背板作为【wéi】保护【hù】光伏组件的最外部材料，尤其容易受到环境【jìng】气候【hòu】应力的影【yǐng】响。
背板【bǎn】材料【liào】的粘接性能【néng】、抗【kàng】紫外能力和机【jī】械强度都是【shì】影响其可靠性的关键因素【sù】，甚至影响整个【gè】组件的【de】功率输出和使用寿【shòu】命。
近年来，杜邦【bāng】公司【sī】对在北美、欧【ōu】洲、亚太【tài】地区约【yuē】200个电站进【jìn】行【háng】了现场【chǎng】调研，涵盖了来自45个组件厂、不同气候类型、运行时间在0到30年、总功率超过【guò】450MW的组件【jiàn】。调研数据【jù】显示，有22%的【de】组【zǔ】件存在明【míng】显的老化和可视失效。其中电池的失效率最高，为【wéi】11.3%，背【bèi】板【bǎn】的失效率其次，为【wéi】7.4%。如【rú】图1所【suǒ】示。
背【bèi】板虽【suī】然只占组件和电【diàn】站总【zǒng】成本很小一【yī】部分，但起着保护组件【jiàn】工作25年【nián】的重要作用，所以对于背【bèi】板材料的选择就【jiù】显得尤为重要。目前，市【shì】面上绝大部【bù】分背板为多【duō】层【céng】复【fù】合结构，并采用PET聚酯为【wéi】中【zhōng】间【jiān】层【céng】，起到【dào】绝缘【yuán】和【hé】机械支撑的作用。而在背板【bǎn】外【wài】层(空气面)和内层(EVA面【miàn】)的材料选择上，则【zé】显得鱼龙混杂，对背板【bǎn】材料的质量与长【zhǎng】期可靠性带来了【le】很大隐【yǐn】患【huàn】。上述统计中背板高居第二的失效率【lǜ】即体现了行业现状。本【běn】文拟针【zhēn】对背板内外层材料的性能要求和不同【tóng】材料体系的【de】优缺点进行探讨和分析，以期【qī】拨乱反正【zhèng】，解答【dá】迷思。
光伏背板外层(空气面)材料的选择
从性能要求上，光伏【fú】背板外层【céng】主要【yào】起到耐候(紫外、温【wēn】湿度、冷【lěng】热应力、化学品腐【fǔ】蚀、风沙磨损【sǔn】等)、提供机械【xiè】支撑【chēng】和方便粘接接线盒与【yǔ】边【biān】框的作用。因此，背板外层【céng】材料需要具【jù】备优异的【de】耐候【hòu】性、良好的机械【xiè】强度与韧【rèn】性、以及可粘接性等特【tè】点【diǎn】。
由于【yú】耐候性和长期可靠性要求高，氟【fú】塑【sù】料在【zài】背板【bǎn】外【wài】层中的【de】应用【yòng】占据主导地位。其中，主要分为聚氟乙烯(PVF)薄膜、聚偏【piān】氟乙烯【xī】(PVDF)薄膜【mó】和少量【liàng】氟碳【tàn】涂料(FEVE)。这几类材【cái】料【liào】由于材料特性、加工工艺和成分的不同，在性能上亦有较【jiào】大差别【bié】，不能一概【gài】论之，亦即“此氟非【fēi】彼【bǐ】氟”。分【fèn】析如下：
1. 薄【báo】膜成分【fèn】：Tedlar® PVF纯【chún】氟【fú】树脂对比PVDF混合树脂
Tedlar®PVF薄膜的有机成分为100% PVF树脂，不添加任【rèn】何【hé】其他非氟树脂进行共混，原料来源【yuán】统【tǒng】一，质量管控严【yán】格。
随【suí】着光【guāng】伏行业【yè】的高速发展，聚偏氟乙烯(PVDF)薄【báo】膜生产厂家【jiā】如雨后春笋【sǔn】般不断涌现，各【gè】家配方、工艺、厚度不尽相同。但是由【yóu】于纯PVDF树脂成膜性很差，这些PVDF薄膜无一例外【wài】地需要添加质量【liàng】分数20%~30%的【de】PMMA(俗【sú】称【chēng】亚【yà】克力)树脂辅助其【qí】成型。
2. 成型工艺【yì】：Tedlar®PVF双【shuāng】向【xiàng】拉伸对比PVDF传【chuán】统流延和吹膜
聚氟【fú】乙烯薄膜【mó】(Tedlar®，PVF)采用双向拉伸制造【zào】工艺，所制备【bèi】的薄膜在【zài】横向【xiàng】和纵【zòng】向两个【gè】方向【xiàng】都经过取向强化，机【jī】械性能均衡【héng】没有弱点。由于PVF薄膜【mó】加工温度和【hé】分解温度【dù】接近，要求极高的工艺控制，并且投资巨大，只【zhī】有具备很高【gāo】技术能【néng】力的大【dà】企业【yè】才可以生产，这也【yě】保证了Tedlar® 薄膜【mó】产品质量的可靠性和【hé】一【yī】致性。
聚偏氟【fú】乙【yǐ】烯(PVDF)薄膜主要使用【yòng】吹膜和传统流【liú】延【yán】两种成型工艺。
3. 薄膜性能：
(1)机械性能：Tedlar® PVF 性能均衡
Tedlar®PVF薄膜【mó】纵向(MD)和横【héng】向(TD)两【liǎng】个【gè】方向机械性能均很【hěn】优异【yì】，这是因为PVF采用双向拉【lā】伸成型【xíng】工【gōng】艺，且配方中不【bú】添【tiān】加【jiā】其他聚合【hé】物树脂共混，有【yǒu】着优异的机械性能。如图2所示。
(2) 耐磨性能：Tedlar®PVF 耐磨性好
光伏组件，尤其【qí】是大型地面电站，很多都【dōu】建设于气【qì】候严苛、风沙较【jiào】大的地区。所以【yǐ】，背【bèi】板所用的【de】氟膜还需要【yào】有较好的耐风沙磨损性能。
目【mù】前，耐风沙磨损一般采用【yòng】落砂【shā】试验，测【cè】试标【biāo】准参照ASTM D968，以0.9-21.65mm标准砂【shā】为例【lì】，38微【wēi】米的PVF薄膜通【tōng】常需要250L以上才【cái】可以落穿，而【ér】PVDF薄膜依厚度和工【gōng】艺不同落砂量大约为100～250L，而FEVE涂覆型背板一般只有50L左右落砂量。
(3) 耐化学性：Tedlar® PVF耐化学性优
此实验【yàn】依据【jù】ASTM D543 塑料耐化学试剂的标准评价方法【fǎ】进行【háng】测试，将PVF和PVDF薄膜分别【bié】浸入丙酮，硫酸(1 mol/L)和【hé】饱【bǎo】和氨水中进行测【cè】试，时长为168小时(一周)。结果表【biǎo】明【míng】，不论是【shì】硫酸、碱性的【de】氨水还是【shì】溶剂【jì】丙酮实验，PVF均显【xiǎn】示了优异的【de】耐溶剂性。
所以从上【shàng】述薄膜【mó】原料组成，成【chéng】型工艺和薄膜性能等方面来【lái】看【kàn】，Tedlar® PVF薄膜综合性能【néng】均衡，最适合【hé】光伏背板应用。
光伏背板内层(EVA面)材料的选择
从性能要求上【shàng】，背【bèi】板内层【céng】材【cái】料需要【yào】具备良好的粘接性(与EVA)、耐候性和一定的机【jī】械性能，以期达到背板与【yǔ】EVA粘接可靠【kào】、阻挡从【cóng】组件正【zhèng】面照【zhào】射进来的紫外线并【bìng】保护中间层PET的作【zuò】用。
目前市面上常见【jiàn】的光伏背板内【nèi】层材【cái】料包括氟【fú】膜类、非氟薄【báo】膜【mó】类和氟碳涂层类【lèi】三种【zhǒng】。其中氟膜类内层主【zhǔ】要有Tedlar® 聚氟乙烯(PVF)薄膜【mó】和聚【jù】偏氟乙烯【xī】(PVDF)薄膜。非氟薄膜类内层主要包括聚乙烯(PE)、乙【yǐ】烯-醋【cù】酸乙烯酯(EVA)、聚【jù】酰胺(PA)和聚烯烃(PO)等【děng】，这类材料【liào】最大的优势【shì】是与EVA粘接性好，户【hù】外不易脱【tuō】层。氟碳树脂(FEVE)涂层作为背板内【nèi】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【hǎo】。
对于背【bèi】板内层【céng】来【lái】讲，耐【nài】紫外性能也很重【chóng】要。所以选择产品【pǐn】已在户外长期使用的品牌【pái】，是十【shí】分必要的。
如果选择【zé】含氟涂【tú】层作为背板内层，那【nà】么为【wéi】了有效阻挡紫外线并保护中间层PET免受【shòu】紫外【wài】破坏，涂层厚度将【jiāng】非常关键。
涂层【céng】厚【hòu】度与紫外线穿透率【lǜ】的关系符合Beer定律，如图5数据所示，氟碳涂【tú】层厚【hòu】度【dù】如果低于10微米，紫外【wài】线开始【shǐ】穿透阻【zǔ】隔层到达PET中【zhōng】间【jiān】层，穿透比率【lǜ】随厚度减薄而【ér】指数级升【shēng】高。所以即使【shǐ】选用涂【tú】覆型背板，涂层的厚度也必须大于【yú】10微【wēi】米，才能起【qǐ】到对PET的有【yǒu】效保【bǎo】护。力学性能测试数据进一步证明，当接受1000-1380小时的紫外照射后，如果内层厚度<10微米，背板【bǎn】断裂伸长率将显著下【xià】降。一些背板【bǎn】厂商为了【le】降低【dī】成本，将背板【bǎn】内层涂层的【de】厚度减至2微米以【yǐ】下【xià】(图6)，这会大大【dà】增加【jiā】背板中间层PET的【de】紫外老化变脆【cuì】和背板脱层【céng】风险。
通过序列老化测试(MAST)对背板材料进行验证
现有的IEC测【cè】试标准【zhǔn】还不能【néng】很好地模拟户【hù】外实【shí】际环境。针对上述现状，杜【dù】邦提出了一种新的【de】组件测【cè】试方法，名为“组件加速序列老化测试”(图7)，包【bāo】括一系列应用在同【tóng】一个组件上的应【yīng】力测试，可以重现不【bú】同的【de】背板材料的【de】户外【wài】失效【xiào】模式。每项应【yīng】力的测【cè】试时间【jiān】是通过户外曝【pù】晒程度和对户【hù】外组【zǔ】件的分析结果共【gòng】同决定的。
较传【chuán】统测【cè】试方法而言，使用组件加速序列老化测试预【yù】测组件材料的长期性【xìng】能【néng】准【zhǔn】确度更高【gāo】，其结果与现场观【guān】察【chá】的情【qíng】况大部【bù】分一致。
综上所【suǒ】述，结合各类材料的【de】理论【lùn】分析和户外实证经验来看，不仅需要关注背【bèi】板外【wài】层材料，内层材料的选【xuǎn】择【zé】也同样非常关键。外【wài】层材【cái】料需要具备优异【yì】的耐候【hòu】性(紫外、温湿度、冷【lěng】热【rè】应力、化学品腐蚀、风沙磨损等)、机械性能(拉伸强度和断【duàn】裂伸【shēn】长率【lǜ】)和【hé】良好【hǎo】的粘接能力，而背板内层材【cái】料需要提供可靠的粘接【jiē】性能、一定的【de】耐【nài】候【hòu】性【xìng】能和机械性能。
目前的【de】第三方测试【shì】仅注重单一老化应力的加严测【cè】试，并不能很好的反应户外多老【lǎo】化应力【lì】的实际【jì】情况，而加【jiā】速序【xù】列【liè】老化测试方【fāng】法可【kě】以很好的模拟户外失效【xiào】模式，所【suǒ】以在背板材料选【xuǎn】择时，需进行序列老化测试，使【shǐ】组【zǔ】件可靠性【xìng】得到保障，达到长跑的【de】目【mù】的。
来源：索比光伏网
