光伏封裝材料標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用研究

光伏封裝材料主要包括EVA、POE、PVB(聚乙烯醇縮丁醛)封裝膠膜。

光伏封裝膠膜置于光伏組件的玻璃與太陽(yáng)能電池或背板與太陽(yáng)能電池之間，用于封裝并保護(hù)太陽(yáng)能電池，是光伏組件的關(guān)鍵材料之一。

其主要作用包括：為光伏組件材料起到粘接作用及提供結(jié)構(gòu)支撐；為太陽(yáng)能電池起到高透光作用及提供最大光耦合；為光伏組件起到物理隔絕作用及提供電氣絕緣和水汽阻隔；為光伏組件起到熱傳導(dǎo)作用及提供優(yōu)異的耐候性等。

由于光伏組件的結(jié)構(gòu)、使用場(chǎng)景及太陽(yáng)能電池技術(shù)路線的迥異(見圖1)，對(duì)于光伏封裝材料的選擇及應(yīng)用亦有所不同。

圖1 光伏組件典型的結(jié)構(gòu)及其封裝材料應(yīng)用

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光伏封裝材料之封裝膠膜分類

 

由于光伏封裝膠膜尚沒有統(tǒng)一明確的分類方法，通過對(duì)市場(chǎng)上已量產(chǎn)的產(chǎn)品的不完全統(tǒng)計(jì)，按其顏色、結(jié)構(gòu)、花紋、材質(zhì)、工藝和交聯(lián)方式等劃分為6大類(見圖2)，并分別對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行介紹。

圖2 光伏封裝膠膜分類

EPE膠膜：EVA和POE共擠熔融加工成型的膠膜。

透明膠膜：包括高透型和紫外截止型。高透型可透過全波段太陽(yáng)光，最大化太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化效率。紫外截止型具有吸收紫外線的能力，能有效改善因紫外線造成的材料老化。

白色膠膜：包括無紡布復(fù)合結(jié)構(gòu)和預(yù)交聯(lián)白膜，主要通過鈦白粉著色。無紡布復(fù)合結(jié)構(gòu)白膜具有良好緩沖作用、防溢膠效果，零深度反射提升功率增益。

預(yù)交聯(lián)白膜通過調(diào)整初始的交聯(lián)度來控制溢膠翻白、起皺，良好的反射率。

單層結(jié)構(gòu)膠膜：指純EVA、POE、PVB膠膜。

多層復(fù)合結(jié)構(gòu)膠膜：指EVA、POE與無紡布復(fù)合而成的白膜和EPE共擠膠膜。

磨砂型膠膜：正反兩面為磨砂無規(guī)則型花紋的膠膜，防粘、防滑。

棱型膠膜：鋼輥面為規(guī)則的棱型花紋的膠膜，防粘、防滑，適用高克重膠膜。

流延膠膜：采用流延方式加工成型的膠膜，目前光伏封裝膠膜主要采用流延工藝加工成型。流延膜柔軟性較好，流動(dòng)性較大，內(nèi)應(yīng)力小，收縮率低。

壓延膠膜：采用壓延方式加工成型的膠膜。壓延膜力學(xué)強(qiáng)度較大，硬度大，內(nèi)應(yīng)力大，平整性較好。

熱固型膠膜：在一定的溫度和時(shí)間下，通過化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生力學(xué)強(qiáng)度和粘結(jié)密封作用的膠膜。EVA為熱固型膠膜，POE有熱固型和熱塑型兩種。熱固型膠膜主要適用于常規(guī)晶硅光伏組件的封裝。

熱塑型膠膜：一種非化學(xué)交聯(lián)，無添加過氧化物的熱熔膠膜。具有可回收利用、重復(fù)加工的特點(diǎn)。PVB為熱塑性膠膜，主要適用于BIPV(光伏建筑一體化)光伏組件。熱塑型POE主要適用于薄膜光伏組件。

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各類組件對(duì)光伏封裝膠膜的適用性需求

光伏組件分類

結(jié)合業(yè)內(nèi)對(duì)光伏組件的通稱，分別按材料、版形、電池、玻璃、尺寸將光伏組件分為5大類，以不交叉統(tǒng)計(jì)共分為21小類(見圖3)。

圖3 光伏組件典型分類

光伏組件對(duì)封裝材料的技術(shù)要求

光伏封裝膠膜作為光伏組件的核心材料之一，對(duì)組件的封裝工藝及組件的性能有著極其重要的影響。

同時(shí)，光伏組件的工作環(huán)境主要為室外，長(zhǎng)期暴露在陽(yáng)光、雨水、冰雪、沙塵等自然條件下，且光伏組件的質(zhì)保期通常要求25年以上。

為此，結(jié)合市場(chǎng)上典型組件的特點(diǎn)及其材料搭配、工藝適配、性能要求、可靠性保證等方面的需求深入剖析光伏封裝膠膜的技術(shù)要求。

材料選型搭配，普通晶硅組件常用EVA膠膜作為主要封裝材料，單玻組件正面選用高透型EVA膠膜，背板面選用紫外截止型EVA膠膜。雙玻組件正背面均選用高透型POE膠膜。

薄膜組件常用PVB膠膜、紫外截止型POE和熱塑型POE膠膜作為主要封裝材料。漁光互補(bǔ)場(chǎng)景用組件選用POE膠膜，BIPV組件選用熱塑型膠膜作為封裝材料。

工藝適配性的要求，主要包括封裝膠膜的克重、厚度、寬幅、收縮率、表面花紋粗糙度、流動(dòng)性等技術(shù)指標(biāo)。隨著電池片越來越薄及焊帶厚度的變化對(duì)封裝膠膜克重和厚度的要求亦不同，高克重膠膜可有效改善電池片隱裂。

膠膜寬幅隨著組件版形尺寸的變化而變化，受膠膜熱膨脹系數(shù)和收縮率的影響，通常膠膜尺寸相比組件玻璃小5mm。

為了緩解POE膠膜助劑析出造成打滑的問題，POE膠膜的花紋設(shè)計(jì)相對(duì)更粗，粗花紋也可減緩膠膜表面界面的抗粘連性。

POE

熱固型封裝膠膜的流動(dòng)性可通過硫化ML(最小扭矩)值來表征，高流動(dòng)性的膠膜在組件層壓時(shí)容易被抽出造成邊緣缺膠、氣泡及電池片裂片。

封裝膠膜性能的要求包括光學(xué)性能、電氣性能、機(jī)械性能等。

為了提高組件的光電轉(zhuǎn)換效率需確保封裝膠膜的透光率，同時(shí)有因?yàn)樘?yáng)光的紫外線照射會(huì)造成碳鍵、碳?xì)滏I裂解而產(chǎn)生黃變，需吸收紫外線。

太陽(yáng)光中相當(dāng)一部分未轉(zhuǎn)換成電能的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成了熱能，加上電池電路內(nèi)阻產(chǎn)生的熱量，光伏組件電池的溫度會(huì)升高，組件功率隨著太陽(yáng)電池工作溫度的升高而降低，提高封裝膠膜的導(dǎo)熱性能將改善太陽(yáng)電池的散熱效果，以減小光伏電池效率的損失。

高體積電阻率和低水汽透過率對(duì)提升絕緣性減少電流泄漏和抗PID有明顯的效果。熱固性封裝膠膜通過化學(xué)交聯(lián)固化形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使組件結(jié)構(gòu)牢固密封。

可靠性要求，組件25年以上的質(zhì)保對(duì)性能衰減和材料老化方面都有嚴(yán)格的要求。PID效應(yīng)造成組件功率的衰減，水汽的進(jìn)入又容易導(dǎo)致EVA膠膜發(fā)生水解反應(yīng)生成醋酸，與玻璃表面析出的堿反應(yīng)生產(chǎn)大量的自由移動(dòng)的Na離子，在外加電場(chǎng)的作用下向電池片表面移動(dòng)并富集到減反層產(chǎn)生PID效應(yīng)。

PID效應(yīng)

水汽和高溫也會(huì)造成膠膜體積電阻率的下降和加速電池片焊帶的腐蝕，進(jìn)一步導(dǎo)致PID衰減和組件老化。

光伏封裝材料標(biāo)準(zhǔn)

以光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)生產(chǎn)過程和主要產(chǎn)品為對(duì)象分為光伏材料、光伏電池、光伏組件、光伏部件、光伏發(fā)電系統(tǒng)、光伏應(yīng)用以及光伏設(shè)備等七個(gè)領(lǐng)域共35個(gè)子項(xiàng)(見圖4)。

圖4 光伏產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系框架

光伏封裝材料標(biāo)準(zhǔn)解析

表2 光伏封裝材料與光伏組件工藝、性能及可靠性的相關(guān)性