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太阳能电池组件背板结构分析.pdf

太阳能电池组件背板结构分析

寒穹
2011-12-29 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《太阳能电池组件背板结构分析pdf》,可适用于工程科技领域

一一一一、、、、背景背景背景背景::::太阳能光伏发电越来越多的成为我们生活中的一部分国家十二五计划把年总安装量设定在GW这就预示了我们生活用电的一部分会在不久的将来悄然变为来自太阳能发电。作为太阳能发电的主要部件光伏组件的质量非常的重要而光伏组件的寿命与其使用的原料密切相关。在所有的原料中塑料部件寿命是最短的。所以光伏组件中塑料部件的寿命决定了光伏组件的寿命。在所有塑料部件中背板无疑是最重要的。背板是所有封装材料中成本比重最大的部分由于硅材料价格的迅速降低,其也成为组件成本重要构成之一。背板的成本由其所用的材料所决定而不同材料的寿命是不同的是否能满足组件要求的年寿命也成为越来越多组件厂和发电用户所关心的问题。二二二二、、、、背板的各种结构背板的各种结构背板的各种结构背板的各种结构::::目前常用的背板有多种结构可以分为TPT、TPE、PET和涂层四类具体见下表。一般生产TPT结构的工厂都能生产TPE结构的背板。早期氟塑料主要使用杜邦公司生产的聚氟乙烯薄膜(PVFTedlar)。由于聚氟乙烯的供应商非常少所以目前越来越多的工厂使用聚偏氟乙烯(PVDF)。PET结构的背板最早在日本市场开始使用其使用耐候性PET替代氟塑料原因是日本对组件的寿命要求低于国际市场要求的年在到年间由于氟塑料薄膜紧缺而在中国得到使用。氟涂层的背板最早由浙化院开发使用常温交联型的氟塑料涂层涂布于PET上。其从技术原理而言是一种非常有优势的技术替代方案但在技术扩散过程中由于成本压力常温交联型氟涂层被替换成低成本的普通型氟涂料背板性能显著下降。只是由于成本价格低其仍是目前国内生产量最大的国产背板。在各种背板结构中耐候性最好的无疑是TPT和TPE结构背板但氟塑料薄膜受供应商少的限制。耐候性其次的是常温交联型氟涂层背板。常温交联型氟涂料成本较高此和通常光伏组件厂认为氟涂料背板应低价的观念有矛盾同时由于制造商的宣传不够导致此类背板尽管质量较好但使用并不广泛。普通氟涂料涂层背板和PET结构的背板耐候性是最差的但其低价格对一些组件厂非常有吸引力。目前日本一些公司综合成本与耐候性的双方面因素正在开发在PET结构的背板上涂覆氟涂层的办法来弥补两种背板耐候性都差的缺点这种办法应该能对该类背板的耐候性有一定的提升。三三三三、、、、背板老化的原因背板老化的原因背板老化的原因背板老化的原因::::不同结构背板老化的原因都是塑料的降解其降解过程按不同结构使用不同塑料而不同。。。。。氟涂层背板氟涂层背板氟涂层背板氟涂层背板::::氟涂料是使用聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯的微小颗粒和基础树脂一起分散在溶剂中而形成。使用时将溶剂挥发氟塑料颗粒和基础树脂固化在被保护物表面基础树脂可以交联也可以不交联。氟塑料本身以颗粒形式分散在基础树脂中相互不接触。水汽或紫外线首先攻击氟塑料颗粒间基础树脂导致其很快降解。基础树脂为环氧树脂、丙烯酸酯树脂或者是聚氨酯树脂其耐候性远差于氟塑料。其本身是极性树脂由于分子链较为复杂而树脂的结晶性低所以其透水率也较高。水汽会通过涂层中的基础树脂和涂层中的细小裂纹攻击在下层的PET薄膜而使PET很快降解开裂而使这类背板在强湿热老化时开裂严重。氟涂料涂层要形成有效的氟塑料层必须烧结烧结温度在至℃之间比如氟涂料预涂的铝板。而且氟涂料只适用于基材是硬的场合中。背板在使用过程中经常被弯折会导致涂层中生产很多肉眼看不见的微小裂纹所以实际使用的背板会比小面积用于老化测试的背板更容易老化失效。制造组件时层压温度较高时如发现有少量涂层剥落说明了背板上的涂层已经产生了很多细小的裂纹。唯一可以常温交联的氟塑料涂层是乙烯基醚氟涂料比如日本旭硝子的Lumifilon。由于其含氟分子主链即提供了能溶解于溶剂的基团又提供可以常温交联的基团所以其在常温下含氟分子链可以进行交联而形成致密的氟膜是一种非常好的氟薄膜背板的替代方案。。。。。耐候性耐候性耐候性耐候性PET背板背板背板背板::::耐候性PET背板使用一层耐候性的PET替代氟塑料薄膜。PET学名是聚对苯二甲酸乙二醇酯其在湿热环境下特别容易降解而分解成酸和醇而生成的酸会进一步加剧分解的速度。通过添加碱性物质进行封端或中和降解生产的酸可以减缓PET的降解速度但由于添加剂是消耗性的所以一段时间以后PET仍然会逐步降解。PET薄膜的透湿性较高其透湿性是同样厚度的PVDF薄膜的至倍所以PET型的背板透湿率一般较高。水汽可以透过耐候性PET层攻击下层的普通PET而导致背板开裂。加速老化实验中可以看到耐候性PET薄膜性能的下降趋势。耐候性PET只延缓了老化的过程与氟塑料的耐候性相比是远远不够的。日本某些公司在开发氟涂层加耐候性PET的背板综合两者的耐候性性能应该比单独使用任何一个方式都能有较高的提升。老化条件:℃湿度。。。。氟塑料背板氟塑料背板氟塑料背板氟塑料背板::::氟塑料由于其分子链中的氟原子大、极性强完美的保护了碳碳分子主链其耐候性、耐腐蚀性是目前塑料中最好的。氟塑料由于分子结构简单结晶度高导致其薄膜的气密性好水汽透过率低能充分保护下层的PET。氟塑料无疑是背板材料最好的选择。下表为某公司透明PVDF薄膜在美国亚利桑那实验场实际暴晒后的部分测试结果。薄膜厚度为微米。不同氟塑料薄膜水汽透过率如下表测试条件是℃湿度微米。如果不考虑成本因素仅从性能而言PVDF、THV和ECTFE薄膜的耐候性和阻隔性更优异一些。四四四四、、、、氟塑料背板氟塑料背板氟塑料背板氟塑料背板、、、、PET背板背板背板背板、、、、氟涂料背板老化对比氟涂料背板老化对比氟涂料背板老化对比氟涂料背板老化对比::::使用千瓦的紫外卤素灯对层压在光伏玻璃上的不同背板同时进行老化。光照强度为KWUVA和UVB的比例为:。颜色变化如下表。实验A为透过玻璃、EVA胶膜测到的变S(此处xx代替你懂的)*Q况实验B为背板变S(此处xx代替你懂的)*Q况紫外老化后背板表面完好肉眼无法发现任何损伤在靠电池侧(胶膜侧)的变色非常轻微。所以三种背板在层压后的静态情况下耐紫外线能力类似。使用强高温高湿老化考察三种背板的耐老化情况。测试条件为℃大气压小时。每隔小时将试样从老化箱中取出拍照情况如下。A:氟涂料背板B:TPE背板(PVDF薄膜)D:PET背板氟涂料背板和PET背板在老化小时后都发生开裂。通过直接测试耐候性PET薄膜发现其在老化小时后物理性能出现明显的拐点然后性能迅速下降并在小时前丧失物理性能而完全粉化。五五五五、、、、总结总结总结总结::::综合各种性能考虑使用氟塑料薄膜的背板仍然是目前能大规模使用的最合适的太阳能光伏组件材料。由于目前光伏行业进入严冬各个氟塑料薄膜供应商因前期产能扩张过度而导致生产能力过剩导致氟塑料薄膜价格下降很快由此引起TPT、TPE型背板的价格随之下降。其价格与PET背板和氟涂料背板迅速接近后两者的价格优势也不再明显。同时随着国产氟塑料薄膜的逐渐投入使用TPT、TPE型背板仍将继续作为市场主流得到广泛应用。

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