隨著經濟社會的發展,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境和不可再生等問題.太陽能具有少污染、可循環和資源無限等特點,將成為人類未來發展所必須的清潔能源.截至2014年底,世界光伏裝機容量大180GW,預計到2019年底全球光伏裝機容量將達498GW,其中90%以上是晶硅電池組件.

三季度光伏組件

    光伏并網發電系統主要由光伏組件、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,而組件一般是長期暴露在高溫、強光照射、氧、水等復雜環境下工作.因此,采用適宜的封裝工藝和選用合適的封裝材料對延長組件壽命和提高組件效率顯得非常重要.

    1  光伏組件結構

    光伏組件封裝過程就是用膠膜將電池片粘結在鋼化玻璃和背板之間,因此,光伏組件生產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,其中晶硅電池市場所占份額高達90%以上.光伏系統就是利用太陽能電池將光能轉化為電能,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,若直接在大氣環境中工作會影響其光電轉化效率,甚至會失效.因此目前所有晶硅電池組件都進行封裝,從而可以延緩組件的效率衰減,降低光伏發電成本.

    1.2玻璃

    光伏組件上玻璃主要目的是抵御各種惡劣環境對太陽能電池的破壞.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格控制玻璃中鐵含量,因為鐵元素會使玻璃著色降低玻璃的透光率,同時會增大玻璃的吸熱率.由于光伏組件需要在戶外長時間使用,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,對電池片起到保護和支撐作用.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光線反射來提高組件效率性能.目前市場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在一起,這就需要封裝膠具有較高的粘結強度,同時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氧樹脂、有機硅樹脂、PVB膠膜和EVA膠膜.

    環氧樹脂是典型的熱固型粘合劑,其具有較高的導熱絕緣性能和較好的粘結效果.但是由于環氧樹脂固化后的交聯密度高、脆性大,導致光伏組件不耐沖擊.同時環氧樹脂的耐老化性能較差,使用一段時間后易出現黃變影響入射光強度.目前只有少數小功率光伏組件采用環氧樹脂進行封裝.

    有機硅具有較好的耐老化、耐溫性、電絕緣性等方面特性,同時對無機玻璃和有機背板具有較強的粘結效果.其所封裝組件較少出現黃變、開裂等現象.但由于有機硅生產成本較高且光伏組件封裝難度大,所有有機硅并沒有在組件封裝中大規模應用.

    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、粘結強等優點,但是由于其價格高昂,目前僅在對封裝要求較高的BIPV雙玻光伏組件上使用.

    目前光伏組件封裝膠絕大多數采用乙烯-醋酸乙烯酯聚合物(EVA)膜.其主要通過交聯反應,形成一種三維網狀結構,對太陽電池起到很好的密封作用.EVA具有良好的透光性、粘結性、耐候性、絕緣性等性能,且操作方便、價格便宜等優點.但是作為高分子材料在使用過程中通常都會出現老化,特別是在紫外環境下易出現變色、起皺、脫層等失效現象.

    2 EVA失效

光伏組件

    EVA是如何失效的呢?

    經研究發現如果光伏組件內存在少量氧氣時,在強紫外光照射下EVA膠膜會發生分解,產生乙酸和烯烴,即脫乙酰反應.紫外光照越強,環境溫度越高,EVA分解越快.同時乙酸量也會加速EVA進一步老化,導致粘接強度下降,光伏組件會發生脫層現象.乙酰反應產生的乙酸會腐蝕光伏組件的焊帶、電極和背板,嚴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膠膜生產過程中添加交聯劑、耐老化劑和偶聯劑等各種不同的添加劑.交聯劑能促使封裝膠膜形成耐熱性強、熱收縮小的三維網絡結構,一般選用過氧化物熱引發做為交聯劑,如過氧化異丙苯(DCP).添加耐老化劑可以減少紫外線對EVA膠膜的傷害,增加聚合物的化學穩定性和環境適應性.由于EVA膠膜是較弱極性結構,通過添加偶聯劑可以增強封裝膠膜對玻璃和背板的粘接強度,一般選用硅烷偶聯劑.除EVA膠膜材料本身缺點外,光伏組件層壓工藝和材料選擇也會引起組件失效.研究發現有些光伏組件發黃、脫層、電極腐蝕等異常現象從組件邊緣開始,這些往往與密封硅膠的選擇不當相關.組件層壓溫度的選擇同樣非常重要,溫度過高會引起EVA黃變,溫度過低則交聯度沒有到.

責任編輯：周婭

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