不同光伏背板紫外老化和黃度指數(shù)變化關(guān)系的分析

光伏背板是光伏組件中重要組成部分，起著保護(hù)、絕緣、阻隔水汽等作用，它的好壞直接決定光伏電池的使用壽命以及轉(zhuǎn)化效率。然而光伏背板作為光伏組件的最外層材料，在實(shí)際使用過程中會(huì)受到環(huán)境因素如光、熱、氧、液體介質(zhì)等作用使材料發(fā)生老化，進(jìn)而影響其使用性能。目前業(yè)內(nèi)對(duì)光伏組件的使用壽命要求為25年，這就要求光伏背板需提供持續(xù)保障，因此，人們?cè)O(shè)計(jì)出一些加速老化試驗(yàn)方法如濕熱加速老化試驗(yàn)、紫外加速老化試驗(yàn)和高低溫老化試驗(yàn)等，在短時(shí)間內(nèi)模擬戶外的老化情況，以此考察背板的耐老化性能。

       目前，對(duì)背板老化性能的評(píng)測(cè)主要是通過單一不同的加速老化試驗(yàn)方法考察背板相應(yīng)的耐老化性能，例如采用濕熱加速老化試驗(yàn)進(jìn)行2000 h 或3000 h 的老化試驗(yàn)來模擬背板在戶外抵抗?jié)駸崂匣那闆r。本文主要選用3 款不同廠家、不同型號(hào)的背板( A、B、C) ，分別進(jìn)行單一加速老化試驗(yàn)以及不同組合的序列老化試驗(yàn)，比較、分析不同老化試驗(yàn)后背板材料的老化情況。

1 試驗(yàn)

       1. 1 試驗(yàn)材料與儀器

       1. 1. 1 試驗(yàn)材料

       光伏背板: 市場(chǎng)主流的3 款不同廠家不同型號(hào)的背板，分別為背板A、背板B 和背板C。

       1. 1. 2 試驗(yàn)儀器

       紫外老化試驗(yàn)箱; 恒溫恒濕試驗(yàn)箱; 高低溫交變箱; 色差儀。

       1. 2 單一加速老化試驗(yàn)

       1. 2. 1 紫外老化試驗(yàn)

       將背板A、背板B和背板C放入紫外老化試驗(yàn)箱中進(jìn)行老化(UV)，照射面為空氣面，試驗(yàn)條件為: 溫度60℃，累積輻照量為180kWh /m2 ( 其中UVA約為93%，UVB為7%) 。

       1. 2. 2 濕熱老化試驗(yàn)

       將背板A、背板B 和背板C 放入恒溫恒濕老化箱中進(jìn)行老化( DH) ，試驗(yàn)條件為: 溫度( 85 ± 2) ℃，濕度( 85±5) %，累積老化時(shí)間為3000h。

       1. 2. 3 冷熱循環(huán)老化試驗(yàn)

       將背板A、背板B和背板C放入高低溫交變箱中進(jìn)行老化( TC) ，試驗(yàn)條件為在溫度－40～85℃的條件下進(jìn)行高低溫交變?cè)囼?yàn)，其中要求在-40℃和85℃的溫度下至少保持10min，溫變速率不超過100℃/h，一次循環(huán)周期不超過6h，共進(jìn)行300個(gè)循環(huán)周期。

       1. 3 不同序列老化試驗(yàn)

       設(shè)計(jì)了3 組不同序列老化試驗(yàn)，具體如表1所示。

       將背板A、背板B和背板C分別按上述3組序列老化試驗(yàn)進(jìn)行老化。

       1. 4 黃色指數(shù)測(cè)試

       采用HunterLab色差儀對(duì)老化前后背板空氣面及EVA 粘結(jié)面的黃色指數(shù)進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算老化前后背板材料的黃變。

2 結(jié)果與分析

       高分子材料在使用過程中，會(huì)因受到光、熱、氧、水分等環(huán)境因素的作用而老化，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，甚至失去其優(yōu)良的使用價(jià)值。在發(fā)生老化的過程中，高分子材料會(huì)伴隨顏色發(fā)黃的現(xiàn)象，即黃變。所以黃變不僅影響高分子材料的外觀，而且還是其結(jié)構(gòu)與性能發(fā)生變化的重要信號(hào)，所以本文通過測(cè)定老化前后背板材料的黃色指數(shù)比較不同老化方式對(duì)背板材料老化的影響。

       經(jīng)單一加速老化試驗(yàn)后背板材料的黃色指數(shù)變化情況如圖1 所示。

圖1 單一加速老化試驗(yàn)后背板黃變

       從圖1 可以看出，在三種不同單一加速老化試驗(yàn)中，濕熱老化對(duì)背板材料影響相對(duì)較大; 根據(jù)背板國標(biāo)GB /T 31034 － 2014，每項(xiàng)單一加速老化試驗(yàn)項(xiàng)目均嚴(yán)于國標(biāo)要求，且三款不同背板產(chǎn)品經(jīng)不同加嚴(yán)老化測(cè)試后，其黃變指數(shù)變化范圍均小于3，符合國標(biāo)要求。

       圖2 為經(jīng)序列老化試驗(yàn)一、序列老化試驗(yàn)二、序列老化試驗(yàn)三后背板外觀的黃變情況。

       圖3 為序列老化試驗(yàn)一、試驗(yàn)二和試驗(yàn)三后背板材料的黃色指數(shù)變化情況。

圖3 序列老化試驗(yàn)后背板黃變

       從圖2、圖3可以看出，不同廠家的背板經(jīng)不同的序列老化試驗(yàn)后外觀黃變情況出現(xiàn)明顯差異。A背板雙面及B背板空氣面經(jīng)不同序列老化試驗(yàn)后背板的外觀良好; B 背板EVA 粘結(jié)面經(jīng)序列老化試驗(yàn)三后外觀黃變嚴(yán)重; C 背板空氣面經(jīng)序列老化試驗(yàn)二、試驗(yàn)三后外觀黃變嚴(yán)重，EVA 粘結(jié)面經(jīng)序列老化試驗(yàn)一、試驗(yàn)三后外觀黃變嚴(yán)重。

       通過本次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雖然單一加速老化試驗(yàn)的試驗(yàn)強(qiáng)度較大，但三款背板均能通過測(cè)試，而在不同的序列老化試驗(yàn)中，每項(xiàng)老化測(cè)試的強(qiáng)度僅為單一加速老化試驗(yàn)強(qiáng)度的1 /3 或不足1 /3，但疊加后卻使不同的背板材料發(fā)生不同程度的老化黃變，區(qū)分出三款背板耐老化性能的優(yōu)劣。這主要是當(dāng)進(jìn)行單一老化試驗(yàn)時(shí)，如UV 老化，在紫外光照射下，高分子材料中的大分子鏈會(huì)產(chǎn)生斷鍵或交聯(lián)而導(dǎo)致材料降解，但高分子結(jié)構(gòu)對(duì)紫外光的吸收速度較小，而且多數(shù)背板材料中會(huì)添加TiO2作為光屏蔽劑，它能反射或吸收紫外光，阻止紫外光深入聚合物內(nèi)部，從而使聚合物得到保護(hù)，這就使得一些背板材料在紫外光的照射下老化程度較低，耐UV 老化性能較好。但進(jìn)行序列老化試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)經(jīng)紫外光輻照后，發(fā)生光降解的部分會(huì)產(chǎn)生一定的親水基團(tuán)，在隨后進(jìn)行的濕熱老化試驗(yàn)中，這些親水基團(tuán)會(huì)促進(jìn)材料原有的水降解反應(yīng)，同時(shí)溫度的變化會(huì)影響高分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)，還會(huì)影響高分子材料中添加劑的擴(kuò)散速度，從而影響其老化降解速度。而且每種材料的結(jié)構(gòu)、成分也不盡相同，故對(duì)不同的序列老化試驗(yàn)表現(xiàn)出不同的耐老化能力。

3 結(jié)論

       通過背板單一加速老化試驗(yàn)及序列老化試驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)序列老化試驗(yàn)的試驗(yàn)強(qiáng)度雖不高，但對(duì)背板老化程度的影響較大，而且不同的序列老化試驗(yàn)對(duì)背板材料的老化產(chǎn)生不同的影響。

       背板在戶外使用，經(jīng)歷的老化過程是多重、復(fù)雜的，單憑單一加速老化試驗(yàn)無法模擬實(shí)際的老化過程，無法對(duì)不同背板的耐老化性能做出準(zhǔn)確判定，因此需建立更加有效的序列老化試驗(yàn)來評(píng)測(cè)背板的耐老化性能，篩選出性能優(yōu)異的背板，使背板可提供持續(xù)保障。