材料失效分析之光伏背板開裂

:一、引言

提到光伏產(chǎn)品，相信已家喻戶曉。從地面光伏電站，到房屋建筑一體化BIPV、太陽能發(fā)電高速公路，節(jié)能汽車等方面都有光伏產(chǎn)品的影子，相信在不久的將來光伏的應(yīng)用會更加廣泛。

（來源：微信公眾號“光伏測試網(wǎng)” ID：TestPV）

光伏組件作為太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件，其使用壽命與層壓工藝有一定關(guān)系，但更取決于其所使用的原材料自身的性能，其中最關(guān)鍵的就是光伏背板。光伏背板作為組件的最外層，與外界環(huán)境直接接觸，經(jīng)受戶外風(fēng)吹雨打、暴曬、腐蝕和污染；還與內(nèi)部的封裝材料相接觸，起到對外防止漏電，對內(nèi)阻擋水汽的作用。

光伏背板由高分子材料組成，有一些光伏背板在使用一段時間后，會提前暴露出明顯的質(zhì)量問題，甚至?xí)?dǎo)致組件失效。當(dāng)前光伏背板暴露出來的其中一個嚴(yán)重問題就是背板開裂。研究發(fā)現(xiàn)，背板開裂問題主要集中在3A背板中。使用了3A背板的光伏電站在安裝一年后背板表面已經(jīng)出現(xiàn)大量微裂紋，投運(yùn)四年后背板開裂比例已經(jīng)超過40%。2016年前后，全球有數(shù)GW級的光伏電站受影響，包括國內(nèi)的西部電站和海外電站，嚴(yán)重影響電站的投資收益。

二、背板開裂問題分析

針對背板開裂問題，研究人員從全球各地抽取了使用3-6年就出現(xiàn)背板開裂的組件，并經(jīng)過了一系列化學(xué)和機(jī)械測試。結(jié)果表明，最脆弱的區(qū)域發(fā)生在背板的內(nèi)側(cè)，而非暴露在空氣中的外層。另外發(fā)現(xiàn)裂紋大多發(fā)生在電池片的間隙之間。

光伏組件在使用過程中，封裝材料EVA（乙烯乙酸乙烯酯）在水汽（光伏背板均有一定的透水率）和陽光（包括紫外光）的作用下，在一定的溫度下會發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生乙酸，背板材料接觸乙酸會導(dǎo)致降解，進(jìn)而出現(xiàn)了開裂。在電池背面的EVA封裝材料由于受光較弱，相對于電池間隙的EVA水解較少。簡言之，背板開裂的主要原因是EVA水解產(chǎn)生乙酸導(dǎo)致，電池片間隙的裂紋較多也是因?yàn)殚g隙的EVA受光照較強(qiáng)所致。

三、測試條件的改進(jìn)

從上述的分析結(jié)果看出，EVA水解需要具備的條件是：光照、水汽和溫度，三者缺一不可。而當(dāng)前針對光伏產(chǎn)品最常用的檢測標(biāo)準(zhǔn)IEC61215和IEC61730中，只有單獨(dú)的紫外UV老化系列試驗(yàn)和單獨(dú)的高溫高濕DH系列試驗(yàn)，即因此常規(guī)的紫外UV老化試驗(yàn)和高溫高濕DH試驗(yàn)是無法模擬EVA水解反應(yīng)對組件整體壽命的影響。UV+DH復(fù)合式老化環(huán)境箱能夠有效的驗(yàn)證零部件材料（包括背板）在復(fù)雜的試驗(yàn)環(huán)境下抗各種老化性能的能力。

UV+DH復(fù)合式老化環(huán)境箱是將兩個獨(dú)立的老化試驗(yàn)（UV+DH）進(jìn)行合并，實(shí)現(xiàn)兩個試驗(yàn)項(xiàng)目（UV+DH）同時運(yùn)行，即在高溫高濕環(huán)境下進(jìn)行紫外老化的測試，可廣泛用于光伏連接器、光伏背板、光伏組件（小尺寸）的耐候性測試。

四、如何進(jìn)行DH+UV復(fù)合式老化測試

華陽檢測根據(jù)零部件材料的測試標(biāo)準(zhǔn)和測試經(jīng)驗(yàn)，推薦進(jìn)行復(fù)合式老化試驗(yàn)的測試參數(shù)如下表：

通過上述的試驗(yàn)可以在短時間內(nèi)評價零部件材料的質(zhì)量，是一個快速高效的篩選方法。華陽檢測正在用DH+UV復(fù)合式老化箱為客戶進(jìn)行連接器材料的紫外高溫高濕試驗(yàn)，如下圖所示（設(shè)置參數(shù)：溫度為85℃，濕度為85%RH，輻照量為120kWh/m2，測試時間為1000h）。

目前為止，越來越多的材料廠商開始重視并開展復(fù)合式試驗(yàn)項(xiàng)目的檢測工作，相信在不久的將來，復(fù)合式老化檢測將會納入到常規(guī)的檢測項(xiàng)目中。

原標(biāo)題:材料失效分析之背板開裂