背板作【zuò】为【wéi】保护光伏组件的最外【wài】部材【cái】料，尤【yóu】其容易受到环【huán】境气候应力的影响。
背板材【cái】料的粘接性【xìng】能【néng】、抗紫外能【néng】力和【hé】机械强度都是影响其可靠性【xìng】的关【guān】键因素，甚至【zhì】影响整个组件的功【gōng】率输出和使用寿命【mìng】。
近年【nián】来，杜邦公司对在北美【měi】、欧洲、亚太地区约200个【gè】电站进行【háng】了现场调【diào】研【yán】，涵【hán】盖【gài】了来【lái】自45个组件厂、不同气候类型、运行时间在0到30年、总功【gōng】率超【chāo】过450MW的组件。调【diào】研数据显示，有22%的组件【jiàn】存【cún】在明显的老化和可视失效。其中电池的失效率最【zuì】高【gāo】，为11.3%，背板的失效【xiào】率其次，为7.4%。如图1所【suǒ】示。
背板【bǎn】虽然只占组【zǔ】件和电站总成本很小一部分，但【dàn】起着保护组【zǔ】件工作25年的重要【yào】作【zuò】用，所以对于【yú】背板【bǎn】材料【liào】的【de】选择就显得尤为重要。目【mù】前，市面【miàn】上绝大部分背板为【wéi】多【duō】层复【fù】合结构，并【bìng】采用PET聚酯为中间层，起到绝缘【yuán】和【hé】机械支撑的作用。而在背【bèi】板外层(空气面【miàn】)和内【nèi】层(EVA面)的材料选择【zé】上，则显得鱼龙混杂，对背板【bǎn】材料的质量与长期可靠性带来了【le】很大隐患。上【shàng】述统计中背【bèi】板高居第二的失效率【lǜ】即体现了行业现状。本文拟针对背板内外层材【cái】料的性能【néng】要求和不同【tóng】材料体【tǐ】系的优缺点进行探【tàn】讨【tǎo】和【hé】分【fèn】析，以期拨【bō】乱反正，解答迷思。
光伏背板外层(空气面)材料的选择
从性能要求上【shàng】，光【guāng】伏背板外层【céng】主要起到【dào】耐候(紫外、温湿度、冷热应力、化学【xué】品腐蚀、风【fēng】沙磨损等)、提【tí】供机【jī】械支撑和【hé】方便粘接【jiē】接线【xiàn】盒与边框的作用。因此，背板外层材【cái】料需要具备优【yōu】异的耐候性、良好的机械【xiè】强度与韧性【xìng】、以及可粘接性【xìng】等特【tè】点。
由于【yú】耐候【hòu】性和【hé】长期可靠性要求高，氟塑料在背板外层中的应【yīng】用占【zhàn】据【jù】主导地位。其中【zhōng】，主要【yào】分为【wéi】聚【jù】氟乙烯(PVF)薄膜、聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜【mó】和少量氟碳【tàn】涂料(FEVE)。这【zhè】几类材料由于【yú】材料特性、加工工艺和成分的不同，在性能上【shàng】亦有较大差【chà】别【bié】，不能一概【gài】论之，亦即“此氟非彼氟”。分析如下【xià】：
1. 薄膜成分：Tedlar® PVF纯氟树脂【zhī】对比PVDF混【hún】合树脂
Tedlar®PVF薄膜的有机【jī】成分为100% PVF树【shù】脂，不添加任何其他非氟树脂进行共混，原料来源统一，质【zhì】量【liàng】管【guǎn】控【kòng】严格。
随着光伏行业的高速发展，聚【jù】偏氟乙烯(PVDF)薄膜生产厂家【jiā】如雨后【hòu】春【chūn】笋般不【bú】断涌现，各【gè】家配方、工【gōng】艺、厚【hòu】度不尽相同。但是由【yóu】于纯PVDF树脂成膜【mó】性很差，这些PVDF薄膜无【wú】一例外地需要添加质【zhì】量【liàng】分数20%~30%的PMMA(俗【sú】称亚克力)树【shù】脂辅助其成型。
2. 成型工【gōng】艺：Tedlar®PVF双向【xiàng】拉伸对【duì】比PVDF传统流延和【hé】吹膜
聚氟乙烯薄膜(Tedlar®，PVF)采用双【shuāng】向【xiàng】拉伸制造工艺，所制备【bèi】的薄膜在【zài】横向和【hé】纵向两【liǎng】个方【fāng】向都经【jīng】过取向强化，机械性能均衡【héng】没【méi】有弱点。由于PVF薄膜加工温度【dù】和分解【jiě】温度接【jiē】近，要求极高【gāo】的工艺控制，并【bìng】且投资巨【jù】大，只有具备很高技术能力【lì】的大企业才可【kě】以生产【chǎn】，这【zhè】也保证了Tedlar® 薄膜产品质量的可靠性和一致性【xìng】。
聚偏氟乙烯(PVDF)薄【báo】膜【mó】主要使用吹膜和传【chuán】统【tǒng】流延两种成型工【gōng】艺。
3. 薄膜性能：
(1)机械性能：Tedlar® PVF 性能均衡
Tedlar®PVF薄膜纵向(MD)和【hé】横向(TD)两个【gè】方【fāng】向机械性能均很优异【yì】，这是【shì】因为PVF采用双向【xiàng】拉伸成【chéng】型【xíng】工艺，且配方中不添加其【qí】他【tā】聚合【hé】物树脂共混，有着优异的机械性能【néng】。如图2所示。
(2) 耐磨性能：Tedlar®PVF 耐磨性好
光伏组件，尤其是大型地面电站，很多都建【jiàn】设于气候严苛、风沙较大【dà】的地区。所以，背板所用的氟【fú】膜还需要【yào】有较【jiào】好的耐风沙【shā】磨【mó】损性能。
目前，耐风沙磨损一般采用落砂试验【yàn】，测试标准【zhǔn】参照ASTM D968，以0.9-21.65mm标准砂【shā】为例【lì】，38微米的PVF薄膜通【tōng】常【cháng】需【xū】要250L以上才【cái】可以落穿，而【ér】PVDF薄膜依厚【hòu】度【dù】和【hé】工【gōng】艺【yì】不同落砂量大约为【wéi】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
此实验依据ASTM D543 塑料耐化学试【shì】剂的标【biāo】准评价方【fāng】法【fǎ】进【jìn】行测试，将PVF和PVDF薄膜【mó】分别浸入丙酮，硫酸【suān】(1 mol/L)和饱【bǎo】和【hé】氨水中进行测试，时长【zhǎng】为【wéi】168小时(一周)。结果表明【míng】，不论是硫酸、碱性【xìng】的【de】氨水【shuǐ】还是溶剂【jì】丙酮实验【yàn】，PVF均显示了优异的耐溶剂性【xìng】。
所以从上述薄膜原料【liào】组成，成【chéng】型工艺【yì】和薄膜性能等方面来看，Tedlar® PVF薄膜【mó】综合性【xìng】能均衡【héng】，最适合光伏背板应用。
光伏背板内层(EVA面)材料的选择
从【cóng】性能要求上，背板内层材料需要具【jù】备良好的粘接【jiē】性【xìng】(与EVA)、耐【nài】候性和【hé】一定的机械性能，以期达到背板与EVA粘接【jiē】可靠【kào】、阻【zǔ】挡【dǎng】从组件正面照射进来的紫【zǐ】外线并保【bǎo】护中间【jiān】层PET的作用。
目前市面上常见的光【guāng】伏背板内层材料包【bāo】括氟膜类、非氟【fú】薄膜类【lèi】和氟【fú】碳涂层类三种【zhǒng】。其中氟膜类【lèi】内层主要有Tedlar® 聚氟乙烯【xī】(PVF)薄膜和【hé】聚偏【piān】氟乙烯(PVDF)薄膜。非氟薄膜类内层主要包括聚乙烯【xī】(PE)、乙烯-醋【cù】酸【suān】乙烯【xī】酯(EVA)、聚酰胺(PA)和【hé】聚【jù】烯烃【tīng】(PO)等，这类【lèi】材料最大的优势是【shì】与EVA粘接性好，户外不易【yì】脱【tuō】层。氟碳【tàn】树脂(FEVE)涂层作为背板【bǎn】内层材料，其优点是耐候性和耐高温性能【néng】相对【duì】E层较【jiào】好。
对于背板【bǎn】内层来讲，耐紫外性能【néng】也很重要。所以选【xuǎn】择产品已在户外【wài】长期【qī】使用的品牌，是十分必要的【de】。
如果选【xuǎn】择含【hán】氟涂【tú】层【céng】作为背板内层，那么【me】为了有效阻挡紫外线并保护中间层PET免受【shòu】紫外破坏，涂层厚【hòu】度【dù】将非常关键。
涂层厚度与紫外【wài】线【xiàn】穿【chuān】透率的关系符合【hé】Beer定【dìng】律，如【rú】图5数【shù】据所示【shì】，氟碳涂层厚度如果低【dī】于【yú】10微米，紫外线开始【shǐ】穿透阻隔层到达PET中间【jiān】层，穿透比率【lǜ】随厚度减薄而指数级升高。所以即使选用涂【tú】覆型背板，涂层的厚度也必【bì】须大于10微米，才能起到对【duì】PET的有效保护。力【lì】学性能测【cè】试数据进一步证明【míng】，当接受1000-1380小时的紫外照射【shè】后，如【rú】果内层【céng】厚【hòu】度<10微米，背板断【duàn】裂【liè】伸长率将【jiāng】显著【zhe】下降。一些背板厂商为了【le】降低成本【běn】，将【jiāng】背板内【nèi】层涂层的厚度减至【zhì】2微米以下【xià】(图6)，这会大【dà】大增加【jiā】背【bèi】板中间层PET的紫【zǐ】外老化变脆和背板脱层风【fēng】险。
通过序列老化测试(MAST)对背板材料进行验证
现有的IEC测试标准还不能很【hěn】好地模拟户外【wài】实际环境。针对上述【shù】现状，杜邦提【tí】出【chū】了一种新的组件测试【shì】方法，名【míng】为“组件加速【sù】序列老【lǎo】化测试”(图7)，包括【kuò】一系列【liè】应用在同一个组件上的应【yīng】力测试，可【kě】以重现不同【tóng】的背板材料的户外失【shī】效模式。每项应力的测试时间是通过户【hù】外曝晒【shài】程【chéng】度和对户外【wài】组件的【de】分【fèn】析结【jié】果共同决定的【de】。
较传【chuán】统测【cè】试方法而言，使【shǐ】用组件加【jiā】速序列老化测试预测组件材【cái】料的【de】长【zhǎng】期性能准确度【dù】更高，其【qí】结果与现场观察的情况大部分【fèn】一【yī】致。
综上所述，结合各类材【cái】料的【de】理论分析和户外实证经验来看，不仅需要关注【zhù】背板外层【céng】材料，内层材料的选择【zé】也同样非常关键。外层材【cái】料【liào】需要具备优异的【de】耐候性(紫外、温湿度【dù】、冷热应力、化学品【pǐn】腐【fǔ】蚀、风沙磨损【sǔn】等)、机【jī】械性【xìng】能【néng】(拉伸强【qiáng】度和【hé】断裂伸【shēn】长率)和【hé】良【liáng】好的【de】粘接【jiē】能【néng】力【lì】，而背板内【nèi】层材料需要提供可靠的粘接【jiē】性能、一定的【de】耐候性能和机械性能。
目前的第三方测试【shì】仅【jǐn】注重单【dān】一老化应力的加严测【cè】试，并不【bú】能【néng】很好的反应【yīng】户【hù】外多老化应力【lì】的实际【jì】情况，而加【jiā】速序列老【lǎo】化【huà】测试方法可以很好的模拟【nǐ】户外失【shī】效【xiào】模式，所以在背板材料选择时，需【xū】进行序列老化测试，使组【zǔ】件可靠性得到保障，达到长跑的目【mù】的。
来源：索比光伏网
