基于光伏组件用背板紫外老化问题.doc

光伏组件用背板紫外老化浅析 随着光伏产业的发展，光伏电站已经在全球范围内发电，源源不断的对外提供绿色清洁能源。光伏组件要持续发电 25 年，在设计之初，就要考虑环境对组件的影响，包括风雪的机械载荷、紫外线辐射、风沙冲击、酸雨等等，从而选择最好的材料。 　　原材料的选择，通常是看它们在一系列测试之后的性能表现，好的原材料对组件成品的性能保障是必要的，因此，原材料的测试以及用于组件后的测试都非常重要，前两篇文章对光伏组件用背板的落砂实验、湿热老化进行了阐述，本文将对光伏组件用背板紫外老化进行深入分析。 　　图一 不同波长的太阳光谱图 　　我们知道，紫外线具有较短的波长和较高的能量，对材料特别是高分子材料具有很强的破坏性，由于组件封装中广泛使用的背板和 EVA 都是高分子材料，这些材料在户外的老化通常是在紫外线、温度和湿度的共同作用下发生的，因此在选择封装材料时紫外老化测试是必不可少的一项测试。 　　IEC 61215 紫外预处理实验 　　在 IEC 61215 中，对组件进行热循环/湿冻试验前需进行紫外辐照处理，以确定相关材料及粘连连接的紫外衰减，相应装置包括：紫外试验箱、温度传感器、紫外辐照仪等。 　　实验时，组件的温度范围控制在 60±5℃，温度传感器安装在靠近组件中部的前或后表面，紫外辐射光源在组件试验平面上其辐照度均匀性为 ±15%，波长范围为 280~320nm 和 320~385nm，精度为 ±15%，其中，组件经受波长在 280~385nm 范围的紫外辐射为 15kWh/m-2，波长在 280~320nm 的紫外辐射为 5kWh/m-2。 要求：紫外辐射后无严重外观缺陷，最大输出功率衰减不超过试验前测试值的 5%，绝缘电阻应满足初始试验同样的要求。 　回到现实的环境中来 　　IEC 验证的设计实际上只相当于70天的户外曝晒，而且也没有对组件背面进行曝晒测试，为了更好的理解户外的真实情况，国外一些研究机构，像美国可再生能源实验室NREL、弗劳恩霍夫太阳能研究所 Fraunhofer(ISE)等，建立了各区域的年紫外线剂量，利用这些信息，计算地面至背板的光反射率，模拟出测试条件下的建议曝晒时数，以及沙漠、热带及温带气候下的25年户外曝晒量。 　　研究机构沙漠热带温和 　　Fraunhofer~120~35~20，~30(city，Alps) 　　NREL---78.2 Typical annual--- 　　Atlas91.7(Phoenix，USA)78.5(Miami S.France)56.9(Tokyo Lochem，NL) 　　表一 国外研究单位相关年紫外线剂量 　　IEC 15 kWh = 70 days, so implied annual value is 78.2 kWh, 　　(1) M. Koehl, Indoor and Outdoor Weathering of PV Modules, Proc of SPIE Vol 7048 704806-4, (2008) 　　(2) M. Kempe, Ultraviolet light test and evaluation methods for encapsulants of photovoltaic modules, Sol.Energy Mater.Sol.Cells, 94 (2010) 　　(3) Weathering of Plastics: Testing to Mirror Real Life Performance, George Wypych, p17 (1999), 　　(4) R. Chadysiene and A. Girgzdys, Ultraviolet Radiation Albedo of Natural Surfaces, J. Env, Eng. Land. Mgmnt,, 16(2): 83-88 (2008) 　　值得注意的是，目前行业一般仅进行 15-100kWh/m-2 的紫外老化测试，而这些建议的曝晒量比目前测试计划中大多数组件制造厂商所以用的高出剂量 2 至 18 倍!因此，为了真实模拟户外老化，应对组件背面进行 171-275kWh/m-2 的紫外老化测试。 　　EVA 紫外老化失效模式 　　EVA 处于玻璃和背板的保护中，老化主要来自紫外线照射，早期的 EVA 由于配方原因，长期户外使用会出现黄变，目前已基本解决。光伏组件在户外经过长期曝晒后，EVA 会发生黄变、脱层等不良现象。需要注意的是，EVA 在老化后对紫外线的阻隔能力下降，会引起背板的黄变及脱层，这是非常危险的。 　　不同厂家 EVA 紫外老化后在紫外光区透光率变化趋势也不同，如下图所示。 　　图四 EVA 老化后在紫外光区域透光率变