EVA膠膜改性對(duì)抗PID性能的影響

周雪梅 陳劍

摘????? 要： 光伏組件的抗PID性能影響組件的發(fā)電效率和使用壽命，被光伏行業(yè)廣泛關(guān)注。EVA膠膜是光伏組件的主要封裝材料之一，其具有優(yōu)異的性價(jià)比，但隨著光伏行業(yè)技術(shù)革新，對(duì)封裝材料抗PID要求越來(lái)越高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)將2種不同配方改性的EVA膠膜與普通EVA膠膜進(jìn)行了性能比對(duì)，研究發(fā)現(xiàn)添加了高阻助劑的改性EVA膠膜B和添加了離子捕捉劑的改性EVA膠膜C具有良好的抗PID性能，其中膠膜C抗PID的穩(wěn)定性更好。

關(guān)? 鍵? 詞：光伏組件；EVA膠膜；改性；高阻助劑；離子捕捉劑；抗PID性能

中圖分類號(hào)：TQ050.425?????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A???? 文章編號(hào)： 1004-0935（2024）06-0919-04

太陽(yáng)能發(fā)電是一種可持續(xù)發(fā)展的清潔低碳、環(huán)保高效的綠色能源，也是近年來(lái)全球電力行業(yè)主要投資方向。2022年太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量約390 GW，同比增長(zhǎng)28.1%，新增裝機(jī)量在全球排首位，我國(guó)對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)越發(fā)重視，光伏累計(jì)裝機(jī)量將繼續(xù)上升。從廣袤戈壁高原上的大型集中式光伏電站，到如今海上光伏、漁光互補(bǔ)、農(nóng)光互補(bǔ)、屋頂光伏等分布式光伏發(fā)電站越來(lái)越多，光伏發(fā)電已聯(lián)合各行業(yè)走入我們?nèi)粘Ｉ?，是未?lái)實(shí)現(xiàn)碳中和的重要能源之一。光伏組件的封裝材料位于電池片和玻璃、電池片和背板之間，是用來(lái)封裝和保護(hù)光伏電池的重要材料。其對(duì)提升和保障光伏組件的質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用，特別是對(duì)光伏組件的發(fā)電效率、功率穩(wěn)定性、可靠性等方面有重要影響。隨著光伏技術(shù)的快速升級(jí)，目前封裝材料已有EVA膠膜、POE膠膜、復(fù)合PE膠膜和EPE膠膜。其中EVA膠膜封裝成本最低，其是目前應(yīng)用最廣泛的封裝材料，約占封裝材料市場(chǎng)的80%[1]。但其抗PID效果不及POE膠膜。光伏組件的PID效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致組件的發(fā)電效率降低，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致一些災(zāi)難性故障，因此增強(qiáng)EVA膠膜封裝組件的抗PID性能一直是行業(yè)研究的熱點(diǎn)。

電勢(shì)誘導(dǎo)衰減（PID）最早于2005年由美國(guó)Sunpower公司發(fā)現(xiàn)并提出[2]。PID是指光伏組件在電勢(shì)差的作用下使邊框、玻璃與太陽(yáng)電池之間存在漏電流，導(dǎo)致光伏組件實(shí)際輸出功率低于其標(biāo)稱功率[3-4]。PID效應(yīng)已被證明在雙面光伏組件和系統(tǒng)中會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的功率衰減和快速斷電問(wèn)題[5]。光伏行業(yè)已從組件、模組和系統(tǒng)3個(gè)層面來(lái)提高組件的抗PID性能。提升封裝膠膜內(nèi)帶電粒子阻隔能力成為優(yōu)化光伏組件抗PID性能的選擇[6]，如提高膠膜的體積電阻率有利于降低PID效應(yīng)。本文主要是通過(guò)分析普通EVA膠膜A、添加了高阻助劑的改性EVA膠膜B和添加離子捕捉劑的改性EVA膠膜C，對(duì)其進(jìn)行常規(guī)性能和抗PID性能測(cè)試，對(duì)用EVA膠膜封裝的光伏組件優(yōu)化抗PID性能提供技術(shù)支持。

1?? 實(shí)驗(yàn)部分

1.1? 實(shí)驗(yàn)材料

臺(tái)塑光伏EVA粒子，型號(hào)7760S； 交聯(lián)劑過(guò)氧化-2-乙基己酯碳酸叔丁酯（TBEC），工業(yè)級(jí)，阿科瑪有限公司；助交聯(lián)劑三烯丙基異氰尿酸酯 （TAIC），工業(yè)級(jí)，湖南民和化工有限公司；乙烯基三甲氧基硅烷偶（570），工業(yè)級(jí)，信越有限公司；抗氧劑1010、紫外光穩(wěn)定劑770、紫外光吸收劑81，工業(yè)級(jí)，巴斯夫有限公司；TPT背板，蘇州中來(lái)光伏新材股份有限公司；鋼化玻璃，厚度3.2 mm，信義光能控股有限公司；高阻助劑，帝斯曼有限公司；離子捕捉劑，納米材料科技有限公司；單晶硅電池片，杭州正泰新能源有限公司。

1.2? 實(shí)驗(yàn)儀器

小型擠出機(jī)和流延機(jī)，舟山精科擠出機(jī)廠；立式混色機(jī)，金恒力有限公司；TDCT-BY-5 層壓機(jī)，秦皇島市奧瑞特科技有限公司；XD-121 電腦拉力機(jī)，信任達(dá)（上海）有限公司；UV3600紫外分光光度計(jì)，島津國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司；體積電阻率測(cè)試儀，型號(hào)DSM8104，日置有限公司；UVTEST紫外濕熱老化箱，ATLS； 恒溫恒濕試驗(yàn)箱，上海愛(ài)斯佩克環(huán)境設(shè)備有限公司；抗PID電源，上海質(zhì)衛(wèi)環(huán)?？萍加邢薰荆籄VY-220電子天平，島津國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司；單次閃光太陽(yáng)能模擬器，上海赫爽太陽(yáng)能科技有限公司；太陽(yáng)能電池組件電致發(fā)光檢測(cè)儀，型號(hào)EL-M，ASICCN。

1.3? 樣品制備

在普通EVA膠膜A的配方基礎(chǔ)上添加高阻助劑制成EVA膠膜B；在普通EVA膠膜A的配方基礎(chǔ)上添加離子捕捉劑制成EVA膠膜C。

1.4? 測(cè)試方法

在140℃、20 min條件下層壓制樣，按照《光伏組件封裝用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）膠膜》 （GB/T29848—2018）[7]標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)試EVA膠膜的交聯(lián)度、透光率、剝離強(qiáng)度、體積電阻率、紫外和濕熱黃變指數(shù)。

電勢(shì)誘導(dǎo)衰減抗PID性能按照IEC TS 62804- 1-1-2020[8]中的方法進(jìn)行測(cè)試：在140 ℃、20 min層壓條件下，將A、B、C膠膜分別用于封裝相同型號(hào)的單晶硅電池片，制成同樣型號(hào)的組件，在實(shí)驗(yàn)條件為溫度85 ℃，相對(duì)濕度85%，-1 000 V的電壓下進(jìn)行96 h的抗PID測(cè)試，再繼續(xù)進(jìn)行300 h的抗PID性能測(cè)試。

2? 結(jié)果與討論

2.1? 不同EVA膠膜的交聯(lián)度

EVA膠膜的交聯(lián)度是EVA膠膜加熱時(shí)線狀分子交聯(lián)成網(wǎng)狀分子的質(zhì)量比例。交聯(lián)度的高低對(duì)膠膜的黏結(jié)強(qiáng)度和抗老化性能均有影響，國(guó)標(biāo)規(guī)定EVA膠膜交聯(lián)度不低于75%，行業(yè)內(nèi)要求交聯(lián)度一般不要高于90%。不同EVA膠膜的交聯(lián)度見(jiàn)圖1。

由圖1可以看出，3種型號(hào)的EVA膠膜交聯(lián)度均大于80%。其中A和C的交聯(lián)度差異不大，B膠膜的交聯(lián)度最大。這是由于B膠膜添加了高阻助劑，高阻助劑屬于活性添加劑，有利于增加EVA膠膜的交聯(lián)密度，從而提高EVA膠膜交聯(lián)度。C添加了離子捕捉劑，屬于無(wú)機(jī)化合物，其對(duì)交聯(lián)度影響不大，故A和C的交聯(lián)度接近。

2.2? 不同EVA膠膜的透光率

EVA膠膜的透光率影響到組件的發(fā)電效率，故在對(duì)EVA膠膜進(jìn)行改性時(shí)，要特別關(guān)注對(duì)膠膜透光率的影響。不同EVA膠膜的透光率見(jiàn)圖2。

由圖2可知，3種EVA膠膜的透光率均大于91%。其中A和B透光率接近92%，C膠膜的透光率最低。透光率主要由樹(shù)脂的基本性能決定，添加的助劑純度和種類對(duì)透光率有一定影響。高阻助劑是一種無(wú)色的有機(jī)活性液體助劑，對(duì)EVA膠膜的透光率沒(méi)有影響，但離子捕捉劑是無(wú)機(jī)金屬陽(yáng)離子混合物，其含的無(wú)機(jī)物會(huì)降低膠膜的透光率。由于選用的是粒徑很小的離子捕捉劑，且采用造粒的方式添加，分散更均勻，其次添加量合適，對(duì)透光率影響較小，膠膜的透光率仍大于91%，不影響組件的發(fā)電效率。

2.3? 不同EVA膠膜的體積電阻率

EVA膠膜的體積電阻率是EVA膠膜的重要電學(xué)性能，體積電阻率越大，絕緣性能越好。據(jù)研究EVA膠膜原材料EVA粒子的VA含量越低，添加助劑的純度越高，EVA膠膜體積電阻率越高。不同EVA膠膜的體積電阻率如圖3所示。

由圖3可知，3種EVA膠膜中膠膜B的體積電阻率最高，A的體積電阻率最小。原因是B添加的高阻助劑，其結(jié)構(gòu)可以抑制EVA水解，從而保證EVA膠膜層壓后交聯(lián)度更高，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更致密，絕緣性能增強(qiáng)，所以其體積電阻率提升最明顯。由?? 圖3可知，B的體積電阻率是A的4倍多。C添加的離子捕捉劑，其主要成分是無(wú)機(jī)金屬陽(yáng)離子，其通過(guò)離子交換、吸附，大量減少了Na+的遷移，提高了EVA膠膜的絕緣性能，但考慮到其透光率，添加量不宜過(guò)多，故C的體積電阻率是A的2倍多。這說(shuō)明改性對(duì)EVA膠膜的體積電阻率影響較大。

圖3 不同EVA膠膜的體積電阻率

2.4? 不同EVA膠膜老化性能差異

黃色指數(shù)是用來(lái)表征材料偏離白色程度大小的參數(shù)，是衡量材料老化程度的重要參數(shù)。不同EVA膠膜的耐老化性能如圖4所示。

由圖4可以看出，3種EVA膠膜的黃變指數(shù)均小于3，但改性后的膠膜B和C老化性能明顯優(yōu)異于膠膜A，且膠膜C的老化性能最好。這是因?yàn)槟z膜B的交聯(lián)度高，致密性和絕緣性能較好，故耐紫外和濕熱老化性能較膠膜A好。膠膜C中加入了離子捕捉劑，離子捕捉劑能在不損害光學(xué)和電氣絕緣性能下提高EVA膠膜封裝的導(dǎo)熱性和對(duì)基材的附著力，防止氣體和水汽進(jìn)入，提供防腐蝕保護(hù)[9]，而膠膜B由于高阻助劑的加入，與EVA反應(yīng)形成的穩(wěn)定自由基較多，交聯(lián)效率大大提高，但是形成長(zhǎng)鏈少，所以在長(zhǎng)期老化過(guò)程中膠膜C的黃變指數(shù)小于膠膜B，具有更優(yōu)異的耐紫外和濕熱耐老化? 性能。

2.5? 不同EVA膠膜抗PID性能

EVA國(guó)標(biāo)里沒(méi)有抗電勢(shì)誘導(dǎo)衰減PID性能。其屬于組件的一個(gè)重要性能，在組件IEC標(biāo)準(zhǔn)里有詳細(xì)測(cè)試要求。可見(jiàn)抗PID性能反饋了組件質(zhì)量好壞，也是組件使用壽命的重要衡量指標(biāo)。

96 h抗PID測(cè)試結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，膠膜A的PID衰減接近10%，EL圖像很多黑片；改性后膠膜B和C抗PID性能均小于2%，且膠膜B的抗PID性能略好于C。EL圖像未見(jiàn)黑片，符合組件的IEC標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)抗PID實(shí)驗(yàn)持續(xù)到300 h，膠膜B和C的抗PID性能均未超過(guò)3%，EL圖像均無(wú)黑片，且膠膜C的PID衰減變化最小。這是由于膠膜B中加入了高阻助劑，其有較高的EVA交聯(lián)水平，網(wǎng)狀致密性更強(qiáng)可抑制PID效應(yīng)[10]；且較高的體積電阻率可減少玻璃到電池Na+的遷移，功率衰減減少[11]。而膠膜C中加入了離子捕捉劑，其通過(guò)離子交換等方式捕捉膠膜中的堿金屬離子以及堿土金屬離子等，而活化的離子交換樹(shù)脂可與外界環(huán)境中的金屬離子發(fā)生離子交換，起到吸附、固定金屬離子的作用，有效吸附膠膜中游離金屬離子，減少玻璃層金屬離子的遷移，提高封裝膠膜抗PID性能[12]。故膠膜B和C均有良好的抗PID性能。由于膠膜C有更優(yōu)異的耐老化性能，故膠膜C抗PID的穩(wěn)定性更好。

3? 結(jié) 論

1）采用高阻助劑和離子捕捉劑改性后的EVA膠膜B和C均有良好的抗PID性能。

2）添加了高阻助劑的膠膜B，有較高的交聯(lián)度和體積電阻率。

3）添加了離子捕捉劑的膠膜C，其長(zhǎng)期耐老化性能和抗PID性能更優(yōu)，可見(jiàn)耐老化性能和抗PID性能有相關(guān)性。

4）EVA膠膜的改性可以通過(guò)提高交聯(lián)密度、體積電阻率、抗老化性能以及降低膠膜內(nèi)部離子的遷移方面增強(qiáng)其抗PID性能。

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Effect of EVA Film Modification on Anti-PID Performance

ZHOU Xuemei， CHEN Jian

（Zhejiang Lichang Technology Co.， Ltd.， Wenzhou Zhejiang 325016， China）

Abstract：? The anti-PID performance of PV module affects the generation efficiency and service life of the module， which is widely concerned by the PV industry. Eva film is one of the main packaging materials of PV module， it has excellent cost-performance ratio， but with the technical innovation of PV industry， the demand of anti-PID packaging materials is higher and higher. The performance of EVA film modified by two different formulations was compared with that of ordinary EVA film， it was found that modified EVA film B with high resistive agent and modified EVA film C with ion catcher had good anti-PID performance， and the anti-PID stability of film C was better.

Key words： PV module; EVA film; modification; Ion trap agent; High resistance agent; Anti-PID performance