高溫高濕環境下光伏（fú）組件封裝材（cái）料的選型
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發布日期（qī）： 2021.07.19
眾所周知，光伏組件的應用環境多種多樣，如熱帶高（gāo）濕環（huán）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（fú）組件的耐候性能的影響是有（yǒu）明顯差異的。目前傳統的商業化光伏組件是三明治結構，玻璃/EVA/電池/ EVA/背板，其封裝材料（玻璃、背板、EVA）作（zuò）為光伏組件上的一道（dào）屏障，可以有效的（de）保護內部的（de）光伏電池不受外界（jiè）環境的影響，從而確保其在不同應用環境下的長期可靠性。那麽如何在這麽多不同環境下（xià）保證光伏組件長達25年的長期（qī）可靠性，封裝材料的選（xuǎn）型就變得至關重要的。玻璃是（shì）無機材料，在戶外各種（zhǒng）環境（jìng）下都（dōu）相對穩定，具有優異的長期耐候性，因此本文主要探討EVA、背（bèi）板這類容易受氣候影響的高分子封裝材料（liào）在沿（yán）海或是（shì）熱帶（dài）高濕環境下的選型。在回答這個問題之前，我們需（xū）要先搞清楚下（xià）麵幾個問題。
1、室內（nèi）環境測試能（néng）否模（mó）擬戶外的環境
通常我（wǒ）們用室內的雙85高溫高濕測試（85℃，85%R.H.，1000hrs）來模擬戶外沿海或是熱帶高濕環境，但是一直存在（zài）這樣一些疑（yí）慮和爭議：
a) 85℃，85%R.H.的雙85測試環境真的能代表戶外沿海或是熱帶高濕環境嗎？其失效（xiào）機理是否會存（cún）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（wèn）題都（dōu）有（yǒu）了一些結論。我們先（xiān）來看一下戶外的2個應用實例。
圖1是安裝在熱帶地區運行了（le）8年的組件的EL圖，該地區氣候高濕，安裝地離海邊不到500米。2010年安（ān）裝，2018年測試EL發現電池（chí）從焊帶開始出現大量的腐（fǔ）蝕發黑現象，嚴重的部分整個電池發黑，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（de）組件EL圖
圖2是安裝在亞熱帶地區運行了8年的組件的EL圖，該地區（qū）夏季（jì）高濕，冬（dōng）季溫和濕潤，離海不到500米。2010年安裝，2018年測試EL發現電池焊帶開（kāi）始出現大量的腐蝕（shí）發黑現（xiàn）象，與銘牌功率比，功率衰減5.6%。
圖2 亞熱帶靠海地區（qū）運行8年的組件EL圖
那麽，室內的高溫高濕環（huán）境下，組件如何表現呢？我（wǒ）們拿同（tóng）樣10年生產的組件去做測試，分別（bié）在1000小時，1250小時，1500小（xiǎo）時，2000小時後（hòu）測試功率和EL，如下圖（tú）所示，我們在高溫高濕的測試過程中發現了戶外相似的失效過（guò）程。隨著高溫（wēn）高濕的進行，電（diàn）池片從焊帶開始腐（fǔ）蝕並逐步加劇，與銘牌功率比，功率出現明顯的下降。
根據室內和室外的數據分析，我們（men）可以得出如下結論：
a) 85℃，85%R.H.的測（cè）試環境（jìng）可以有效的模擬戶外沿海或是熱帶高（gāo）濕環境。其失效機理基本相似。
b) 85℃，85%R.H.，1000小時的（de）測（cè）試不（bú）能代（dài）表（biǎo）組件25年的使用壽命，室內1500小時的測試僅能（néng）代表亞熱帶地區靠海安（ān）裝的組件室外運行（háng）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年的時間。
2、高溫高濕環境下的失效機（jī）理
業內一直有這樣（yàng）兩種聲音，一種是水汽的侵入使得EVA水（shuǐ）解產生醋酸是導致組件（jiàn）高溫高濕環（huán）境下失效的原因，因此需要使用（yòng）低水透的背板；另一種是（shì）水汽進入組件內（nèi）部（bù）後使得EVA水解後（hòu）產生醋酸沒有辦（bàn）法跑出去進而腐蝕電池，導致組件高溫高濕環境下的（de）失效，因此需要使用透水率高的（de）可呼吸的（de）背板。這兩種（zhǒng）聲音都有一定的道理，其中對於高溫高濕環境（jìng）下組件的失效（xiào）是由於EVA水解產（chǎn）生的醋酸腐蝕電池片（piàn）導致，這一點是一致認同的。那麽（me）到底該選擇高水透的背板還（hái）是低水透的背板，讓我們來看（kàn）以下（xià）的數據。
2.1高溫高濕環境下背板透水率對組（zǔ）件可靠性的影響
我們對不同透水率背板的組件（jiàn）進（jìn）行了高溫高濕測試。表1是背板透水率值。透水率1.34g/㎡.day的（de）背板是高阻（zǔ）水（shuǐ）的背（bèi）板，也是目前背（bèi）板中透水率較小的，市麵上未大量使用。透水率2.34g/㎡.day的背板是目前背（bèi）板中透水率較（jiào）高的（de）背板，也（yě）是目前（qián）在廣泛使用的。圖8是高溫（wēn）高濕（shī）後的（de）測試後功率衰減情況。3000小時的高（gāo）溫高濕後，背板透水率在2.34g/㎡.day的兩塊組件具有的功率衰減，圖10的EL顯示電池焊帶開始出現（xiàn）嚴重發黑腐蝕的現象。背板透水率在1.34g/㎡.day的兩塊組件功率衰減其次，圖（tú）9的EL顯示電池焊帶（dài）開始出現輕微的發黑腐蝕現象。有意思的是完全曝露（lù）在水汽中沒有背板的組件和透水率為0g/㎡.day的雙玻（bō）組件及（jí）含鋁背板組件功率（lǜ）衰減相當，均小於5%。圖11是無背板組件的EL圖，其（qí）中為了粘接接線盒，下排電池覆蓋了背板，被背板覆蓋的區域的EL顯示電池焊帶附（fù）件出現輕微的發黑腐蝕，而沒有背板的區域（yù），電（diàn）池（chí）沒有（yǒu）異常。
圖8 不同背板透水率的組件高溫高濕環（huán）境下功（gōng）率衰減情況
表1 組件背板透水率信息（xī）
圖9 DH3000前後Sample 5（背板透水率1.34g/㎡.day）的EL圖（tú）
圖10 DH3000前後Sample 8（背板透水率2.34g/㎡.day）的EL圖
圖11
DH3000前後Sample 9（無背板組件）的EL圖
綜上所述，我們可以得出以下結論：
a)0水（shuǐ）透的組（zǔ）件（含量背板，雙玻），由於沒有水汽的侵入，因而EVA不會水解產生醋酸，也不會存在腐蝕電（diàn）池的現象，可以保證高溫高濕環境下組件的長期可靠性；
b)完全透水的背板，雖然（rán）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（shī）環境（jìng）下的功率衰減。但是背板是起絕緣作用的，沒有背板的組件絕緣會存在問題（tí）；
c)高分子材料的背板，在沒有阻水層存在的情況下，或多（duō）或少都會有水汽滲透，EVA水解不可避免，相對（duì）低水率的背板可以延緩但不能阻止高溫高濕環境下組件的失效。
d)含鋁（lǚ）的背板雖（suī）然可以做（zuò）到0水透，但是成本較高（gāo），加工也較複雜。可以開發一款背板即能透水又能（néng）透醋酸（suān），這樣可以讓酸性氣（qì）體及時的排出進而阻止高溫高濕環境下組件的（de）失效。
2.2高溫高濕環境下（xià）EVA的（de）VA含量對（duì）組件可靠性的影響
早（zǎo）期EVA的（de）VA含量（liàng）以VA33為主（zhǔ），為了改善EVA產線（xiàn）的裁切、環（huán）境溫度較高情況下發粘以（yǐ）及PID和蝸牛紋現象，14年開始行業內EVA的VA含量以VA28為主，那麽VA含量對組件（jiàn）高溫高濕環境下會有什（shí）麽樣的影響呢？
圖12是采用同一家EVA廠家生產的不同含量的EVA搭（dā）配同樣的背板和電（diàn）池（chí）做出的（de）組件進行高濕高濕測試的結果（guǒ）。可以看出，VA33含量的EVA在2000小時的測試後，組件功率衰減明顯高於VA28含量（liàng）的EVA。圖13的EL顯示，電池焊帶附件明顯開始發黑腐蝕。
圖12 組件采用（yòng）不同VA含（hán）量的EVA封裝後高溫高濕下的功率衰減
圖13 組件采用VA33含量EVA封裝後，DH2000前後的EL圖
由此可見，VA含（hán）量的高低對組件在高溫高濕環境下的（de）可靠性也有較大的影響。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（gāo）濕環境下，對（duì）於封裝材料（liào）的選型有以（yǐ）下幾個方案：
a)采用0水透的背板（含鋁背板，雙（shuāng）玻）可以有效的防止高濕環（huán）境（jìng）下組件的失效；
b)采用較低水透的（de）背板，搭配（pèi）低VA含量的（de）EVA，可以延緩組件在高濕環境下的衰減；
c)需要開發新型（xíng）背（bèi）板（bǎn），能透水同時也能使得（dé）醋酸及時釋放（fàng），同樣可以有效（xiào）的防止高濕環境下組件的失效。
d)雙85測試可以有效的評（píng）估組件能否在高濕環境下運（yùn）行25年。
