背板材料对光伏组件使用寿命的分析

背板材料对光伏组件使用寿命的分析

林景

常州铨立检测技术服务有限公司 江苏省常州市 213000

摘要：从目前市场的实际情况来看，当前市面给光伏组件进行保护的材料较多的包含了TPT、TPE、KPK、KPE、PPE、CPC等背板，这些背板材料对于光伏组件的使用寿命都会有不同程度的影响。本文就主要围绕背板材料对光伏组件使用寿命进行分析，研究各种背板材料对于光伏组件寿命影响，供参考。

关键词：背板材料、光伏组件、使用寿命

引言：早在2013年，我国工信部门就在光伏制造相关要求中明确表示，光伏组件的使用寿命不能少于二十五年，这足以意味着全部的光伏组件基础寿命都要在二十五年以上。光伏组件的外部会接触到背板、硅胶、钢化玻璃等材料，在这些材料中，钢化玻璃至少都有一百年的历史，但其他材料并没有明确的使用周期说明。除了钢化玻璃以外，和空气接触最多的就是背板材料，背板材料必须要拥有较强的性能和安全性，才能提高光伏组件的使用寿命。目前，市场上用于光伏组件背板保护的材料主要有TPT、TPE、KPK、KPE、PPE、CPC等，本文就对这几种材料对于光伏组件使用寿命的影响进行分析。

1. 背板基本结构

在目前所有的背板材料中，TPT是唯一款拥有二十五年应用体验的背板材料，该背板主要分为五个层次，Tedlar氟膜的主要作用是预防紫外线和刮伤等。在Tedlar氟膜和PET之间又使用了胶水来实现连接，Tedlar氟膜和PET的连接寿命如何有一大部分作用都取决于胶水。如果胶水在后续运用过程中失去了效果，那么Tedlar氟膜和PET就会分开，而Tedlar氟膜也就暴露在空气里面，没有办法对PET加以保护，在没有得到氟膜保护的情况下，PET的使用寿命通常保持在十年至十五年之间^[1]；

TPE属于新一代的背板产品，也是杜邦公司主要推广的一款产品。TPE背叛材料当中也有Tedlar氟膜，然而，对于一些已经使用了二十多年的光伏组件来说，Tedlar氟膜的厚度一般在三十微米，TPE的Tedlar氟膜厚度为二十五微米，这是存在一定差异的；

KPK属于复合含氟背板类型。在该背板材料中，氟膜主要是使用的聚偏氟乙烯，其中还包含了两个氟碳键分子，在拥有了氟碳键分子后，可以有效地对抗紫外线和高低温情况。聚偏氟乙烯是很难形成膜状的，如果要想成膜就还必须加入百分之三十至百分之五十的聚丙烯类材料，即亚克立材料^[2]。但是，这种材料在添加之后会导致聚偏氟乙烯的性能有所下降，也不能很好的抵抗紫外线和高低温；

KPE背板材料是KPK的廉价产品。在设计时也将原本两层的聚偏氟乙烯膜设置为了一层，来达到降低成本的目的，在此基础上使用聚乙烯来代替里层的聚偏氟乙烯。但是，这种产品除了不能很好的抵抗紫外线之外，如果连接层发生了融化情况，会直接损害绝缘性，这种背板材料在最新的相关标准中已经被移除了；

PPE背板材料可以作为外层保护。在这种材料中加入了二氧化钛，可以确保材料拥有较好的抗紫外线能力，但是，在耐热性和耐水解性能方面并不是很高；

CPC背板材料是我国发明的材料，这种背板材料属于涂氟型，主要是使用的聚四氟乙烯共聚物，但是，因为碳氟键有着比较强的束缚力，就使得这种材料的表面势能比较差。而聚四氟乙烯又不具备较强的黏合力，所以，就将其进行了改良，使用聚四氟乙烯共聚物来进行设置。在CPC背板材料中，聚四氟乙烯共聚物主要占据了总材料的三分之一或二分之一，每个厂家的配方不同，所占据的比例也不同^[3]。由于物质的分子性能比较差，所以将其作为保护材料。

2. 背板材料使用寿命测试方法

当前市场也意识到了背板材料对于光伏组件使用寿命的影响，因此，研究出了多种使用寿命测试方法，这些方法比较多也比较杂，但所有的方法都是建立在绝缘性、抗老化性和阻水性比较强基础上的。不一样的厂家和结构所使用的方法也不同，但是，在背板材料使用时，时常会出现鼓包、变黄、气泡划伤等情况，这就会直接降低光伏组件的寿命。目前这个阶段，相关厂家和检测机构等也对背板材料进行了测试，其中主要包含了紫外老化测试、击穿电压测试、抗张强度测试、水汽透过率测试、盐雾测试、序列测试、两千小时恒温恒湿测试等。虽然测试的方法内容比较多，然而并没有任何一个检测机构可以保证，只要通过这些测试就可以确保背板材料的使用寿命在二十五年以上^[4]。在进行常规测试中，并不能确保背板材料的准确寿命，比如，PCT测试和HAST测试本来也只是对背板材料的耐候性进行检测，看其检测结果是否准确；而RTI指数测试所花费的时间成本非常多，背板材料需要在特定的环境下待5000小时以上，但该项检测的目的只是为了检测背板材料的力学老化和电力老化情况，不可以对复合材料进行检测；而高温紫外老化测试虽然是一种新型测试，但并没有任何的理论依据和经验。

3. 背板材料价格对于光伏组件使用寿命的影响

我国早在2011年的时候光伏组件价格就有所削弱，厂家利润也开始逐渐减少，在这种情况下，厂家为了可以实现生存、获得利益，在制造时就从原材料和生产过程等方面对成本进行控制。但原材料是成本压缩的重中之重，在压低价格购买原材料时，材料的质量也会有所变化，最终所生产出来的背板材价格也各不相同，基本保持在每平米二十元至六十元之间，相差比较大^[5]。并且，厂家在压低价格的同时也没有明确各类背板材料适合在什么样的环境中应用，有哪些优势、劣势。甚至有一些厂家并没有考虑到环境和性能上的匹配度，把一些性能比较差的背板材料用于抗高温和抗紫外线运用中，这就导致背板材料直接削弱了光伏组件的使用寿命。关于背板材料在光伏组件中的使用寿命和环境问题，我国也出台了相关的标准规范，在2014年，我国就提出了关于背板的相关国家标准，在标准中也明确说明了怎样的结构比较适合什么样的背板，以及各种背板的适用环境和寿命。当前，Arkema公司也提出了有关的报告，在报告中说明了通过二十五年UV总辐射量把中国分成了三个大区域。其中，UV总辐射量超过每平米300千瓦时的地区为一个区域，总辐射量低于每平米300千瓦时和200千瓦时的一个区域，总辐射量每平米不超过100千瓦时的又分为一个区域。根据不同的区域，对光伏组件背板材料选择可以确保不同的背板材料在适合的环境中使用，将寿命为保持在二十五年及以上^[6]。然而即便如此，也在一定程度上制约了背板材料和光伏组件的运用范围，这可能会对厂家造成一定的影响，在市场上的争议依旧比较大，所以，国家所出台的这些标准并没有得到高效的落实。

结束语：综上所述，目前，市场上比较多的背板材料有TPT、TPE、KPK、KPE、PPE、CPC等，这些材料的适用范围和环境各不相同，在价格、测试方法等方面都会对光伏组件使用寿命造成影响。

参考文献：

[1]张付特,孙海龙,唐邓.透明背板在双面光伏组件的应用研究[J].信息技术与标准化,2020(09):78-82+88.

[2]晏鑫鹏,杨帆,邓路生,王策,李孟蕾.光伏组件背板耐磨性能浅析[J].中国标准化,2018(S1):59-63.

[3], 光伏组件长期可靠性及发电能力分析研究. 青海省,青海黄河上游水电开发有限责任公司光伏产业技术分公司,2018-12-14.

[4]魏超,唐梓彭,冯一铭.光伏组件背板性能检测技术及应用分析[J].发电与空调,2017,38(03):33-36.

[5]朱宏静. 单晶硅电池转换效率及光伏组件PID效应的分析[D].内蒙古大学,2017.

[6]康安军,张林森.背板材料对光伏组件使用寿命的探讨[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2014(10):320-321.