PAGEPAGE261光伏背板概述及影響光伏背板壽命的關(guān)鍵因素研究文獻綜述由于光伏系統(tǒng)所處的地理環(huán)境特殊，太陽能電池板組件如EVA膠膜、接線盒等設備和材料免不了受到強光、濕熱、干熱、颶風和雨水等環(huán)境因素的侵蝕。光伏背板作為電池組件背面的光伏封裝材料，發(fā)揮其隔離和保護的作用，提高了光伏組件的核心部分電池片的可靠性，延長了光伏組件的使用壽命。隨著太陽能發(fā)電行業(yè)的不斷發(fā)展，既需要光伏背板具有優(yōu)良的耐老化性、水汽阻隔性、耐強紫外輻射性和絕緣性能等，又需要其具有更高的太陽光反射率，以改善光伏發(fā)電效率。光伏背板的核心結(jié)構(gòu)有三層。外層（保護層）：外層材料通常都含有氟，以保證保護層有良好的耐候性和耐環(huán)境老化性，保護背板核心材料PET層不受紫外線輻射和風沙、雨水的侵蝕，從而降低PET層的降解和老化速度，保障太陽能電池板的可靠運行。常用的兩種含氟的高分子聚合物材料是聚氟乙烯（PVF）和聚偏氟乙烯（PVDF），這兩種材料都含有有機化合物的共價鍵C-F分子鍵，由于C-F的鍵能是所有有機化合物中最大的，因此只有陽光中波長不到220nm的光子才能解離這一分子鍵，而這樣的光子不僅容易被臭氧層吸收，而且只占太陽光的5%以下，所以能夠到達背板的極少，這樣保護層才能發(fā)揮其最大的耐候作用，保護光伏組件ADDINCNKISM.Ref.{4B0282CF50294b6c9E4252D9427B2066}[9]。中間層（PET層）：中間層通常采用PET或改性PET材料，主要是用來隔離氧氣、水汽，避免因水汽、氧氣滲入中間層而使得PET材料加速老化或劣化，導致光伏背板失去該有的保護和隔離作用，中間層還要用來支撐內(nèi)層含氟層以及電池片。因此PET層應該具有良好的阻水阻氣性、穩(wěn)定的機械性能、優(yōu)秀的耐環(huán)境老化性、能夠承受高低溫等等ADDINCNKISM.Ref.{5D9892FF13344ee2A162A4E1851B316D}[10]。粘著劑層：通過粘著性強的膠黏劑將改性的內(nèi)外氟膜層和中間PET層粘合在一起，粘結(jié)層需要具有優(yōu)異的耐候性和耐化學性，對PET和PVF或PVDF等材料具有良好的復合牢度，不因濕度、高溫、日照等因素的影響而使得粘結(jié)作用減弱，并最終導致氟膜層與PET層分離而失去氟膜層應有的保護效果。當前太陽能電池板的背板都是采用內(nèi)外層含氟材料配合強力粘著劑來支撐和保護中間層PET材料，根據(jù)背板制作工藝中所用氟材料的結(jié)構(gòu)和形式的不同光伏背板可分為復合型背板和涂覆型背板。其中復合型背板在光伏行業(yè)中最為常用，它占據(jù)了80%以上的市場份額，其中的內(nèi)外層氟材料是以氟薄膜通過粘著劑粘結(jié)在中間層PET上。根據(jù)內(nèi)、外層含氟材料情況的不同，復合型背板可以分為無氟背板、單面氟膜背板和雙面氟膜背板，如圖1-3所示ADDINCNKISM.Ref.{B1FE0F4E115547f0BB481D6F0B228D47}[11]。涂覆型背板的內(nèi)外層氟材料是以含氟樹脂的形式通過一些處理直接涂抹覆蓋在中間層PET上，由于生產(chǎn)商設計思路、所用材料和成型工藝的不同導致所得的背板性能良莠不齊，因此相比于復合型背板，涂覆型背板還未得到廣泛應用。圖1-3復合型太陽能背板分類Fig.1-3Classificationofcompositesolarbacksheets無氟背板主要是PPE型，通常其外層PET需要通過膠黏劑粘合來進行耐紫外線性和耐候性的加強處理，無氟背板由于材料本身特性上就無法滿足市面上銷售的晶硅太陽電池模塊25年的環(huán)境測試與要求，如濕熱、干熱、紫外等，因此主要應用于耐候性要求相對較低的光伏組件上ADDINCNKISM.Ref.{3CD46790C8E14c6dB8BFFC6A5E809367}[12]。單面氟膜復合背板相比于雙面氟膜背板，其成本較低，但是內(nèi)層沒有含氟使得其耐紫外線輻射較差，導致太陽能電池板散熱性不好，因此主要適用于紫外線輻射不強烈的區(qū)域，主要包括TPE（PVF/PET/聚乙烯PE）型和KPE（PVDF/PET/PE）型。TPE型背板內(nèi)層膜的主要材料是聚乙烯，代替了PVF，由于單面含氟，其保護性能不如TPT結(jié)構(gòu)，難以經(jīng)受長期抗紫外老化考驗，但成本比TPT結(jié)構(gòu)低；同樣KPE型背板保護性能不如KPK型，但成本比KPK結(jié)構(gòu)低ADDINCNKISM.Ref.{F93F828EBF474b139B43DC65AAE83479}[13]。雙面氟膜復合背板雖然價格昂貴，但是具有優(yōu)異的耐環(huán)境老化性和耐化學性，可以抵抗強紫外線、高熱、高濕、大霧等惡劣環(huán)境，廣泛應用于戈壁、高原和沙漠等地，主要包括KPK（PVDF/PET/PVDF）型、KPF（PVDF/PET/氟皮膜）型和TPT（PVF/PET/PVF）型ADDINCNKISM.Ref.{DAF7325BBEE54abdB49008ACAE2AE94E}[14]。KPK型背板內(nèi)外氟膜采用PVDF薄膜，其突出特點是高機械強度、良好的耐紫外線輻射性和穩(wěn)定的耐化學性，在室溫下不會被酸、堿、強氧化劑和鹵素腐蝕；KPF型背板一面采用復合工藝將PVDF氟膜通過膠黏劑復合于PET基膜，另一面采用流延制模工藝將混入二氧化鈦的含氟樹脂緊密均勻涂覆于PET基膜的涂層，該涂層經(jīng)高溫熱化后形成與PET基膜有自粘性的含氟薄膜，區(qū)別于易脫落的氟涂料涂層，該含氟皮膜達到國外氟膜產(chǎn)品耐紫外、阻水等高性能要求的同時，價格顯著降低；太陽能背板的經(jīng)典復合型結(jié)構(gòu)為TPT型（PVF/PET/PVF），如圖1-4所示，這是光伏行業(yè)市場上最常見的雙面含氟復合型背板，通過粘著性強的膠黏劑將內(nèi)外層PVF薄膜與中間層PET薄膜膠黏在一起，內(nèi)外層PVF薄膜不但可以保護PET材料免受紫外線的輻射與侵蝕，延長光伏背板壽命，而且可以保護太陽能電池板免受高低溫、濕熱、干熱、雨水等惡劣環(huán)境的影響，保障光伏組件的安全可靠運行ADDINCNKISM.Ref.{DD3B6B4B065B40baA2BF54030006F6BA}[15]。圖1-4TPT型太陽能背板Fig.1-4SolarbacksheetofTPT光伏發(fā)電組件所處的安裝環(huán)境就注定它要歷經(jīng)日照高溫、風吹雨打、濕熱交替，此時背板作為太陽能電池板最主要的保護層，必須有足夠的抵抗能力來防御光伏組件免受各種惡劣環(huán)境的侵蝕，光伏組件背板常見問題以及影響背板壽命的關(guān)鍵因素有：1.背板黃變。太陽能電池板包含有兩層膠黏膜，分別粘結(jié)內(nèi)外層含氟薄膜和中間層PET薄膜。通常這兩層膠黏膜需要至少有一層來隔離波長為300nm-380nm紫外線。雖然光伏背板對這種短波紫外光有一定程度上的抵御能力，但是一些背板在長期紫外線的輻射下還是會發(fā)黃，黃變使得背板層的分子組分遭到破壞，導致背板的綜合性能降低，最終影響太陽能電池板的發(fā)電效率。針對黃變問題，有三種解決辦法：（1）背板的抗黃變能力可以通過添加劑或材料本身來提高；（2）紫外線抑制劑可以添加到包裝材料薄膜中；（3）通過提高背板的反射和傳熱能力，有利于背板自身散熱，可以降低背板溫度，從而降低背板發(fā)黃的概率ADDINCNKISM.Ref.{0D77BC34FA904f97BD237BFC8B6208AB}[16]。2.背板鼓包。主要原因是材料長期保持高溫狀態(tài)發(fā)生汽化，這種現(xiàn)象容易出現(xiàn)在有熱斑的電池片上和背板上的隱形膠帶處，若兩個位置恰好重合在一塊，背板鼓包的可能性更大，情況也會更加嚴重。太陽能電池在運行過程中，會將吸收的一部分太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，且EVA環(huán)保薄膜也會將吸收到的部分紫外光轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，這就導致電池模塊內(nèi)部溫度升高，從而使得整個光伏組件的輸出功率下降ADDINCNKISM.Ref.{D0B89477CB7B404dBAAF0A16295E95C1}[17]。所以為了避免因高溫出現(xiàn)背板鼓包和功率輸出降低的問題，應將背板材料的導熱率列入背板選材的參考值之一。3.背板劃傷。由于光伏背板從生產(chǎn)、運輸?shù)浆F(xiàn)場安裝等各種步驟，都有可能產(chǎn)生一定程度的劃傷。背板劃傷按“中間層PET薄膜是否劃傷”可以分為三類。（1）背板PVDF薄膜輕微擦傷，沒有造成PET薄膜劃傷；（2）背板PVDF薄膜劃破，沒有造成PET薄膜劃傷；（3）PVDF薄膜嚴重劃開，PET薄膜劃傷。背板劃傷意味著其阻水阻氣性能大幅下降，PET薄膜有可能在高溫高濕的環(huán)境下接觸水汽和強光照，加速材料水解和劣化。長期使用也會對太陽能電池片的內(nèi)部電路造成不可逆的影響，光伏組件的壽命和發(fā)電性能將會大打折扣ADDINCNKISM.Ref.{34FE806D325E43dfA84DC4C16DDB4911}[18]。4.4.局部放電。目前，隨著光伏發(fā)電電力設備電壓等級的提高和各種有機絕緣材料的廣泛應用，高壓條件下背板的局部放電問題越來越突出。局部放電會逐漸腐蝕、損壞絕緣材料，使放電區(qū)域不斷擴大，最終導致整個絕緣體的擊穿。因此，研究背板局部放電特性，對進一步揭示絕緣老化機理、延長背板使用壽命和光伏系統(tǒng)的發(fā)展就顯得十分重要。以上這些問題只是光伏背板所面臨的挑戰(zhàn)中的一部分，也正是因為太陽能電池組件在實際應用中使用條件極為苛刻，高溫、高濕、酸、堿等惡劣環(huán)境使得太陽能背板會發(fā)生一系列的問題和事故，所以針對太陽能電池的安全性保護就顯得也別重要，而針對這其中最核心的保護部件“太陽能電池背板”的研究就顯得非常有價值。光伏背板憑借其良好的耐紫外線輻照、耐腐蝕和耐環(huán)境老化等性能，保障戶外環(huán)境下光伏系統(tǒng)能夠免受濕熱、干熱、風沙等對接線盒、電池片等重要組件的機械沖擊和化學侵蝕，起到了良好的耐化學腐蝕和絕緣保護作用。光伏背板的質(zhì)量和使用壽命直接決定了太陽能電池性能和效率，因此光伏組件對背板的厚度、與EVA的粘結(jié)強度、結(jié)晶性能、熱穩(wěn)定性、抗拉強度、沖擊強度、以及絕緣性能等指標有著嚴苛的技術(shù)要求ADDINCNKISM.Ref.{1B3A8D568E2A477d8C4A510B611BFD32}[19]。參考文獻[1]任大磊.一種復合型太陽能電池背板的制備工藝研究[D].吉林大學,2018.[2]蓋兆軍.基于低碳經(jīng)濟的我國電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究[D].吉林大學,2015.[3]劉振亞.實現(xiàn)碳達峰、碳中和的根本途徑[J].電力設備管理,2021(03):20-23.[4]MartinA.Green.Commercialprogressandchallengesforphotovoltaics[J].NatureEnergy,2016,1(1):28-31.[5]JiaweiZhang,DekunCao,SombelDiaham,etal.Researchonpotentialinduceddegradation(PID)ofpolymericbacksheetinPVmodulesaftersalt-mistexposure[J].SolarEnergy,2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