【技术贴】材料失效分析之背板开裂

浏览数量:19     作者:本站编辑     发布时间: 2020-04-15      来源:本站

一、引言


提到光伏产品,相信已家喻户晓。从地面光伏电站,房屋建筑一体化BIPV、太阳能发电高速公路,节能汽车等方面都有光伏产品的影子,相信在不久的将来光伏的应用会更加广泛。

光伏组件作为太阳能发电系统中的核心部件,其使用寿命与层压工艺有一定关系,但更取决于其所使用的原材料自身的性能,其中最关键的就是光伏背板。光伏背板作为组件的最外层,与外界环境直接接触,经受户外风吹雨打、暴晒、腐蚀和污染;还与内部的封装材料相接触,起到对外防止漏电,对内阻挡水汽的作用。


光伏背板由高分子材料组成,有一些光伏背板在使用一段时间后,会提前暴露出明显的质量问题,甚至会导致组件失效。当前光伏背板暴露出来的其中一个严重问题就是背板开裂。研究发现,背板开裂问题主要集中在3A背板中。使用了3A背板的光伏电站在安装一年后背板表面已经出现大量微裂纹,投运四年后背板开裂比例已经超过40%。2016年前后,全球有数GW级的光伏电站受影响,包括国内的西部电站和海外电站,严重影响电站的投资收益。


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图1 户外使用的组件背板失效案例(图片来源PV-Mcn)


二、背板开裂问题分析


针对背板开裂问题,研究人员从全球各地抽取了使用3-6年就出现背板开裂的组件,并经过了一系列化学和机械测试。结果表明,最脆弱的区域发生在背板的内侧,而非暴露在空气中的外层。另外发现裂纹大多发生在电池片的间隙之间。


光伏组件在使用过程中,封装材料EVA(乙烯乙酸乙烯酯)在水汽(光伏背板均有一定的透水率)和阳光(包括紫外光)的作用下,在一定的温度下会发生水解反应,产生乙酸,背板材料接触乙酸会导致降解,进而出现了开裂。在电池背面的EVA封装材料由于受光较弱,相对于电池间隙的EVA水解较少。简言之,背板开裂的主要原因是EVA水解产生乙酸导致,电池片间隙的裂纹较多也是因为间隙的EVA受光照较强所致。


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图2 EVA水解及乙酸迁移示意图


三、测试条件的改进


从上述的分析结果看出,EVA水解需要具备的条件是:光照、水汽和温度,三者缺一不可。而当前针对光伏产品最常用的检测标准IEC61215和IEC61730中,只有单独的紫外UV老化系列试验和单独的高温高湿DH系列试验,即因此常规的紫外UV老化试验和高温高湿DH试验是无法模拟EVA水解反应对组件整体寿命的影响。在此背景下,华阳检测率先引进了UV+DH复合式老化环境箱,是国内仅有的几家可以实现复合检测的机构之一,该复合试验箱能够有效的验证零部件材料(包括背板)在复杂的试验环境下抗各种老化性能的能力。


四、何为UV+DH复合式老化环境箱


UV+DH复合式老化环境箱是将两个独立的老化试验(UV+DH)进行合并,实现两个试验项目(UV+DH)同时运行,即在高温高湿环境下进行紫外老化的测试,可广泛用于光伏连接器、光伏背板、光伏组件(小尺寸)的耐候性测试。华阳检测现有的复合式老化环境箱辐照的有效面积为1m×1m,紫外辐照强度150~250W/m²,累计辐照总量可设置范围15kWh/m²~120kWh/m²,温度可达到95℃,湿度可高达95%RH。可根据需要调节总的紫外辐照量和高温高湿环境的时间。


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图3 UV+DH复合式老化环境箱操作界面


五、如何进行DH+UV复合式老化测试


华阳检测根据零部件材料的测试标准和测试经验,推荐进行复合式老化试验的测试参数如下表:


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通过上述的试验可以在短时间内评价零部件材料的质量,是一个快速高效的筛选方法。华阳检测正在用DH+UV复合式老化箱为客户进行连接器材料的紫外高温高湿试验,如下图所示(设置参数:温度为85℃,湿度为85%RH,辐照量为120kWh/m²,测试时间为1000h)。



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图4 正在进行UV+DH复合试验的连接器图示


六、结语


    目前为止,越来越多的材料厂商开始重视并开展复合式试验项目的检测工作,相信在不久的将来,复合式老化检测将会纳入到常规的检测项目中。华阳检测将时刻关注光伏行业的发展趋势,与检测设备厂家共同研发新的检测设备,为光伏行业产品质量的验证提供最可靠的服务。

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