EVA光伏背板老化試驗和黃變測試

光伏背板是光伏組件中重要組成部分，起著保護(hù)、絕緣、阻隔水汽等作用，它的好壞直接決定光伏電池的使用壽命以及轉(zhuǎn)化效率。然而光伏背板作為光伏組件的最外層材料，在實(shí)際使用過程中會受到環(huán)境因素如光、熱、氧、液體介質(zhì)等作用使材料發(fā)生老化，進(jìn)而影響其使用性能。目前業(yè)內(nèi)對光伏組件的使用壽命要求為25年，這就要求光伏背板需提供持續(xù)保障，因此，人們設(shè)計出一些加速老化試驗方法如濕熱加速老化試驗、紫外加速老化試驗和高低溫老化試驗等，在短時間內(nèi)模擬戶外的老化情況，以此考察背板的耐老化性能。

       目前，對背板老化性能的評測主要是通過單一不同的加速老化試驗方法考察背板相應(yīng)的耐老化性能，例如采用濕熱加速老化試驗進(jìn)行2000 h 或3000 h 的老化試驗來模擬背板在戶外抵抗?jié)駸崂匣那闆r。本文主要選用3 款不同廠家、不同型號的背板( A、B、C) ，分別進(jìn)行單一加速老化試驗以及不同組合的序列老化試驗，比較、分析不同老化試驗后背板材料的老化情況。

1 試驗

       1. 1 試驗材料與儀器

       1. 1. 1 試驗材料

       光伏背板: 市場主流的3 款不同廠家不同型號的背板，分別為背板A、背板B 和背板C。

       1. 1. 2 試驗儀器

       紫外老化試驗箱; 恒溫恒濕試驗箱; 高低溫交變箱; 色差儀。

       1. 2 單一加速老化試驗

       1. 2. 1 紫外老化試驗

       將背板A、背板B和背板C放入紫外老化試驗箱中進(jìn)行老化(UV)，照射面為空氣面，試驗條件為: 溫度60℃，累積輻照量為180kWh /m2 ( 其中UVA約為93%，UVB為7%) 。

       1. 2. 2 濕熱老化試驗

       將背板A、背板B 和背板C 放入恒溫恒濕老化箱中進(jìn)行老化( DH) ，試驗條件為: 溫度( 85 ± 2) ℃，濕度( 85±5) %，累積老化時間為3000h。

       1. 2. 3 冷熱循環(huán)老化試驗

       將背板A、背板B和背板C放入高低溫交變箱中進(jìn)行老化( TC) ，試驗條件為在溫度－40～85℃的條件下進(jìn)行高低溫交變試驗，其中要求在-40℃和85℃的溫度下至少保持10min，溫變速率不超過100℃/h，一次循環(huán)周期不超過6h，共進(jìn)行300個循環(huán)周期。

       1. 3 不同序列老化試驗

       設(shè)計了3 組不同序列老化試驗，具體如表1所示。

       將背板A、背板B和背板C分別按上述3組序列老化試驗進(jìn)行老化。

       1. 4 黃色指數(shù)測試

       采用色差儀對老化前后背板空氣面及EVA 粘結(jié)面的黃色指數(shù)進(jìn)行測試，計算老化前后背板材料的黃變。

2 結(jié)果與分析

       高分子材料在使用過程中，會因受到光、熱、氧、水分等環(huán)境因素的作用而老化，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，甚至失去其優(yōu)良的使用價值。在發(fā)生老化的過程中，高分子材料會伴隨顏色發(fā)黃的現(xiàn)象，即黃變。所以黃變不僅影響高分子材料的外觀，而且還是其結(jié)構(gòu)與性能發(fā)生變化的重要信號，所以本文通過測定老化前后背板材料的黃色指數(shù)比較不同老化方式對背板材料老化的影響。

       經(jīng)單一加速老化試驗后背板材料的黃色指數(shù)變化情況如圖1 所示。

圖1 單一加速老化試驗后背板黃變

       從圖1 可以看出，在三種不同單一加速老化試驗中，濕熱老化對背板材料影響相對較大; 根據(jù)背板國標(biāo)GB /T 31034 － 2014，每項單一加速老化試驗項目均嚴(yán)于國標(biāo)要求，且三款不同背板產(chǎn)品經(jīng)不同加嚴(yán)老化測試后，其黃變指數(shù)變化范圍均小于3，符合國標(biāo)要求。

       圖2 為經(jīng)序列老化試驗一、序列老化試驗二、序列老化試驗三后背板外觀的黃變情況。

       圖3 為序列老化試驗一、試驗二和試驗三后背板材料的黃色指數(shù)變化情況。

圖3 序列老化試驗后背板黃變

       從圖2、圖3可以看出，不同廠家的背板經(jīng)不同的序列老化試驗后外觀黃變情況出現(xiàn)明顯差異。A背板雙面及B背板空氣面經(jīng)不同序列老化試驗后背板的外觀良好; B 背板EVA 粘結(jié)面經(jīng)序列老化試驗三后外觀黃變嚴(yán)重; C 背板空氣面經(jīng)序列老化試驗二、試驗三后外觀黃變嚴(yán)重，EVA 粘結(jié)面經(jīng)序列老化試驗一、試驗三后外觀黃變嚴(yán)重。

       通過本次試驗發(fā)現(xiàn)，雖然單一加速老化試驗的試驗強(qiáng)度較大，但三款背板均能通過測試，而在不同的序列老化試驗中，每項老化測試的強(qiáng)度僅為單一加速老化試驗強(qiáng)度的1 /3 或不足1 /3，但疊加后卻使不同的背板材料發(fā)生不同程度的老化黃變，區(qū)分出三款背板耐老化性能的優(yōu)劣。這主要是當(dāng)進(jìn)行單一老化試驗時，如UV 老化，在紫外光照射下，高分子材料中的大分子鏈會產(chǎn)生斷鍵或交聯(lián)而導(dǎo)致材料降解，但高分子結(jié)構(gòu)對紫外光的吸收速度較小，而且多數(shù)背板材料中會添加TiO2作為光屏蔽劑，它能反射或吸收紫外光，阻止紫外光深入聚合物內(nèi)部，從而使聚合物得到保護(hù)，這就使得一些背板材料在紫外光的照射下老化程度較低，耐UV 老化性能較好。但進(jìn)行序列老化試驗時，當(dāng)經(jīng)紫外光輻照后，發(fā)生光降解的部分會產(chǎn)生一定的親水基團(tuán)，在隨后進(jìn)行的濕熱老化試驗中，這些親水基團(tuán)會促進(jìn)材料原有的水降解反應(yīng)，同時溫度的變化會影響高分子鏈的熱運(yùn)動，還會影響高分子材料中添加劑的擴(kuò)散速度，從而影響其老化降解速度。而且每種材料的結(jié)構(gòu)、成分也不盡相同，故對不同的序列老化試驗表現(xiàn)出不同的耐老化能力。

3 結(jié)論

       通過背板單一加速老化試驗及序列老化試驗對比，發(fā)現(xiàn)序列老化試驗的試驗強(qiáng)度雖不高，但對背板老化程度的影響較大，而且不同的序列老化試驗對背板材料的老化產(chǎn)生不同的影響。

       背板在戶外使用，經(jīng)歷的老化過程是多重、復(fù)雜的，單憑單一加速老化試驗無法模擬實(shí)際的老化過程，無法對不同背板的耐老化性能做出準(zhǔn)確判定，因此需建立更加有效的序列老化試驗來評測背板的耐老化性能，篩選出性能優(yōu)異的背板，使背板可提供持續(xù)保障。