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能電池或背板與太陽能電池之間，用于封裝并保護(hù)太陽能電池，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)、使用場景及太陽能電池技術(shù)路線的迥異(見圖1)，對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，通過對市場上已量產(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光，最大化太陽能的轉(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，對組件的封裝工藝及組件的性能有著極其重要的影響。

同時，光伏組件的工作環(huán)境主要為室外，長期暴露在陽光、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性可通過硫化ML(最小扭矩)值來表征，高流動性的膠膜在組件層壓時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，同時有因?yàn)樘柟獾淖贤饩€照射會造成碳鍵、碳?xì)滏I裂解而產(chǎn)生黃變，需吸收紫外線。

太陽光中相當(dāng)一部分未轉(zhuǎn)換成電能的太陽能轉(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升高，組件功率隨著太陽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)大量的自由移動的Na離子，在外加電場的作用下向電池片表面移動并富集到減反層產(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)備等七個領(lǐng)域共35個子項(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