10002085_白色胶膜在光伏组件中的应用

高反射率白色胶膜在光伏组件中的应用 李民 上海海优威新材料股份有限公司 摘要 随着市场对光伏组件发电效率越来越高的要求，各种非电池片的组件发电效率提升的技术被越来越多的应 用到光伏组件制造中。白色胶膜通过提高照射到片间距和串间距的阳光的被反射的比例，使其能够更多的被折 射回到光伏组件中，而被电池片吸收从而提高光伏组件的实际发电效率。本文介绍了目前常用的白色胶膜制造 方法和提升效率的数据，同时介绍了目前主流的预交联技术制造的白色胶膜的可靠性测试的结果。 关键词 高反射率 白色 预交联 胶膜 封装 光伏 通讯作者简介李民，致力于光伏封装领域新型高效胶膜研发，以及胶膜在组件应用中可靠性研究。 liminhiuv.net 正文 在光伏行业中，发电效率往往是指电池片的发电效率，科学家们也在不断的追求提高光伏电池片发电效率 而创造世界记录。而通过工程的角度，优化光伏组件的设计提高组件发电效率也越来越多的成为一个重要的提 升光伏组件发电效率的手段。尽管电池片的发电效率本身并没有提高，但通过优化设计，提高进入光伏组件光 线的利用率而提升发电效率是能有效的提升组件的发电效率的手段之一。该类技术中有使用反光焊带或者反光 贴膜将照射到焊带上的阳光反射到电池片上，或者将焊带转移到电池片的反面从而增加可供照射发电的电池片 表面积等等。以上方法都需要增加设备或者涉及改动部分原料，比如使用反光贴膜需要增加专门的贴膜设备、 使用反光焊带需要增厚上层胶膜，将焊带转移到电池片后更是一种专门的技术 MWT，给使用者带来了一定的技 术门槛，而使用高反射率的白色胶膜是最简单的一种提高发组件发电效率的方法。在光伏组件中，电池片后侧 使用高反射率的白色胶膜，避免了通过背板反射光线在下层胶膜中的损失和被反射到电池片后侧，从而提高了 阳光的利用效率。 目前市场上白色胶膜按出现的先后次序有如下几种单层白色胶膜、双层白色胶膜、低融指白色胶膜、带 无纺布白色胶膜和预交联白色胶膜。单层白色胶膜最早使用于非晶硅电池组件。上海海优威新材料公司在 2012 年开始为瑞士欧利康非晶硅薄膜组件生产线提供单层白色 EVA 胶膜，该种白色胶膜夹在两层玻璃之间有效的提 升了薄膜组件的效率但却无法使用在晶硅电池组件中，原因是白色胶膜在层压中翻层到电池片的边缘上。日本 的普利司通尝试生产双层共挤的胶膜，上层为普通透明胶膜下层为白色胶膜，但白色胶膜在层压后发生胶膜严 重的波浪纹而导致组件外观不良。普利司通生产的另一种使用低融指 EVA 树脂的白色胶膜在日本组件厂有较长 的使用历史。其能够使用的原因是日本组件公司的层压设备较中国工厂早了一代，较多厂依然使用慢固化工艺 和层压机- 固化炉的生产方式。其在层压机中使用较低的温度层压后，再转移到固化炉中提高温度固化。该工艺 可以使用低融指白色胶膜而且，但无法完全避免白色翻层问题而且生产时间长、效率低。美国 3M 公司开发了 无纺布-白色 EVA 胶膜的技术方案 [1]，其投入少生产简便，但同样无法完全避免白色翻层。目前市场主要采用 海优威公司于 2014 年提出的预交联白色胶膜方案 [2]。 预交联白色胶膜采用了电子束交联 EVA 树脂的生产技术。电子束交联技术在进入光伏胶膜行业前已经在电 缆和轮胎行业使用了几十年。超高压电缆的聚乙烯层必须使用电子束交联来提高耐击穿电压的等级 [3]，而室内 电缆更是使用类似光伏胶膜使用的 EVA 树脂（VA 含量在 18 到 28 之间）混合阻燃剂后，通过电子束交联达到 更好的韧性和耐长期老化性能，从而可以使用在民用建筑中。电子束照射后在 EVA 胶膜中形成轻微网络结构， 使其外形固定，在层压中不再会发生白色翻层问题。即使在 12 主栅的组件中，预交联的胶膜依然在层压中表现 良好，如下图。 图 1 预交联白色 EVA 胶膜在 12 主栅组件中的表现 通过电子束进行预交联能对塑料本身提高交联密度增加耐候性和耐电气绝缘性能（比如在超高压电缆中的 表现），白色胶膜通过预交联，其抗 PID 性能和湿热老化性能与原有的胶膜在测试中表现一致。 样品名称 条形码 测试项目 测试前功率 测试后功率 衰减 说明 **231000652316 DH-1000H 321.79 317.46 1.35 DH-1000 1.35海优威白色 EVA 组 件 **231000672316 PID-192H 322.31 317.08 1.62 PID-192h 1.62 表 1 使用白色预交联胶膜的组件老化性能 白色胶膜通过直接反射照射到电池片间隙的阳光回到组件中，提高了光伏组件的发电效率，不同的组件会 有不同的提升效率。下表是多晶 60 片电池的 4 栅组件使用白色 EVA 对发电功率提升的情况。 EVA 序列号 Pmax 平均 Pmax Pmax 差 值 Voc Isc Vm Im FF CAAG216010638 262.71 37.63 9.07 30.56 8.60 76.97 CAAG216010641 263.36 37.68 9.05 30.65 8.59 77.19 CAAG216010636 263.24 - 37.69 9.08 30.61 8.60 76.92 CAAG216010639 263.11 37.62 9.04 30.61 8.60 77.39 透明 EVA 片 2 串 3 CAAG216010640 263.43 263.17 37.67 9.01 30.67 8.59 77.65 CAAG216010633 263.45 37.63 9.05 30.57 8.62 77.36 CAAG216010634 264.78 37.68 9.04 30.61 8.65 77.76 CAAG216010635 264.74 37.68 9.07 30.60 8.65 77.50 CAAG216010637 264.45 37.63 9.06 30.58 8.65 77.60 海优威 -白色 EVA 片 2 串 3 CAAG216010642 266.00 264.68 1.51 37.82 9.08 30.67 8.67 77.48 CAAG216010645 264.98 37.59 9.08 30.59 8.66 77.67 CAAG216010647 266.05 37.72 9.13 30.59 8.70 77.29 CAAG216010643 266.24 37.80 9.10 30.60 8.70 77.40 CAAG216010646 265.58 37.72 9.15 30.65 8.67 76.98 海优威 -白色 EVA 片 3 串 4 CAAG216010644 266.66 265.90 2.73 37.76 9.12 30.61 8.71 77.39 表 2 多晶组件功率提升 从上表可以看到，电池间隙越大提升效率越高，提升发电效率在 1.5-2.7 瓦。相比多晶电池组件，白色胶膜 对单晶电池组件提升效率更高，参见下表。组件为 60 片四栅，电池间隙为串间距和片间距均为 2 毫米。可以发 现，单晶组件效率的提升高于多晶组件，究其原因是单晶电池片由于倒角而使组件有更多可以让白膜反射阳光 的部位。 Serial 平均功率 Pmax Eff Rsh Rs FF Isc Voc Imax Vmax Sun **4A667160001 278.98 17.15 288.11 0.44 77.55 9.32 38.59 8.81 31.67 26.9 **4A667160002 278.60 17.12 308.30 0.44 77.56 9.32 38.53 8.82 31.59 26.6 **4A667160003 279.16 17.16 195.21 0.43 78.10 9.27 38.58 8.80 31.73 26.4 白色 EVA **4A667160004 279.23 280.20 17.22 165.77 0.43 77.93 9.30 38.67 8.80 31.83 26.4 **4A227160001 275.83 16.95 163.08 0.43 78.10 9.16 38.56 8.70 31.71 26.4 **4A227160004 276.80 17.01 91.50 0.44 78.10 9.20 38.54 8.73 31.69 26.3 **4A227160002 275.70 16.95 222.03 0.43 78.18 9.16 38.51 8.71 31.65 26.1 60 片 单晶 常规 EVA **4A227160003 275.90 275.26 16.92 137.39 0.43 78.10 9.15 38.50 8.69 31.66 26.1 表 3 单晶组件功率提升 上表中的单晶组件平均提升了 3.3 瓦的发电效率。 目前单晶 PERC 双面电池的使用越来越多。由于成本原因，部分单玻璃组件直接使用了双面电池。通过实 验发现白色胶膜在使用双面电池的单玻组件中发电功率依然有提升。测试过程如下 五个单晶 PERC 双面电池小组件试样，上半部使用白色胶膜，下半部使用透明胶膜。 图 2 单晶 PERC 双面电池与白膜的增益实验 实验发现在五个试样中四个有明显电流增益，其中三个试样的曲线如下 三个试样电流增益分别是 2.1、0.6和 1。从图谱发现所有的增益均发生在 950 纳米到 1200 纳米的波长 之间，可以认为透过电池片的长波光线更容易被白色胶膜反射回组件而提高发电效率。由于以上的功率提升并 未考虑电池片间隙的反射，所以可以想象单晶 PERC 双面电池在单玻组件中使用时白色胶膜提升的实际功率更 高。而且由于在单玻组件中不存在后侧玻璃而没有电池背面 PID 效应，其使用白色 EVA 胶膜更为可靠。 通过配方的优化，白色预交联胶膜不仅可以和背板有效的粘结，而且可以和玻璃粘结良好并通过各种老化 测试。通过使用白色胶膜，可以简化背板以达到降本的目的。白色胶膜有效的隔绝了正面紫外线的照射，而不 再需要使用氟塑料薄膜在内层或者可以降低 PE/PO 层的厚度，甚至改用更为简单和节省成本的底涂工艺。而且 由于组件不再对背板有反射率要求，背板的骨架材料可以使用耐湿热老化性能比白色 BOPET 更好的透明 BOPET 而有效提高背板的耐候性。 随着光伏组件结构技术的发展，白色 EVA 胶膜、白色 POE 胶膜以及更多其它的工程设计技术会随着电池 技术的发展而一同发展，使光伏发电的效率和成本越来越接近传统能源，将最终使光伏发电成为人类使用能源 的主要来源之一。 参考文献 [1]3M 材料技术合肥有限公司.具有双玻结构的晶体硅太阳能电池组件[P].中国201320046813.5,2013. [2]上海海优威电子技术有限公司.辐射预交联乙烯-醋酸乙烯酯树脂膜及其制备方法[P].中国201410061051.5,2014. [3]杨仲田,森田洋右,等.气相色谱法研究核电站用电线电缆绝缘材料的热氧化降解[J].辐射研究与辐射工艺学报,1998,163 141-145.