光伏组件背板户外失效分析与应用.pdf

材料是关键材料是关键™ 光伏组件背板户外失效分析与应用光伏组件背板户外失效分析与应用 杜邦光伏解决方案 2014年9月4日 Copyright © DuPont 2014. All rights reserved. 组件材料需要长期耐受各类环境应力组件材料需要长期耐受各类环境应力 紫外线 高温 玻璃 接线盒 内部电场 EVA封装胶膜 电池片 EVA封装胶膜 背板 紫外线 湿气 大气污染物 物理磨损 冷热应力 机械载荷 •背板为组件提供外层绝缘保护，同时阻隔水汽对组件内部材料的腐蚀背板为组件提供外层绝缘保护，同时阻隔水汽对组件内部材料的腐蚀 •背板直接暴露在空气中，需要长期耐受紫外线背板直接暴露在空气中，需要长期耐受紫外线/ /高温高温/ /冷热应力冷热应力/ /机械磨损机械磨损 Copyright © DuPont 2014. All rights reserved. 2 气气候环候环境和应用对组件材料性能的要境和应用对组件材料性能的要求求 中国地缘辽阔，气候和环境差异明显，安装在不同地区的光伏系统受气中国地缘辽阔，气候和环境差异明显，安装在不同地区的光伏系统受气 候和环境影响各不相同。

候和环境影响各不相同 组件材料的选用，须考虑不同地区沙尘、湿度、光照、温度和盐雾等环组件材料的选用，须考虑不同地区沙尘、湿度、光照、温度和盐雾等环 境影响 紫外老化紫外老化 在中国西部沙漠、荒漠和高原地区，组件实际安装25年内累计的紫外照射 量远高于认证测试采用的剂量加强组件背板紫外老化测试，对光伏电站 达到25年使用年限至关重要 风沙磨损风沙磨损 在中国西部和华北（如青海、甘肃、宁夏、新疆等）部分地区，由于强烈 的风沙，应在标准中考虑背板耐磨性能 湿热盐雾腐蚀湿热盐雾腐蚀 在东部沿海地区，要考虑背板材料的耐湿热、盐雾腐蚀性能和粘接力的稳定性 耐热和防火性能耐热和防火性能 安装在屋顶的组件易出现热斑问题，应考虑背板材料的耐热和耐火性能 Copyright © DuPont 2014. All rights reserved. 3  功率功率P Pmaxmax与短路电流与短路电流I Iscsc密切相关密切相关  短路电流短路电流I Iscsc下降下降: : 封装材料发黄封装材料发黄﹑﹑玻璃脏污玻璃脏污﹑﹑脱层和光致衰减脱层和光致衰减  大部分研究都报道了发黄和脱层现象大部分研究都报道了发黄和脱层现象 材料户外老化影响组件功率衰减材料户外老化影响组件功率衰减 Jordan et al., “Degradation Rates – An Analytical Review”, Progress in PV, 2011 Copyright © DuPont 2014. All rights reserved. 4 Operating on 3 continents Collecting data on modules spanning over 30 years 杜邦在全球开展户外组件研究项目杜邦在全球开展户外组件研究项目 杜杜邦邦 Alex Bradley博士博士 在在2011年，杜邦启动一项全球性的光伏组件年，杜邦启动一项全球性的光伏组件 研究，研究，涵盖涵盖不同地区及气候范围不同地区及气候范围。

研究重研究重点点 为可靠性与为可靠性与其它影其它影响组件完整性的问题响组件完整性的问题 5 Copyright © DuPont 2014. All rights reserved. 背板材料和组件失效模式背板材料和组件失效模式 6 与与EVAEVA或或 接线盒脱层接线盒脱层 层间脱层层间脱层 开裂开裂 发黄发黄 绝缘失效绝缘失效 时间 功率 可靠性可靠性 功率 时间 耐久性耐久性 安全安全 人员损伤人员损伤 品牌受损品牌受损 影响销售影响销售 质保索赔质保索赔 增加投资成本增加投资成本 背板失效背板失效 组件失效组件失效 潜在影响潜在影响 Copyright © DuPont 2014. All rights reserved. 不同背板户外失效类型不同背板户外失效类型 Polyethlene 聚乙烯背板聚乙烯背板 断层和开裂断层和开裂 户外老化户外老化2121年年 欧洲欧洲 PVDF 偏氟乙烯背板偏氟乙烯背板 黄变黄变 热斑处起泡热斑处起泡 起泡和开裂起泡和开裂 户外老化户外老化2 2年年 美国沙漠地区美国沙漠地区 PET 聚酯背板聚酯背板 黄变、开裂和脱层黄变、开裂和脱层 开裂开裂 黄变黄变 户外老化户外老化1212年年 日本日本 户外老化户外老化4 4年年 欧洲欧洲 FEVE 氟涂料背板氟涂料背板 脱层与燃烧脱层与燃烧 <4<4年户外年户外 中国中国/ /美国美国 PETPET背板材料开裂背板材料开裂 •运行4年 •户外共 2.3 MW •在大约5,000 块组件发现背板材料开裂 •一些组件未通过湿漏电测试 Copyright © DuPont 2014. All rights reserved. 8 * “I–V curves and visual inspection of 250 PV modules deployed over 2 years in Tucson” Kopp, E.S. ; Lonij, V.P. ; Brooks, A.E. ; Hidalgo-Gonzalez, P.L. ; Cronin, A.D. Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 2012 38th IEEE PETPET背板外层黄变以及开裂背板外层黄变以及开裂 美国亚利桑那州，9块PET背板组件，使用6年 表观感觉有严重黄变和脆化 FTIR显示材料出现降解. 提示:这些户外结果与加速老化结果相一致 11-42%的功率损失* 傅里叶变换红外光谱 (FTIR) 9 “ ...我们不会推荐任何组件厂商， 如果它的组件采用的背板材料有过发 黄的先例.” Felix Holz 德意志银行(2013年10月) PVDFPVDF背板材料内层背板材料内层 在户外在户外2 2年后发黄年后发黄 10 PVDFPVDF背板材料内层发黄背板材料内层发黄 Copyright © DuPont 2014. All rights reserved. 组件背板内层观测到发黄现象: 4个国家 (比利时，西班牙，美国和德国) 组件户外使用时间少于5年 5个不同的组件生产商 海南户外23年 •正面EVA中紫外吸收剂消耗明显 EVAEVA封装材料发黄封装材料发黄* * *户外23年晶硅组件分析：董娴、沈辉、 中山大学太阳能系统研究所 Copyright © DuPont 2014. All rights reserved. 11 西班牙西班牙 热斑导致热斑导致PVDFPVDF背板材料熔化开裂背板材料熔化开裂 以色列以色列 西班牙西班牙 Copyright © DuPont 2014. All rights reserved. 12 荒漠光伏电站需考虑材料耐风沙磨损性能荒漠光伏电站需考虑材料耐风沙磨损性能 Copyright © DuPont 2014. All rights reserved. 13 ----- J.P. Thornton, The effect of sandstorms on PV arrays and components. NREL/TP-411-4787 US Category: 270 DE92001240. March 1992. 亚克力亚克力( (PMMA) )棒显著受风沙磨损失重棒显著受风沙磨损失重 NREL研究表明，风沙对亚克力棒磨 损最严重的范围在离地面约0～60厘 米 户外8年后，亚克力棒被磨损了 0.25～0.46毫米；户外10年后，被 磨损了0.36～0.97毫米 塑料在户外（尤其是沙漠地区）长 期受风沙磨损程度非常严重，有必 要对组件，特别是背板进行耐风沙 磨损测试 亚克力塑料被风沙磨损的深度（英寸）亚克力塑料被风沙磨损的深度（英寸） 户外案例：美国加州沙漠两根亚克力棒（高1米，直 径3毫米）在户外8年和10年的磨损。

文献来源：风沙对光伏阵列和部件的影响，美国可 再生能源实验室 户户外外8年磨年磨损损深深 度曲度曲线线 0.25 毫米毫米 0.36 毫米毫米 0.46 毫米毫米 0.97 毫米毫米 户户外外10年磨年磨损损 深度曲深度曲线线 14 Copyright © DuPont 2014. All rights reserved. 在青海安装18月组件FEVE涂料背板外层减薄为16.5微米，而标称厚度为20微米 背板背板FEVEFEVE涂层显著减薄涂层显著减薄 15 背板背板FEVEFEVE涂层脱落涂层脱落 使用环境：美国新泽西，光伏电站，使用环境：美国新泽西，光伏电站，3 3年年 1%的涂料背板涂层剥落和严重损坏的早期迹象 失效模式: FEVE背板在焊带位置脆化开裂脱落 原因：焊带位置过热产生的机械应力加速了材料的老化 16 (a) (b) 美国新泽西州安装3年电站组件 （a）组件使用的FEVE涂层背板涂层剥落 （b）对这些户外组件使用的FEVE涂层背板和杜邦™ 特能® （Tedlar ® ）PVF背板的划格试验结果 背板背板FEVEFEVE涂层粘接力显著降低涂层粘接力显著降低 17 FEVE涂涂层应层应用于背板内用于背板内层层老化后失效老化后失效* *48小时HAST+50个冷热循环 FEVE内涂内涂层层从从PET基材上脱落基材上脱落 * PVDF/PET/ 1微米 FEVE涂层 18 采用杜邦采用杜邦™ 特能特能® PVFPVF薄膜为背板材料薄膜为背板材料 保障组件功率长期稳定输出保障组件功率长期稳定输出 JRC研究结果证实使用基于杜邦™ 特能® PVF薄膜的背板的组件 在20年左右户外使用后，年功率衰减率较低 Copyright © DuPont 2014. All rights reserved. 19 GETGPGGEG706050403020100%Power Degradation of PV Modules after ~20Years in Field (JRC Report)基于基于杜邦杜邦™ 特能特能®PVFPVF薄膜的背板薄膜的背板 公认的业界标准，唯一超过公认的业界标准，唯一超过3030年户外实绩验证年户外实绩验证 杜邦™ 特能®(Tedlar®) PVF薄膜 杜邦™ 特能®(Tedlar®) PVF薄膜 聚酯薄膜 Polyester TPT 背板结构 •杜邦™ 特能® PVF薄膜应用于组件背板超 过30年 •适应各种气候类型(如沙漠、热带、滨海 与山区)，持续提供长期的组件保护 •杜邦™ 特能® PVF薄膜在耐候性、粘接力 以及机械强度提供绝佳平衡特性 Copyright © DuPont 2014. All rights reserved. 20 Source: SMUD 2010 Annual Report 北美首个北美首个MW级光伏电站级光伏电站 19841984年安装年安装 加州加州 SacramentoSacramento 1 MW1 MW 基于杜邦基于杜邦™ 特能特能® PVFPVF薄膜的薄膜的 TPTTPT背板背板 0.9 % % 年功率衰减年功率衰减 21 Copyright © DuPont 2014. All rights reserved. 19821982年安装年安装 瑞士瑞士 10 kW10 kW 基于杜邦基于杜邦™ 特能特能® PVFPVF薄膜的背板薄膜的背。