【《光伏背板概述及影响光伏背板寿命的关键因素研究文献综述》4100字】

PAGEPAGE261光伏背板概述及影响光伏背板寿命的关键因素研究文献综述由于光伏系统所处的地理环境特殊，太阳能电池板组件如EVA胶膜、接线盒等设备和材料免不了受到强光、湿热、干热、飓风和雨水等环境因素的侵蚀。光伏背板作为电池组件背面的光伏封装材料，发挥其隔离和保护的作用，提高了光伏组件的核心部分电池片的可靠性，延长了光伏组件的使用寿命。随着太阳能发电行业的不断发展，既需要光伏背板具有优良的耐老化性、水汽阻隔性、耐强紫外辐射性和绝缘性能等，又需要其具有更高的太阳光反射率，以改善光伏发电效率。光伏背板的核心结构有三层。外层（保护层）：外层材料通常都含有氟，以保证保护层有良好的耐候性和耐环境老化性，保护背板核心材料PET层不受紫外线辐射和风沙、雨水的侵蚀，从而降低PET层的降解和老化速度，保障太阳能电池板的可靠运行。常用的两种含氟的高分子聚合物材料是聚氟乙烯（PVF）和聚偏氟乙烯（PVDF），这两种材料都含有有机化合物的共价键C-F分子键，由于C-F的键能是所有有机化合物中最大的，因此只有阳光中波长不到220nm的光子才能解离这一分子键，而这样的光子不仅容易被臭氧层吸收，而且只占太阳光的5%以下，所以能够到达背板的极少，这样保护层才能发挥其最大的耐候作用，保护光伏组件ADDINCNKISM.Ref.{4B0282CF50294b6c9E4252D9427B2066}[9]。中间层（PET层）：中间层通常采用PET或改性PET材料，主要是用来隔离氧气、水汽，避免因水汽、氧气渗入中间层而使得PET材料加速老化或劣化，导致光伏背板失去该有的保护和隔离作用，中间层还要用来支撑内层含氟层以及电池片。因此PET层应该具有良好的阻水阻气性、稳定的机械性能、优秀的耐环境老化性、能够承受高低温等等ADDINCNKISM.Ref.{5D9892FF13344ee2A162A4E1851B316D}[10]。粘着剂层：通过粘着性强的胶黏剂将改性的内外氟膜层和中间PET层粘合在一起，粘结层需要具有优异的耐候性和耐化学性，对PET和PVF或PVDF等材料具有良好的复合牢度，不因湿度、高温、日照等因素的影响而使得粘结作用减弱，并最终导致氟膜层与PET层分离而失去氟膜层应有的保护效果。当前太阳能电池板的背板都是采用内外层含氟材料配合强力粘着剂来支撑和保护中间层PET材料，根据背板制作工艺中所用氟材料的结构和形式的不同光伏背板可分为复合型背板和涂覆型背板。其中复合型背板在光伏行业中最为常用，它占据了80%以上的市场份额，其中的内外层氟材料是以氟薄膜通过粘着剂粘结在中间层PET上。根据内、外层含氟材料情况的不同，复合型背板可以分为无氟背板、单面氟膜背板和双面氟膜背板，如图1-3所示ADDINCNKISM.Ref.{B1FE0F4E115547f0BB481D6F0B228D47}[11]。涂覆型背板的内外层氟材料是以含氟树脂的形式通过一些处理直接涂抹覆盖在中间层PET上，由于生产商设计思路、所用材料和成型工艺的不同导致所得的背板性能良莠不齐，因此相比于复合型背板，涂覆型背板还未得到广泛应用。图1-3复合型太阳能背板分类Fig.1-3Classificationofcompositesolarbacksheets无氟背板主要是PPE型，通常其外层PET需要通过胶黏剂粘合来进行耐紫外线性和耐候性的加强处理，无氟背板由于材料本身特性上就无法满足市面上销售的晶硅太阳电池模块25年的环境测试与要求，如湿热、干热、紫外等，因此主要应用于耐候性要求相对较低的光伏组件上ADDINCNKISM.Ref.{3CD46790C8E14c6dB8BFFC6A5E809367}[12]。单面氟膜复合背板相比于双面氟膜背板，其成本较低，但是内层没有含氟使得其耐紫外线辐射较差，导致太阳能电池板散热性不好，因此主要适用于紫外线辐射不强烈的区域，主要包括TPE（PVF/PET/聚乙烯PE）型和KPE（PVDF/PET/PE）型。TPE型背板内层膜的主要材料是聚乙烯，代替了PVF，由于单面含氟，其保护性能不如TPT结构，难以经受长期抗紫外老化考验，但成本比TPT结构低；同样KPE型背板保护性能不如KPK型，但成本比KPK结构低ADDINCNKISM.Ref.{F93F828EBF474b139B43DC65AAE83479}[13]。双面氟膜复合背板虽然价格昂贵，但是具有优异的耐环境老化性和耐化学性，可以抵抗强紫外线、高热、高湿、大雾等恶劣环境，广泛应用于戈壁、高原和沙漠等地，主要包括KPK（PVDF/PET/PVDF）型、KPF（PVDF/PET/氟皮膜）型和TPT（PVF/PET/PVF）型ADDINCNKISM.Ref.{DAF7325BBEE54abdB49008ACAE2AE94E}[14]。KPK型背板内外氟膜采用PVDF薄膜，其突出特点是高机械强度、良好的耐紫外线辐射性和稳定的耐化学性，在室温下不会被酸、碱、强氧化剂和卤素腐蚀；KPF型背板一面采用复合工艺将PVDF氟膜通过胶黏剂复合于PET基膜，另一面采用流延制模工艺将混入二氧化钛的含氟树脂紧密均匀涂覆于PET基膜的涂层，该涂层经高温热化后形成与PET基膜有自粘性的含氟薄膜，区别于易脱落的氟涂料涂层，该含氟皮膜达到国外氟膜产品耐紫外、阻水等高性能要求的同时，价格显著降低；太阳能背板的经典复合型结构为TPT型（PVF/PET/PVF），如图1-4所示，这是光伏行业市场上最常见的双面含氟复合型背板，通过粘着性强的胶黏剂将内外层PVF薄膜与中间层PET薄膜胶黏在一起，内外层PVF薄膜不但可以保护PET材料免受紫外线的辐射与侵蚀，延长光伏背板寿命，而且可以保护太阳能电池板免受高低温、湿热、干热、雨水等恶劣环境的影响，保障光伏组件的安全可靠运行ADDINCNKISM.Ref.{DD3B6B4B065B40baA2BF54030006F6BA}[15]。图1-4TPT型太阳能背板Fig.1-4SolarbacksheetofTPT光伏发电组件所处的安装环境就注定它要历经日照高温、风吹雨打、湿热交替，此时背板作为太阳能电池板最主要的保护层，必须有足够的抵抗能力来防御光伏组件免受各种恶劣环境的侵蚀，光伏组件背板常见问题以及影响背板寿命的关键因素有：1.背板黄变。太阳能电池板包含有两层胶黏膜，分别粘结内外层含氟薄膜和中间层PET薄膜。通常这两层胶黏膜需要至少有一层来隔离波长为300nm-380nm紫外线。虽然光伏背板对这种短波紫外光有一定程度上的抵御能力，但是一些背板在长期紫外线的辐射下还是会发黄，黄变使得背板层的分子组分遭到破坏，导致背板的综合性能降低，最终影响太阳能电池板的发电效率。针对黄变问题，有三种解决办法：（1）背板的抗黄变能力可以通过添加剂或材料本身来提高；（2）紫外线抑制剂可以添加到包装材料薄膜中；（3）通过提高背板的反射和传热能力，有利于背板自身散热，可以降低背板温度，从而降低背板发黄的概率ADDINCNKISM.Ref.{0D77BC34FA904f97BD237BFC8B6208AB}[16]。2.背板鼓包。主要原因是材料长期保持高温状态发生汽化，这种现象容易出现在有热斑的电池片上和背板上的隐形胶带处，若两个位置恰好重合在一块，背板鼓包的可能性更大，情况也会更加严重。太阳能电池在运行过程中，会将吸收的一部分太阳能转化为热能，且EVA环保薄膜也会将吸收到的部分紫外光转变为热能，这就导致电池模块内部温度升高，从而使得整个光伏组件的输出功率下降ADDINCNKISM.Ref.{D0B89477CB7B404dBAAF0A16295E95C1}[17]。所以为了避免因高温出现背板鼓包和功率输出降低的问题，应将背板材料的导热率列入背板选材的参考值之一。3.背板划伤。由于光伏背板从生产、运输到现场安装等各种步骤，都有可能产生一定程度的划伤。背板划伤按“中间层PET薄膜是否划伤”可以分为三类。（1）背板PVDF薄膜轻微擦伤，没有造成PET薄膜划伤；（2）背板PVDF薄膜划破，没有造成PET薄膜划伤；（3）PVDF薄膜严重划开，PET薄膜划伤。背板划伤意味着其阻水阻气性能大幅下降，PET薄膜有可能在高温高湿的环境下接触水汽和强光照，加速材料水解和劣化。长期使用也会对太阳能电池片的内部电路造成不可逆的影响，光伏组件的寿命和发电性能将会大打折扣ADDINCNKISM.Ref.{34FE806D325E43dfA84DC4C16DDB4911}[18]。4.4.局部放电。目前，随着光伏发电电力设备电压等级的提高和各种有机绝缘材料的广泛应用，高压条件下背板的局部放电问题越来越突出。局部放电会逐渐腐蚀、损坏绝缘材料，使放电区域不断扩大，最终导致整个绝缘体的击穿。因此，研究背板局部放电特性，对进一步揭示绝缘老化机理、延长背板使用寿命和光伏系统的发展就显得十分重要。以上这些问题只是光伏背板所面临的挑战中的一部分，也正是因为太阳能电池组件在实际应用中使用条件极为苛刻，高温、高湿、酸、碱等恶劣环境使得太阳能背板会发生一系列的问题和事故，所以针对太阳能电池的安全性保护就显得也别重要，而针对这其中最核心的保护部件“太阳能电池背板”的研究就显得非常有价值。光伏背板凭借其良好的耐紫外线辐照、耐腐蚀和耐环境老化等性能，保障户外环境下光伏系统能够免受湿热、干热、风沙等对接线盒、电池片等重要组件的机械冲击和化学侵蚀，起到了良好的耐化学腐蚀和绝缘保护作用。光伏背板的质量和使用寿命直接决定了太阳能电池性能和效率，因此光伏组件对背板的厚度、与EVA的粘结强度、结晶性能、热稳定性、抗拉强度、冲击强度、以及绝缘性能等指标有着严苛的技术要求ADDINCNKISM.Ref.{1B3A8D568E2A477d8C4A510B611BFD32}[19]。参考文献[1]任大磊.一种复合型太阳能电池背板的制备工艺研究[D].吉林大学,2018.[2]盖兆军.基于低碳经济的我国电力行业可持续发展研究[D].吉林大学,2015.[3]刘振亚.实现碳达峰、碳中和的根本途径[J].电力设备管理,2021(03):20-23.[4]MartinA.Green.Commercialprogressandchallengesforphotovoltaics[J].NatureEnergy,2016,1(1):28-31.[5]JiaweiZhang,DekunCao,SombelDiaham,etal.Researchonpotentialinduceddegradation(PID)ofpolymericbacksheetinPVmodulesaftersalt-mistexposure[J].SolarEnergy,2019,188.[6]杨文忠,徐冰,黄宏深,等.太阳能电池背板封装材料的发展状况[J].塑料制造,2012(08):77-80.[7]赵江英.晶硅太阳能电池片的再生循环技术研究[D].青海民族大学,2019.[8]范朝阳.高熔体强度PET的流变行为及其超临界CO2挤出发泡的研究[D].华东理工大学,2014.[9]张传吉,戴建民,成三弟,等.太阳能电池背板的现状和发展趋势[J].电力与能源,2012,33(02):177-180.[10]NamsuKim,HyunwooKang,Kyung-JunHwang,etal.StudyonthedegradationofdifferenttypesofbacksheetsusedinPVmoduleunderacceleratedconditions[J].SolarEnergyMaterialsandSolarCells,2014,120.[11]夏文进,唐邓,章博,等.太阳能电池背板用氟材料的应用研究[J].涂料工业,2014,44(12):55-60.[12]杨文忠,徐冰,黄宏深,等.太阳能电池封装背板的发展状况[J].广州化工,2012,40(20):18-20.[13]杨小进,罗鑫,刘东亮.光伏组件封装用背板概述及发展趋势[J].太阳能,2017(11):25-29.[14]范凌云,宋尚军,白耀宗,等.太阳能电池背膜发展现状[J].化工新型材料,2012,40(03):7-8+29.[15]晁晖.中国新能源发展战略研究[D].武汉大学,2015.[16]张力夫,韦永兰,陈贶,等.晶硅太阳能电池背板性能应用研究[J].有色冶金节能,2016,32(02):57-60+22.[17]闫笑炜.光伏含氟背板隐忧[J].能源,2017(05):36-41.[18]韩庆祥,张学建,龚毅钊,等.太阳能背板保护膜用水性氟碳涂层的应用研究[J].涂料技术与文摘,2014,35(10):9-13.[19]孟德发,唐超,郭瑞,等.太阳能电池背板的进展[J].化工新型材料,2014,42(01):7-9+39.[20]冯亚丽.涤纶织物化学镀银及银镀层防护研究[D].上海大学,2014.[21]郑阳.纳米蒙脱土原位共聚改性对苯二甲酸乙二醇酯[D].东华大学,2012.[22]胡峰.成核剂对PET结晶及力学性能影响的研究[D].湘潭大学,2017.[23]张昊宏,张昌鸣,相宏伟.超临界甲醇解聚聚对苯二甲酸丙二醇酯产物的分析[J].高分子材料科学与工程,2006(06):169-172.[24]郭林锋.PP/PET共混体系及其合金纤维的研究[D].东华大学,2007.[25]陈军.纳米成核剂对促进PET结晶作用及PET、PBT的阻燃研究[D].南京工业大学,2005.[26]GeorgeMakrides,Marios