產生的醋酸腐蝕電池片導致，這一點是一致認同的。那麽到底該選擇高水透的背板還是低水透的背板，讓我們來看以下的數據。
2.1高溫高濕環境（jìng）下背（bèi）板（bǎn）透水率對組件可靠性的影響（xiǎng）
我（wǒ）們對不同透水率背板的組件進行了高溫高濕測試。表1是背板透（tòu）水率值。透水率1.34g/㎡.day的背板是高阻水的背板（bǎn），也是目前背板中透水率較小的，市麵上未大量使用。透水率2.34g/㎡.day的背板是（shì）目前背板中透水率較高的背板，也是目（mù）前在廣泛使用的。圖8是高溫高濕後的（de）測試後功率衰（shuāi）減（jiǎn）情況。3000小時的高溫高濕後，背板透水率在2.34g/㎡.day的兩塊組（zǔ）件具有的功率衰減，圖10的（de）EL顯示電（diàn）池焊帶開始出現嚴重（chóng）發黑腐蝕的現象。背板透水率在1.34g/㎡.day的兩塊組件（jiàn）功率衰減其次，圖9的（de）EL顯示電池焊帶開始出（chū）現輕微的發黑腐（fǔ）蝕現象。有（yǒu）意思的（de）是完全曝露在水汽中（zhōng）沒有背板的組件和透水率為0g/㎡.day的雙玻組件及含鋁背板（bǎn）組件功率衰減相當，均小於5%。圖11是無背板組件的EL圖，其中為了粘接接線（xiàn）盒，下排（pái）電池覆蓋（gài）了背板，被背（bèi）板覆蓋的區域（yù）的EL顯（xiǎn）示電池焊帶附（fù）件出現輕微的發黑腐蝕，而沒有背板的區域，電池沒有（yǒu）異常。
圖8 不同（tóng）背板透水率的組件高溫高濕環境下功率衰減情況
表1 組件背板透水率信（xìn）息
圖9 DH3000前後Sample 5（背板透水率1.34g/㎡.day）的EL圖
圖10 DH3000前後Sample 8（背板透水率（lǜ）2.34g/㎡.day）的EL圖
圖11
DH3000前後Sample 9（無背（bèi）板組（zǔ）件）的EL圖
綜上所述，我們可以得出以（yǐ）下結論：
a)0水透（tòu）的組件（含量（liàng）背板（bǎn），雙玻），由於（yú）沒有水汽的侵（qīn）入，因而EVA不會（huì）水解產生醋酸，也不會存在腐蝕電池的現象，可以保證高溫（wēn）高濕環境下組件的長期可靠性；
b)完（wán）全透水的背板，雖然EVA會水解產生醋酸，但是醋酸也全部釋放出（chū）去，因而也不會腐蝕電池，同樣也不會導致高溫高濕環境下的功率（lǜ）衰減。但是背板是起絕緣作用的，沒有背板的（de）組件絕緣（yuán）會存在問題；
c)高分子材料的背板，在沒有阻水（shuǐ）層存在的情況下，或多或少都會有水汽（qì）滲透，EVA水解不可避免，相對低水率的背板可以延緩但（dàn）不能（néng）阻（zǔ）止（zhǐ）高溫高濕環境下組件的失效。
d)含鋁的背板雖然（rán）可以做到0水透，但是成本較（jiào）高，加工也較複雜。可以開發一款背板即能（néng）透（tòu）水又能透醋酸，這樣（yàng）可以讓酸性氣體及時（shí）的排出（chū）進而阻止高溫（wēn）高濕環境下組件的失效。
2.2高溫高濕環境下EVA的VA含量對組件（jiàn）可靠性的影響
早期EVA的VA含量以VA33為主，為（wéi）了改善（shàn）EVA產線的（de）裁切（qiē）、環（huán）境溫度較高情況下發粘以及（jí）PID和（hé）蝸牛紋現象，14年開始行業（yè）內EVA的VA含量以VA28為主，那麽VA含量對組件高溫高濕環境下會有什麽樣的影響呢？
圖12是（shì）采用同一家EVA廠（chǎng）家（jiā）生產的不同含量的EVA搭配同樣的背板和電池（chí）做出的組件進行高濕高濕測試的結果。可以看（kàn）出，VA33含量的EVA在2000小時的（de）測試後，組件功率衰減（jiǎn）明（míng）顯高於VA28含量的EVA。圖13的EL顯示（shì），電池焊帶附件明顯開始發黑腐蝕。
圖12 組件采用不同VA含量的EVA封裝後高溫高濕下的功率衰減（jiǎn）
圖（tú）13 組件采用（yòng）VA33含量EVA封裝後，DH2000前後的EL圖
由此可見（jiàn），VA含量的高低（dī）對組（zǔ）件（jiàn）在高溫高濕環境下的可靠性也（yě）有（yǒu）較大（dà）的影響。在高溫高濕地區，應選用VA含量較低的EVA封裝。
結論
綜上所述，在沿海或是熱帶高濕環境下，對於封裝材料的選（xuǎn）型有（yǒu）以下幾（jǐ）個方（fāng）案：
a)采用0水透的背板（含鋁背板，雙玻）可以有效的防止高濕環境下組（zǔ）件的失效；
b)采用較低水透的（de）背（bèi）板，搭配低VA含（hán）量的EVA，可以延（yán）緩組件在高濕（shī）環境下的衰減；
c)需要開發（fā）新型背板（bǎn），能透（tòu）水同時也能使得醋酸及時（shí）釋放，同樣可以有效（xiào）的防止高濕環境下（xià）組件的失效（xiào）。
d)雙85測試可以有效（xiào）的評估組件能否在高濕環境下運行25年。
