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PET背板,創(chuàng)新還是“創(chuàng)心”?
日期:2019-03-27   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:wangke_jq 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
編者按:背板作為晶硅太陽能組件的關(guān)鍵部件,對組件的安全性、使用壽命和降低功率衰減起著至關(guān)重要的作用。要達(dá)到保護(hù)電池片的目的,背板必須具備良好的機(jī)械強(qiáng)度與韌性、耐候性、絕緣、水汽阻隔、耐化學(xué)腐蝕等各種平衡的性能。

背板按照材料類別可分為含氟背板和非氟背板兩大類,背板材料選擇使用含氟薄膜、含氟涂層業(yè)內(nèi)已有共識,目前只有含氟材料經(jīng)過長期戶外實證,含氟背板的市場占有率超過90%。隨著光伏平價上網(wǎng)腳步的日益臨近,產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)都有著降本提效的巨大壓力,作為太陽能組件最重要的封裝材料光伏背板亦是如此。為了進(jìn)一步降低背板成本,部分企業(yè)嘗試使用PET材料來替代氟膜或氟涂層作為背板的最外層,省去氟膜或氟涂層成本,從而售價更低。但無氟保護(hù)的PET背板還能滿足組件性能要求嗎?

一、PET背板結(jié)構(gòu)及變化

目前PET背板主要有以下圖1兩種結(jié)構(gòu),第一種為三層結(jié)構(gòu),依次為強(qiáng)化PET(50um)、普通PET(150um)以及E膜粘接層,層與層之間使用膠黏劑粘接,需要兩次復(fù)合工藝制得。為進(jìn)一步迎合客戶降本需求,只能圍繞PET做文章,A/B結(jié)構(gòu)的PET便孕育而生,A/B結(jié)構(gòu)的PET與普通PET的不同之處在于其本身具有較為清晰的兩層結(jié)構(gòu),一般A/B結(jié)構(gòu)的PET總厚度在160um左右,外側(cè)較薄的耐UV層占總厚度的10%,內(nèi)層為普通PET,通過共擠形成A/B結(jié)構(gòu),PET內(nèi)側(cè)再復(fù)合上E膜或PO膜粘接層變形成了兩層結(jié)構(gòu)的PET背板,其較三層結(jié)構(gòu)PET背板工藝更簡單且更薄,售價因此更低。且其總厚度明顯減薄,尤其是耐UV層PET厚度大幅減薄,可靠性同樣也會大幅降低。


圖1:不同PET結(jié)構(gòu)背板

二、PET的老化機(jī)理

PET作為一種高分子材料,本身結(jié)構(gòu)決定了其容易發(fā)生水解、紫外光老化降解、熱老化降解,內(nèi)部結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為分子鏈氧化、斷裂,分子量降低,用在背板最外層則容易出現(xiàn)表面發(fā)黃、粉化、脆化甚至開裂。為了改善其耐候性,一般會在最外層PET中加入鈦白粉類無機(jī)顏料阻擋紫外線侵入,但在戶外使用過程中,由于光和水的共同作用,PET表面容易粉化、發(fā)白,析出鈦白粉,造成PET結(jié)構(gòu)背板性能下降。

PET的濕熱老化

從PET受濕熱老化的失效機(jī)理分析,PET在高溫高濕的條件下非常容易水解,H2O分子攻擊酯鍵,如圖2所示,使其酯鍵發(fā)生水解斷裂,生成帶羧基的低聚物,羧基同時又會促進(jìn)水解反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行。PET抗水解的方法為將聚合度提高,分子量加大,分子量分布降低,結(jié)晶度適當(dāng)提高。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,目前通過此種方法生產(chǎn)的PET耐水解等級較高,PCT48h后無脆化現(xiàn)象,有些甚至能做到PCT60h以上。

圖2:PET水解反應(yīng)

PET背板的紫外老化

從PET受紫外老化的失效機(jī)理分析,PET的紫外老化反應(yīng)分為光解反應(yīng)和光氧化反應(yīng),在光解反應(yīng)中,PET經(jīng)自由基重排反應(yīng),大分子主鏈發(fā)生斷裂,并產(chǎn)生CO和CO2氣體等副產(chǎn)物,材料PET的力學(xué)性能發(fā)生變化,如拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率,如圖3所示;在光氧化反應(yīng)中,PET的芳環(huán)上產(chǎn)生氫過氧化基團(tuán),并進(jìn)一步生成一酚羥基或二酚羥基衍生物,PET的發(fā)黃也主要是由這些熒光產(chǎn)物引起的,如圖4所示。

圖3:PET光解反應(yīng) 圖4:PET光氧反應(yīng)

增強(qiáng)PET耐紫外性能的方法如加入耐紫外配方,包括紫外吸收劑、紫外穩(wěn)定劑及抗氧劑,三者協(xié)同作用。鈦白粉的加入,能散射和吸收部分紫外線;鈦白粉與穩(wěn)定體系的相容性差,兩者相互反應(yīng),容易降低光穩(wěn)定劑的作用。向界面分子轉(zhuǎn)移、熱斑高溫下蒸發(fā)升華、雨水沖刷、紫外老化、濕熱老化、熱氧老化、霉菌污染等,助劑消耗速度隨環(huán)境惡劣程度而變化、助劑隨著PET表面的粉化逐漸消耗。

三、PET背板的戶外失效案例分析

如下圖5是PET背板在中國西部戶外服役6年后的外觀表現(xiàn),在組件正面出現(xiàn)嚴(yán)重黃變現(xiàn)象及在電池片之間的縫隙處出現(xiàn)密集細(xì)小裂紋,對組件進(jìn)行功率及濕漏電測試,結(jié)果顯示功率衰減高達(dá)27.6%且濕漏電結(jié)果小于40MΩ·m2的標(biāo)準(zhǔn),這給投資者帶來較大利益損失,也給光伏電站埋下了安全隱患。

圖5:PET背板黃變、開裂

其實,PET背板材料在戶外老化機(jī)理與以上分析的PET材料紫外老化機(jī)理類似,圖6是實驗室經(jīng)過200kWh/m2紫外老化后PET聚酯材料和強(qiáng)化PET聚酯材料(HPET)的傅立葉紅外圖譜,紫外老化后兩種PET材料均在1690cm-1吸收峰處出現(xiàn)了PET聚酯分解產(chǎn)物對苯二甲酸單體的吸收峰,這表明PET聚酯材料在長期紫外老化后分子鏈段斷裂,這一現(xiàn)象同樣出現(xiàn)在以上提到的戶外服役六年的PET背板中,如圖7。因此PET聚酯背板材料在戶外發(fā)生的是光解反應(yīng)與光熱反應(yīng),應(yīng)采用紫外老化來評估其在戶外老化。


圖6:PET材料紫外后傅立葉紅外圖譜 圖7:PET背板服役6年后傅立葉紅外圖譜

四、背板選擇應(yīng)該回歸初衷

PET材料憑借其優(yōu)異的絕緣和阻水性能作為背板核心骨架被長期應(yīng)用,但通過以上失效機(jī)理和案例我們發(fā)現(xiàn)PET材料本身特性決定了其根本無法獨立存在為組件防護(hù)25年,甚至無法滿足組件對背板的十年材料質(zhì)保要求,為解決其光濕熱性能短板必須加以氟材料予以保護(hù),這也是為什么含氟背板長期占領(lǐng)市場主流位置的原因。

對于光伏電站投資者而言,測算項目收益的前提是選擇最能保障其項目投資收益率的材料,安全可靠基礎(chǔ)上的降本才是真降本。尼龍PA擠出型背板開裂已經(jīng)給行業(yè)內(nèi)部分企業(yè)造成了巨大損失,盲目選擇PET背板將給建立在長期收益基礎(chǔ)上的光伏系統(tǒng)埋下新的隱患。優(yōu)選具有長期戶外實證并堅持品質(zhì)不變的材料才是電站投資回報的最大保證。


原標(biāo)題:PET背板,創(chuàng)新還是“創(chuàng)心”?
 
 
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