光伏背板不同老化試驗方法比較

劉曉嬌，姚元毅，李忠平，季明龍，李 偉，馮 葉

(中天光伏材料有限公司，江蘇南通 226000)

光伏背板不同老化試驗方法比較

劉曉嬌，姚元毅，李忠平，季明龍，李 偉，馮 葉

(中天光伏材料有限公司，江蘇南通 226000)

主要選用3款不同廠家、不同型號的背板(A、B、C)，分別進行單一加速老化試驗以及不同組合的序列老化試驗，比較、分析不同老化試驗后背板材料的老化情況。通過對不同老化試驗后背板的黃變指數(shù)測試，發(fā)現(xiàn)背板經(jīng)單一加速老化試驗后外觀黃變情況無較大差異；而經(jīng)序列老化試驗后，外觀出現(xiàn)不同程度的黃變，體現(xiàn)出不同背板的耐老化性能差異。

背板，老化，序列試驗，黃變指數(shù)

光伏背板是光伏組件中重要組成部分，起著保護、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化效率。然而光伏背板作為光伏組件的最外層材料，在實際使用過程中會受到環(huán)境因素如光、熱、氧、液體介質等作用使材料發(fā)生老化，進而影響其使用性能。目前業(yè)內對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，人們設計出一些加速老化試驗方法如濕熱加速老化試驗、紫外加速老化試驗等，在短時間內模擬戶外的老化情況，以此考察背板的耐老化性能。

目前，對背板老化性能的評測主要是通過單一不同的加速老化試驗方法考察背板相應的耐老化性能，例如采用濕熱加速老化試驗進行2000h或3000h的老化試驗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、不同型號的背板(A、B、C)，分別進行單一加速老化試驗以及不同組合的序列老化試驗，比較、分析不同老化試驗后背板材料的老化情況。

1 試驗

1.1 試驗材料與儀器

1.1.1 試驗材料

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

1.1.2 試驗儀器

紫外老化試驗箱：UV500，上海勁越實業(yè)發(fā)展有限公司；恒溫恒濕試驗箱：HS-180，江蘇艾默生；高低溫交變箱：GDJS-225，揚州高科環(huán)境試驗設備有限公司；色差儀：CR-10，柯尼卡美能達。

1.2 單一加速老化試驗

1.2.1 紫外老化試驗

將背板A、背板B和背板C放入紫外老化箱中進行老化(UV)，照射面為空氣面，試驗條件為：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

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

1.2.3 冷熱循環(huán)老化試驗

將背板A、背板B和背板C放入高低溫交變箱中進行老化(TC)，試驗條件為在溫度-40℃～85℃的條件下進行高低溫交變試驗，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，共進行300個循環(huán)周期。

1.3 不同序列老化試驗

設計了3組不同序列老化試驗，具體如表1所示。

表1 老化試驗設計Table 1 Accelerated aging test design

將背板A、背板B和背板C分別按上述3組序列老化試驗進行老化。

1.4 黃色指數(shù)測試

采用色差儀對老化前后背板空氣面及EVA粘結面的黃色指數(shù)進行測試，計算老化前后背板材料的黃變。

2 結果與分析

高分子材料在使用過程中，會因受到光、熱、氧、水分等環(huán)境因素的作用而老化，導致其結構和性能發(fā)生變化[1]，甚至失去其優(yōu)良的使用價值。在發(fā)生老化的過程中，高分子材料會伴隨顏色發(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，而且還是其結構與性能發(fā)生變化的重要信號[2]，所以本文通過測定老化前后背板材料的黃色指數(shù)比較不同老化方式對背板材料老化的影響。

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

圖1 單一加速老化試驗后背板黃變Fig.1 Yellowing index after single-factor accelerated aging tests

從圖1可以看出，在三種不同單一加速老化試驗中，濕熱老化對背板材料影響相對較大；根據(jù)背板國標GB/T 31034-2014[3]，每項單一加速老化試驗項目均嚴于國標要求，且三款不同背板產(chǎn)品經(jīng)不同加嚴老化測試后，其黃變指數(shù)變化范圍均小于3，符合國標要求。

圖2為經(jīng)序列老化試驗一、序列老化試驗二、序列老化試驗三后背板外觀的黃變情況。

圖3為序列老化試驗一、試驗二和試驗三后背板材料的黃色指數(shù)變化情況。

(a)經(jīng)試驗一老化后A、B、C背板空氣面；(b)經(jīng)試驗一老化后A、B、C背板EVA粘結面；(c)經(jīng)試驗二老化后A、B、C背板空氣面；(d)經(jīng)試驗二老化后A、B、C背板EVA粘結面；(e)經(jīng)試驗三老化后A、B、C背板空氣面；(f)經(jīng)試驗三老化后A、B、C背板EVA粘結面

圖2 序列老化試驗后背板外觀
Fig.2 Appearance of backsheets after multi-factor accelerated aging tests in a different sequence

圖3 序列老化試驗后背板黃變Fig.3 Yellowing index after multi-factor accelerated aging tests in a different sequence

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)不同序列老化試驗后背板的外觀良好；B背板EVA粘結面經(jīng)序列老化試驗三后外觀黃變嚴重；C背板空氣面經(jīng)序列老化試驗二、試驗三后外觀黃變嚴重，EVA粘結面經(jīng)序列老化試驗一、試驗三后外觀黃變嚴重。

通過本次試驗發(fā)現(xiàn)，雖然單一加速老化試驗的試驗強度較大，但三款背板均能通過測試，而在不同的序列老化試驗中，每項老化測試的強度僅為單一加速老化試驗強度的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。這主要是當進行單一老化試驗時，如UV老化，在紫外光照射下，高分子材料中的大分子鏈會產(chǎn)生斷鍵或交聯(lián)[4]而導致材料降解，但高分子結構對紫外光的吸收速度較小，而且多數(shù)背板材料中會添加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部，從而使聚合物得到保護[5]，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。但進行序列老化試驗時，當經(jīng)紫外光輻照后，發(fā)生光降解的部分會產(chǎn)生一定的親水基團[6]，在隨后進行的濕熱老化試驗中，這些親水基團會促進材料原有的水降解反應，同時溫度的變化會影響高分子鏈的熱運動，還會影響高分子材料中添加劑的擴散速度，從而影響其老化降解速度。而且每種材料的結構、成分也不盡相同，故對不同的序列老化試驗表現(xiàn)出不同的耐老化能力。

3 結論

通過背板單一加速老化試驗及序列老化試驗對比，發(fā)現(xiàn)序列老化試驗的試驗強度雖不高，但對背板老化程度的影響較大，而且不同的序列老化試驗對背板材料的老化產(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、復雜的，單憑單一加速老化試驗無法模擬實際的老化過程，無法對不同背板的耐老化性能做出準確判定，因此需建立更加有效的序列老化試驗來評測背板的耐老化性能，篩選出性能優(yōu)異的背板，使背板可提供持續(xù)保障。

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Study on Comparison of Different Ageing Testing Methods of Backsheets

LIU Xiao-jiao，YAO Yuan-yi，LI Zhong-ping，JI Ming-long，LI Wei，F(xiàn)ENG Ye

(ZHONGTIAN PHOTOVOLTAIC MATERIALS CO.，LTD，Nantong 226000，Jiangsu，China)

Three different types of backsheets were choosen to put to single-factor accelerated aging tests and multi-factor accelerated aging tests in a different sequence respectively，in which the different backsheets were defined as A，B and C. By contrast and study on the results，the yellowing index of different backsheets showed little difference after single-factor accelerated aging tests. However after multi-factor accelerated aging tests in a different sequence，the different backsheets had a yellowing index with varying degrees，that meant a different ageing resistance.

backsheets，aging，serial test，yellowing index

TQ 325.5