IEC 62788-2-12023 光伏组件用材料的测量程序.第2-1部分聚合材料.前片和底片.安全要求标准立项发展报告

光伏组件用材料的测量程序第2-1部分：聚合材料前片和底片安全要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MeasurementProceduresforMaterialsUsedinPhotovoltaicModules-Part2-1:PolymericMaterials-FrontsheetandBacksheet-SafetyRequirements摘要光伏产业作为全球能源转型的重要支柱，其组件的长期可靠性与安全性直接关系到电站的投资回报和运行安全。前片（Frontsheet）和底片（Backsheet）作为光伏组件的关键封装材料，承担着机械防护、电气绝缘和环境隔离等多重功能，其性能优劣是决定组件25年以上设计寿命能否实现的核心因素之一。然而，长期以来全球范围内针对这两类聚合材料缺乏统一的、可供认证采信的安全评估测量程序，导致各制造商宣称的性能指标缺乏可比性，也为电站业主和第三方检测机构带来了选型与验收的困扰。为回应这一产业痛点，国际电工委员会（IEC）于2023年8月25日正式发布IEC62788-2-1:2023标准，系统地规定了光伏组件用聚合材料前片和底片在安全性能方面的测量程序与技术要求。本报告全面回溯了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其与IEC61215、IEC61730等系列标准的衔接关系，深入解析了其在材料分级、测试条件、样品制备和性能判定等方面的关键创新。报告还重点介绍了主导单位在标准研制中的技术贡献，并从国际标准转化、产业应用推广和后续扩展方向三个维度展望了该标准的未来实施路径。该标准的发布填补了光伏封装材料安全评估领域的国际标准空白，对提升全球光伏组件质量保障水平、促进国际贸易便利化具有重大而深远的意义。关键词：光伏组件；聚合材料；前片；底片；安全要求；测量程序；IEC标准Keywords:PhotovoltaicModules;PolymericMaterials;Frontsheet;Backsheet;SafetyRequirements;MeasurementProcedures;IECStandards1引言1.1研究背景在全球碳中和进程加速推进的宏观背景下，光伏发电已由补充能源转变为主力能源。据国际能源署（IEA）统计，2023年全球光伏新增装机容量超过400GW，累计装机容量已突破1.5TW。中国作为全球最大的光伏制造国和装机市场，其组件产量占全球总产量的80%以上。在产业规模高速扩张的同时，光伏组件的质量与安全问题日益凸显——特别是在湿热、干热、高寒、强紫外线等不同气候区域的长期户外运行条件下，前片和底片的材料退化可能导致电气绝缘失效、机械强度下降乃至起火等严重安全事故。光伏组件通常被设计为25年以上的使用寿命，而作为组件最外层防护结构的前片与底片，长期暴露于紫外线辐射、温度循环、湿度侵蚀和机械应力等综合环境作用下。一旦底片或前片发生开裂、分层、黄变或绝缘性能下降，不仅直接影响发电效率，更可能诱发组件内部电路与外部环境之间的非预期导通，形成电击或火灾隐患。因此，建立一套科学、统一、可重复的前片和底片安全性能测量程序，已成为全球光伏产业健康发展的迫切需求。1.2标准的战略意义IEC62788-2-1:2023的发布具有多重战略意义。首先，它填补了国际标准体系中针对光伏组件封装用聚合材料安全评估的专门空白。此前，虽然IEC61215（光伏组件设计鉴定与定型）和IEC61730（光伏组件安全鉴定）对组件整体性能提出了要求，但并未对前片和底片等关键材料建立独立的测量程序，导致材料供应商和组件制造商之间缺乏统一的测试语言和判定基准。其次，该标准为光伏组件的安全认证提供了更精细化的技术支撑。通过对材料级别的安全性能进行独立考核，可以在组件组装之前有效甄别不符合安全要求的材料批次，从而降低整体认证风险和制造成本。第三，该标准的颁布有利于推动国际贸易中的技术互认，为各国光伏产品的市场准入提供了更为透明和可预期的技术依据。2标准立项背景与编制历程2.1产业需求驱动的立项动因IEC62788-2-1的立项源于光伏产业对材料级测试方法标准化的强烈需求。在IEC62788系列标准框架中，第1部分聚焦于光伏组件封装材料的通用测量方法，而第2部分专门针对聚合材料。前片和底片作为聚合物材料在光伏组件中最主要的应用形式，其安全性能测量涉及电气强度、耐压性能、热稳定性、阻燃特性、机械强度等多个维度。在标准立项之前，业界对前片和底片的安全评估多借用通用塑料测试标准（如IEC60664-1电气绝缘配合、UL94可燃性测试等）或各企业自行制定的内部规范，测试条件差异悬殊、样品制备方法不一、结果可比性差，严重制约了高性能材料的研发验证和国际市场准入。尤其是近年来，随着透明背板、共挤型底片、含氟与非含氟材料体系等新型产品的不断涌现，材料层面的安全评估需求更加多元化。在此背景下，国际电工委员会太阳光伏能源系统技术委员会（IEC/TC82）于2018年前后正式启动该标准的编制工作，由来自中国、德国、美国、日本、韩国等主要光伏产业国家的专家共同参与。2.2标准编制的主要阶段该标准的编制遵循了IEC标准制定的标准流程。在预备工作阶段（PWI阶段），工作组首先梳理了现有IEC61215、IEC61730、IEC60664系列标准中涉及聚合材料安全性能测试的相关条款，明确了新标准需要补充和完善的技术内容。在此基础上，工作组形成了委员会草案（CD），经过多轮征求意见和修改完善，形成了国际标准草案（DIS）。在DIS阶段，各成员国进行了为期三个月的正式投票，工作组根据投票意见对标准文本进行了逐条审议和修订。最终版本经IEC/TC82全体会议审议通过后，于2023年8月25日正式发布。值得一提的是，由于前片和底片的安全性能测试涉及高压电气试验（属于安全相关领域），标准在编制过程中还专门咨询了IEC/TC82内部的安全工作组和IEC/TC108（音视频、信息技术和通信技术领域电子设备的安全）等兄弟委员会的意见，确保标准之间的协调一致性。3标准主要内容解析3.1标准的适用范围与定位IEC62788-2-1:2023明确规定其适用范围为光伏组件中作为前片和底片使用的聚合材料（含多层复合结构）的安全性能测量。该标准不仅适用于传统的含氟聚合物底片（如PVDF、PVF等），也适用于非含氟的PET基材、PA基材、共挤型多层结构以及各类透明前片材料。在标准体系中，IEC62788-2-1的定位是材料级安全测试标准，与IEC62788-1-1（封装材料通用测量方法）、IEC62788-2-2（含氟聚合物薄膜）等标准共同构成了IEC62788系列标准家族。该标准并不替代IEC61215或IEC61730的要求，而是作为材料级别的测试基准，为组件级别的安全鉴定提供输入数据。3.2核心安全性能指标标准重点关注以下几个方面的安全性能测量程序：电气安全性能方面，标准详细规定了前片和底片在原始状态以及经过环境老化后的电气强度（介电强度）和耐电压测试程序。其中电气强度测试参考了IEC60243-1（固体绝缘材料介电强度试验方法）的测试原理，但针对光伏封装材料的薄片特点规定了专门的电极配置和升压速率。对于底片样品，标准的电气强度测试更侧重于其在组件叠层结构中的实际工况。电气强度的测量结果对于判断材料是否能够满足组件系统电压的绝缘要求至关重要——在IEC61730中，组件需要承受系统电压加上一定安全裕度的耐压测试，该测试等效于一个绝缘配合过程，而底片的电气强度正是这一过程的关键边界条件。热安全性能方面，标准规定了材料在高温条件下的尺寸稳定性（热收缩率）、热变形温度以及长期热老化后的性能保持率测试。考虑到光伏组件在户外运行时可能经历极端高温环境（特别是屋顶分布式系统），材料的热安全性能直接关系到组件在热应力下的结构完整性。机械安全性能方面，标准纳入了断裂伸长率、拉伸强度、撕裂强度等力学性能测试，并特别关注这些性能在温度变化和紫外老化后的衰减情况。此外，标准还引入了落镖冲击试验，以评估前片抵御冰雹等外力冲击的能力。燃烧性能与阻燃特性方面，标准明确要求对前片和底片材料进行可燃性分级测试，参考UL94水平燃烧和垂直燃烧的试验方法，但又结合光伏封装材料的厚度和形态特征对样品支架、点火时间和火焰施加方式进行了优化调整。这一测试结果直接关系到光伏组件在电气故障条件下引发火灾的风险等级评估。分层与粘接性能方面，考虑到前片和底片均需与封装材料（一般为EVA或POE）形成可靠的粘接界面，标准规定了材料表面处理后与封装材料之间的剥离强度测试程序，以确保在各种环境应力下不会发生界面脱层而导致安全性能劣化。3.3测试条件与环境老化标准对不同测试项目的环境条件进行了明确规定。标准大气条件下的测试要求在温度23℃±2℃、相对湿度50%±10%的环境中进行，样品需在此条件下进行不少于24小时的状态调节。对于需要模拟实际服役环境的老化测试，标准引用了IEC62788-1-1中规定的紫外老化、湿热老化（85℃/85%RH）、热循环等加速试验方法，并要求在老化处理完成后在规定时间内完成安全性能的测试，以尽可能反映材料在实际使用中的真实状态。3.4样品制备的规范要求标准对测试样品的制备方法给予了特别的关注，这是该标准区别于一般材料测试标准的重要特点之一。针对前片和底片材料多为薄膜或多层复合结构的特点，标准详细规定了取样位置、取样方向（纵向和横向）、样品尺寸允差、边缘处理方式（防止切割边缘产生微裂纹影响测试结果）、表面清洁程序以及样品标识和追溯要求。特别是对多层复合结构材料，标准要求测试时须明确划分测试面方向，确保与实际使用时的光面/非光面方向一致。4标准与相关标准体系的衔接4.1与IEC61215和IEC61730的关系IEC61215-1:2021（光伏组件设计鉴定和定型）和IEC61730-1/-2:2023（光伏组件安全鉴定）是光伏组件进入市场必须满足的两项核心标准。IEC62788-2-1:2023的发布为这两项标准中涉及材料安全评价的条款提供了更具操作性的测试支撑。具体而言，当组件制造商在进行IEC61730-2所要求的热斑试验、湿热试验和热循环试验时，底片和前片材料如果在IEC62788-2-1的测试中被证明具有可靠的安全性能，可为组件认证提供有力的佐证。同时，IEC62788-2-1所规定的安全性能测量结果也为IEC61730-1中的材料分级（如根据阻燃等级、耐热等级、CTI值等）提供了数据输入。4.2在IEC62788标准家族中的定位IEC62788系列标准由TC82下设的工作组主导开发，旨在建立一套完整的光伏组件材料测量方法体系。其中IEC62788-1-1规定了封装材料物理性能的通用测量程序，IEC62788-1-2则聚焦于封装材料的其他性能，IEC62788-2系列针对聚合材料（包括前片、底片、封装胶膜等）。此外，IEC62788-7-2则针对有机材料的老化试验方法进行了规范。IEC62788-2-1:2023作为该系列中首个以安全要求为核心内容的标准，为后续IEC62788-2-2（含氟聚合物薄膜）等分标准的制定提供了方法论框架。5标准主导起草单位介绍5.1单位概况中国电器科学研究院股份有限公司（以下简称“中国电研”）是IEC62788-2-1:2023制定工作的主要参与单位之一。中国电研是国家级电器科学研究和检测认证机构，长期致力于电器产品质量监督、检验检测、认证评价、标准制定及行业服务等工作。在光伏领域，中国电研是国际电工委员会太阳光伏能源系统技术委员会（IEC/TC82）的国内技术对口单位之一，具备深厚的光伏标准研制和检测技术积累。5.2在标准研制中的主要贡献在IEC62788-2-1:2023的编制过程中，中国电研的专家团队承担了多项核心技术工作。首先，在标准框架设计阶段，团队基于对国内外光伏封装材料产业现状的深入调研，系统梳理了前片和底片材料在安全性能评估方面的空白领域，提出了将电气安全、热安全、机械安全和燃烧安全列为标准核心维度的建议框架，这一思路被标准编制组采纳。其次，在核心技术内容的攻关方面，中国电研针对多层复合底片的电气强度测试难题展开了系统性的试验研究。由于多层复合结构中各层材料的介电常数存在差异，在交流电场下各层的电场分布并不均匀，如何确保测试结果的准确性和可比性一直是技术难点。中国电研的团队通过大量对比试验，提出了优化的电极系统和样品制备方案，有效减少了边缘放电效应对测试结果的干扰。该研究成果为标准中电气强度测试条款的确定提供了坚实的数据支撑。此外，中国电研还积极参与了标准中样品制备方法、状态调节条件和试验结果判定准则等关键条款的审议与验证工作，并组织国内光伏材料制造商开展了多轮实验室间比对试验，验证了标准测试方法的精密度和重现性。团队编制的多项技术提案获得国际专家的认可。技术团队还牵头组织了IEC62788-2-1在中国的标准宣贯培训工作，帮助国内产业链上下游企业理解标准技术要求，为标准的实施落地奠定了良好的产业基础。6结论与展望IEC62788-2-1:2023《光伏组件用材料的测量程序第2-1部分：聚合材料前片和底片安全要求》作为国际电工委员会正式发布的光伏封装材料安全评估标准，填补了光伏组件用聚合材料安全性能测量程序领域的国际标准空白。该标准的发布和实施具有以下几个方面的深远意义。首先，从技术层面看，该标准建立了一套完整、科学、可重复的前片和底片安全性能测量体系，涵盖了电气安全、热安全、机械安全和燃烧安全四个核心维度，并通过严格的环境老化和样品制备程序确保测试结果能够真实反映材料在实际服役环境中的安全性能表现。标准中对于多层复合结构材料测试方法的优化，体现了当前光伏封装材料技术发展的最新成果和前沿水平。其次，从产业层面看，该标准为光伏组件制造商、材料供应商、检测认证机构和电站业主提供了统一的技术语言和评判依据，有助于从源头上把控光伏组件的安全质量。随着该标准在全球范围内的推广应用，预计光伏组件安全认证的效率和可靠性将得到显著提升，不同企业、不同国家之间的测试结果互认也将更加顺畅。第三，从标准化工作层面看，IEC62788-2-1的发布进一步丰富了IEC62788标准家族的内涵，为后续其他材料类安全标准的编制提供了可借鉴的方法论框架。特别是标准中体现的“材料级安全评估与组件级安全鉴定相互支撑”的理念，正逐渐成为光伏标准化工作的重要共识。参考文献[1]IEC62788-2-1:2023,Measurementproceduresformaterialsusedinphotovoltaicmodules-Part2-1:Polymericmaterials-Frontsheetandbacksheet-Safetyrequirements.Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,2023.[2]IEC61215-1:2021,Terrestrialphotovoltaic(PV)modules-Designqualificationandtypeapproval-Part1:Testrequirements.Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,2021.[3]IEC61730-1:2023,Photovoltaic(PV)modulesafetyqualification-Part1:Requirementsforconstruction.Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,2023.[4]IEC62788-1-1:2016,Measurementproceduresformaterialsusedinphotovoltaicmod