隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,人類使用化石能源越來越多,而化石能源使用存在破壞自然環(huán)境和不可再生等問題.太陽能具有少污染、可循環(huán)和資源無限等特點(diǎn),將成為人類未來發(fā)展所必須的清潔能源.截至2014年底,世界光伏裝機(jī)容量大180GW,預(yù)計(jì)到2019年底全球光伏裝機(jī)容量將達(dá)498GW,其中90%以上是晶硅電池組件.

三季度光伏組件

    光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏組件、匯流箱、逆變器等部分組成,其中光伏組件是發(fā)電的核心部件.目前光伏組件至少需要在戶外工作25年以上,而組件一般是長(zhǎng)期暴露在高溫、強(qiáng)光照射、氧、水等復(fù)雜環(huán)境下工作.因此,采用適宜的封裝工藝和選用合適的封裝材料對(duì)延長(zhǎng)組件壽命和提高組件效率顯得非常重要.

    1  光伏組件結(jié)構(gòu)

    光伏組件封裝過程就是用膠膜將電池片粘結(jié)在鋼化玻璃和背板之間,因此,光伏組件生產(chǎn)過程中所用原材料主要包括太陽能電池、玻璃、背板和封裝膠膜.

    1.1太陽能電池

    目前商業(yè)化太陽能電池主要包括晶硅電池和薄膜電池,其中晶硅電池市場(chǎng)所占份額高達(dá)90%以上.光伏系統(tǒng)就是利用太陽能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能,即防止太陽電池失效是光伏電站的重中之重.晶硅電池易碎和易被污染,若直接在大氣環(huán)境中工作會(huì)影響其光電轉(zhuǎn)化效率,甚至?xí)?因此目前所有晶硅電池組件都進(jìn)行封裝,從而可以延緩組件的效率衰減,降低光伏發(fā)電成本.

    1.2玻璃

    光伏組件上玻璃主要目的是抵御各種惡劣環(huán)境對(duì)太陽能電池的破壞.所用玻璃一般要求光透過率在90%以上,厚度為3mm.高透光率玻璃在制備過程中要嚴(yán)格控制玻璃中鐵含量,因?yàn)殍F元素會(huì)使玻璃著色降低玻璃的透光率,同時(shí)會(huì)增大玻璃的吸熱率.由于光伏組件需要在戶外長(zhǎng)時(shí)間使用,這就要求玻璃表面具有較好的自清潔功能.

    1.3背板

    背板位于光伏組件的背板,對(duì)電池片起到保護(hù)和支撐作用.背板通常要具有良好的耐老化和電絕緣,高性能背板還具有對(duì)光線反射來提高組件效率性能.目前市場(chǎng)所用背板材料分為含氟背板與不含氟背板兩大類.含氟背板具有較好的耐候性、耐熱性和耐腐蝕性,但是含氟背板材料通常價(jià)格較高.目前使用較廣泛的TPT背板材料就是含氟背板的典型代表.

    1.4封裝膠

    封裝膠是將太陽能電池、銅錫焊帶、玻璃、背板等不同材料粘結(jié)在一起,這就需要封裝膠具有較高的粘結(jié)強(qiáng)度,同時(shí)還要具有較好的透光率、電絕緣等性能.考慮到光伏組件的外部使用環(huán)境,封裝膠還要具有良好的抗紫外老化、耐溫性、低吸水性等特性.

    目前常用的光伏組件封裝膠材料主要包括環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂、PVB膠膜和EVA膠膜.

    環(huán)氧樹脂是典型的熱固型粘合劑,其具有較高的導(dǎo)熱絕緣性能和較好的粘結(jié)效果.但是由于環(huán)氧樹脂固化后的交聯(lián)密度高、脆性大,導(dǎo)致光伏組件不耐沖擊.同時(shí)環(huán)氧樹脂的耐老化性能較差,使用一段時(shí)間后易出現(xiàn)黃變影響入射光強(qiáng)度.目前只有少數(shù)小功率光伏組件采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行封裝.

    有機(jī)硅具有較好的耐老化、耐溫性、電絕緣性等方面特性,同時(shí)對(duì)無機(jī)玻璃和有機(jī)背板具有較強(qiáng)的粘結(jié)效果.其所封裝組件較少出現(xiàn)黃變、開裂等現(xiàn)象.但由于有機(jī)硅生產(chǎn)成本較高且光伏組件封裝難度大,所有有機(jī)硅并沒有在組件封裝中大規(guī)模應(yīng)用.

    聚乙烯醇縮丁醛樹脂(PVB)膜是一種熱塑性樹脂,具有光透過率高、耐老化、粘結(jié)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),但是由于其價(jià)格高昂,目前僅在對(duì)封裝要求較高的BIPV雙玻光伏組件上使用.

    目前光伏組件封裝膠絕大多數(shù)采用乙烯-醋酸乙烯酯聚合物(EVA)膜.其主要通過交聯(lián)反應(yīng),形成一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),對(duì)太陽電池起到很好的密封作用.EVA具有良好的透光性、粘結(jié)性、耐候性、絕緣性等性能,且操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn).但是作為高分子材料在使用過程中通常都會(huì)出現(xiàn)老化,特別是在紫外環(huán)境下易出現(xiàn)變色、起皺、脫層等失效現(xiàn)象.

    2 EVA失效

光伏組件

    EVA是如何失效的呢?

    經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)如果光伏組件內(nèi)存在少量氧氣時(shí),在強(qiáng)紫外光照射下EVA膠膜會(huì)發(fā)生分解,產(chǎn)生乙酸和烯烴,即脫乙酰反應(yīng).紫外光照越強(qiáng),環(huán)境溫度越高,EVA分解越快.同時(shí)乙酸量也會(huì)加速EVA進(jìn)一步老化,導(dǎo)致粘接強(qiáng)度下降,光伏組件會(huì)發(fā)生脫層現(xiàn)象.乙酰反應(yīng)產(chǎn)生的乙酸會(huì)腐蝕光伏組件的焊帶、電極和背板,嚴(yán)重影響光伏組件的性能和使用壽命.

    如何提高EVA抗老化性能?

    為了提高封裝膠膜的抗老化性能,需要在EVA膠膜生產(chǎn)過程中添加交聯(lián)劑、耐老化劑和偶聯(lián)劑等各種不同的添加劑.交聯(lián)劑能促使封裝膠膜形成耐熱性強(qiáng)、熱收縮小的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),一般選用過氧化物熱引發(fā)做為交聯(lián)劑,如過氧化異丙苯(DCP).添加耐老化劑可以減少紫外線對(duì)EVA膠膜的傷害,增加聚合物的化學(xué)穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性.由于EVA膠膜是較弱極性結(jié)構(gòu),通過添加偶聯(lián)劑可以增強(qiáng)封裝膠膜對(duì)玻璃和背板的粘接強(qiáng)度,一般選用硅烷偶聯(lián)劑.除EVA膠膜材料本身缺點(diǎn)外,光伏組件層壓工藝和材料選擇也會(huì)引起組件失效.研究發(fā)現(xiàn)有些光伏組件發(fā)黃、脫層、電極腐蝕等異常現(xiàn)象從組件邊緣開始,這些往往與密封硅膠的選擇不當(dāng)相關(guān).組件層壓溫度的選擇同樣非常重要,溫度過高會(huì)引起EVA黃變,溫度過低則交聯(lián)度沒有到.

責(zé)任編輯：周婭

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