背板作为保【bǎo】护光伏组件的最【zuì】外【wài】部材料，尤其容易受到环【huán】境气候应力的影【yǐng】响。
背板材料的粘接【jiē】性【xìng】能、抗紫外【wài】能力和机械强度都是【shì】影响其可靠性的关键因素，甚【shèn】至影响【xiǎng】整个【gè】组件的【de】功率输出和【hé】使用寿【shòu】命。
近年来【lái】，杜邦公司对在北美、欧洲【zhōu】、亚太地区约200个电站进【jìn】行了现场调研，涵盖了【le】来自45个组件【jiàn】厂、不同气候【hòu】类型、运行时间在0到30年【nián】、总【zǒng】功率超过【guò】450MW的组件。调研【yán】数据【jù】显示，有22%的【de】组件存在明显的老化【huà】和可视失效。其【qí】中电【diàn】池的失效率【lǜ】最高，为11.3%，背板的失效率【lǜ】其次，为7.4%。如图【tú】1所示。
背板虽然只【zhī】占组件【jiàn】和【hé】电站总成本很小一部分，但起【qǐ】着保护组【zǔ】件工作25年【nián】的【de】重要作用，所以对于背板材【cái】料【liào】的选择就显得尤为重要。目前，市【shì】面上绝大部分背【bèi】板为多层复合结构，并【bìng】采用PET聚【jù】酯为中间【jiān】层，起到绝缘和机械【xiè】支撑的作用。而在背板外层【céng】(空气面【miàn】)和内层【céng】(EVA面【miàn】)的材料选择上，则显得鱼龙混杂【zá】，对背板材【cái】料的质量与长期可靠性带【dài】来了【le】很【hěn】大隐患。上述【shù】统【tǒng】计中背板高居第【dì】二【èr】的失效率即体现了行业现状【zhuàng】。本【běn】文拟针对背板内外层【céng】材料的性能要求和不【bú】同材料体【tǐ】系的优缺点【diǎn】进行探【tàn】讨和分【fèn】析，以【yǐ】期拨乱反【fǎn】正，解答【dá】迷思。
光伏背板外层(空气面)材料的选择
从性能要求【qiú】上，光【guāng】伏背板外层【céng】主要起到耐【nài】候(紫外、温【wēn】湿度、冷热应力、化学品腐蚀、风沙磨损等)、提供机械支撑和方【fāng】便粘【zhān】接接【jiē】线【xiàn】盒与边框的作用。因此，背【bèi】板【bǎn】外【wài】层材料需要具备优【yōu】异的耐候性【xìng】、良好的机械【xiè】强度【dù】与韧性、以及可【kě】粘接【jiē】性等特点。
由【yóu】于耐候性和【hé】长期可靠【kào】性要求高，氟塑料在背板【bǎn】外层【céng】中的应用占据主导【dǎo】地位。其中，主要【yào】分为聚氟乙烯(PVF)薄【báo】膜、聚【jù】偏氟乙烯(PVDF)薄【báo】膜和少量氟碳【tàn】涂料(FEVE)。这【zhè】几类材【cái】料由于材【cái】料特性【xìng】、加工工艺和成分的不同，在性能上亦【yì】有较大差别，不【bú】能一【yī】概论【lùn】之，亦即“此氟非彼【bǐ】氟”。分析【xī】如下：
1. 薄膜成分：Tedlar® PVF纯【chún】氟树【shù】脂【zhī】对比PVDF混合树脂
Tedlar®PVF薄【báo】膜的有机成分【fèn】为100% PVF树【shù】脂，不添加任何其他非氟【fú】树脂【zhī】进行共混，原【yuán】料来源统一，质量管控【kòng】严格。
随着光伏行业的高速【sù】发展，聚偏【piān】氟乙烯(PVDF)薄膜【mó】生产厂家如雨后【hòu】春笋【sǔn】般【bān】不断涌现，各家【jiā】配【pèi】方【fāng】、工艺、厚度不尽相同。但是由于纯PVDF树脂成膜性很差，这些【xiē】PVDF薄膜无【wú】一例外地需要添加质量分数【shù】20%~30%的PMMA(俗【sú】称【chēng】亚克力)树脂辅助其成型。
2. 成型工艺：Tedlar®PVF双向【xiàng】拉伸【shēn】对比PVDF传统流延【yán】和【hé】吹膜
聚氟乙烯薄膜(Tedlar®，PVF)采用双【shuāng】向拉伸制造工艺，所【suǒ】制备的薄膜在横向和【hé】纵向【xiàng】两个【gè】方【fāng】向都经过取向【xiàng】强化，机【jī】械【xiè】性能【néng】均衡没有弱点。由于PVF薄膜加工温度和分解【jiě】温度【dù】接近，要求极高【gāo】的工艺控【kòng】制，并且投资巨大，只有具备很高【gāo】技术能力的大企业才【cái】可以生产，这也保证了Tedlar® 薄膜产品【pǐn】质量的【de】可靠性和一致【zhì】性【xìng】。
聚偏【piān】氟乙烯(PVDF)薄膜主【zhǔ】要【yào】使用吹膜和【hé】传统流延两种成型【xíng】工艺。
3. 薄膜性能：
(1)机械性能：Tedlar® PVF 性能均衡
Tedlar®PVF薄膜纵向(MD)和横向(TD)两个方向机械【xiè】性【xìng】能均很优异，这【zhè】是因为PVF采【cǎi】用双向拉伸成型工【gōng】艺，且配方中不【bú】添加【jiā】其他聚合物树【shù】脂共【gòng】混，有【yǒu】着优【yōu】异的机械【xiè】性能。如图2所示。
(2) 耐磨性能：Tedlar®PVF 耐磨性好
光伏组件，尤其是大【dà】型地面电站，很【hěn】多都建设于气候严苛、风沙较大的地区。所【suǒ】以【yǐ】，背【bèi】板所用的氟膜还【hái】需要有较好的耐风沙磨损性能【néng】。
目前，耐风沙磨损一般采用落砂试验【yàn】，测试标准参照【zhào】ASTM D968，以0.9-21.65mm标准砂为【wéi】例，38微米【mǐ】的PVF薄膜通常需【xū】要250L以上才可以【yǐ】落【luò】穿，而【ér】PVDF薄膜依【yī】厚【hòu】度和工艺不同落砂量大约为100～250L，而FEVE涂覆型背板一【yī】般只有【yǒu】50L左右落砂量。
(3) 耐化学性：Tedlar® PVF耐化学性优
此实验【yàn】依【yī】据ASTM D543 塑料耐化学试剂的标准评价方法【fǎ】进行【háng】测试【shì】，将【jiāng】PVF和PVDF薄膜分【fèn】别浸入丙酮，硫酸(1 mol/L)和饱和氨水中进【jìn】行测试，时长为168小时(一周)。结果表明【míng】，不论是硫【liú】酸【suān】、碱性【xìng】的氨【ān】水还是溶剂丙酮实验【yàn】，PVF均显【xiǎn】示了优异的【de】耐溶剂性【xìng】。
所以从上述薄膜原料组成，成【chéng】型工艺和薄膜【mó】性能等方【fāng】面来看，Tedlar® PVF薄膜【mó】综【zōng】合性【xìng】能均衡，最适【shì】合【hé】光伏背板应用。
光伏背板内层(EVA面)材料的选择
从性能【néng】要求上【shàng】，背【bèi】板内层材料【liào】需要具备良好的粘接性(与【yǔ】EVA)、耐候性和一定的【de】机【jī】械性【xìng】能，以期达到背板【bǎn】与EVA粘接可靠【kào】、阻【zǔ】挡从组件【jiàn】正面照射进【jìn】来的紫外【wài】线并保护中间层PET的作用。
目【mù】前市面上常见的光【guāng】伏背板内层材料包括氟膜类、非【fēi】氟薄【báo】膜【mó】类和氟【fú】碳涂层类三种【zhǒng】。其中【zhōng】氟【fú】膜【mó】类【lèi】内层主要有Tedlar® 聚氟【fú】乙烯(PVF)薄膜【mó】和聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜。非氟【fú】薄膜类内【nèi】层主要包括聚乙烯(PE)、乙烯-醋【cù】酸乙烯酯(EVA)、聚酰胺(PA)和聚烯【xī】烃(PO)等【děng】，这类材料最大的【de】优势是【shì】与【yǔ】EVA粘接性好，户【hù】外【wài】不易脱层【céng】。氟【fú】碳树脂(FEVE)涂层作为背板内层材料，其优点是耐候性和【hé】耐高温性【xìng】能相对E层【céng】较好。
对【duì】于背【bèi】板内层来讲，耐紫外性能也很重【chóng】要。所以选择产品已在户外长【zhǎng】期使用【yòng】的品牌，是【shì】十分必要的。
如果选择【zé】含氟涂层作为背板【bǎn】内层，那么为了有效阻挡紫外【wài】线并【bìng】保护中间层PET免【miǎn】受紫外破【pò】坏，涂层厚度将非常【cháng】关键。
涂层【céng】厚度与紫外线穿透率的关【guān】系符【fú】合Beer定律，如图5数据【jù】所示【shì】，氟碳【tàn】涂层厚度如【rú】果低于10微米【mǐ】，紫外线【xiàn】开始穿透阻【zǔ】隔层到达PET中间层，穿透比率随厚【hòu】度减【jiǎn】薄而指【zhǐ】数级升高。所以即使选用涂覆型背板，涂层的厚度也必须大【dà】于【yú】10微米，才能起【qǐ】到对PET的有效【xiào】保【bǎo】护。力学性能【néng】测【cè】试【shì】数据进一步证【zhèng】明，当【dāng】接受1000-1380小时的紫外照射后，如果内层【céng】厚度【dù】<10微【wēi】米，背板断裂伸长率将显著下降。一些背板厂商为【wéi】了降低成本【běn】，将背【bèi】板内层涂层的厚度减至2微【wēi】米以【yǐ】下(图6)，这会大【dà】大增加【jiā】背【bèi】板中间层PET的紫【zǐ】外老化变脆和背板脱层风【fēng】险。
通过序列老化测试(MAST)对背板材料进行验证
现有的IEC测试标准【zhǔn】还不能很【hěn】好【hǎo】地模拟户【hù】外实际【jì】环境。针对上述【shù】现状，杜邦提出【chū】了一种新的组【zǔ】件测试【shì】方【fāng】法，名为“组件加【jiā】速序列老化测试”(图7)，包括一系列应用在【zài】同一个【gè】组件上的应力测试，可以重现不同【tóng】的背板材料【liào】的户外【wài】失【shī】效模式。每项应【yīng】力的测试时间是通过户【hù】外曝晒程度和对【duì】户外组件的分【fèn】析【xī】结果【guǒ】共同决【jué】定的。
较【jiào】传统测试【shì】方法而言【yán】，使用【yòng】组件加【jiā】速序列老化【huà】测试预测【cè】组件材料的【de】长期性能准确【què】度更高，其结果与现场观察的情况大部分【fèn】一致。
综【zōng】上所述，结合各【gè】类材料的理论分析和户外【wài】实证经验来看【kàn】，不仅需要关注背【bèi】板外层【céng】材料，内层材料的选择也同【tóng】样非常【cháng】关键。外层材料需要具【jù】备优异的耐候性【xìng】(紫外、温湿度、冷热【rè】应【yīng】力、化【huà】学品腐【fǔ】蚀【shí】、风【fēng】沙【shā】磨损等)、机械【xiè】性能(拉伸强【qiáng】度和断【duàn】裂伸长率)和良好的粘接能力，而背板【bǎn】内层材料需要提供可靠【kào】的粘接性能、一【yī】定【dìng】的耐【nài】候性能和机【jī】械性能。
目前【qián】的第【dì】三方测试仅注重【chóng】单一老化应【yīng】力的【de】加严测试，并不能很好的反应户外多老化应力的实际【jì】情【qíng】况，而加速序列老化测【cè】试方法可以很好的【de】模【mó】拟户外失效模式，所以在背【bèi】板【bǎn】材料选择时，需进行【háng】序列老化测【cè】试，使组件可靠性得到【dào】保障【zhàng】，达到【dào】长跑【pǎo】的【de】目的【de】。
来源：索比光伏网
