光伏背板老化的研究-孙家悦

涂层 和膜材料的老化研究 谭熙禹， 孙家悦 阿科玛 技术 聚合物部门 CSPV 2018 11/8~11, 中国 西安 高分子材料老化的因素 2 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS 有机 高分子材料 未老化 高紫外辐照 高温 高盐雾 强风沙 强冷热循环 有机 高分子材料 老化后 化学结构的变化 （ 化学键断裂） 变黄、褪色、腐蚀、透明度 降低、机械性能下降、粉化 物理结构的变化 溶胀 、 熔融、流体，风沙， 冷热冲击 越高越严酷 South Florida 气候条件（ ALTAS）高紫外，高温，高湿，高盐雾， 高冷热和雨水冲击 3 纬度 经度 海平面 北纬 25 33’ 西经 80 24’ 12 英尺 典型的年度总太阳能 紫外总量 总太阳辐射能 晴天率 25 倾角朝南 280 MJ/m2 6588 MJ/m2 70% 平均气温 C F 夏季最高的平均温度 32 90 年平均最高温度 28 82 年平均最低温度 21 70 年度平均温度 24 76 平均湿度 平均雨量 毫米 英寸 夏季最高湿度 : 93% RH 月度最高 237 9.5 年度最高湿度 : 80% RH 月度最低 46 1.8 年度最低湿度： 61% RH 月度平均 152 6.1 年度平均湿度 : 70% RH 年度总量 1420 56.8 每年下雨天数 : 111 天 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS 海南琼海气象条件 4 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS 纬度 经度 海平面 北纬 19° 14 35 “ 东经 110° 28 41“ 10 m 典型的年度总太阳能 紫外总量 总太阳辐射能 25 倾角朝南 309 MJ/m2 5191 MJ/m2 平均气温 27.4 C 平均湿度 86%RH 平均雨量 1922mm 年度光照时间 2088h ➢ 相对佛罗里达，琼海纬度更高，温度更高，雨量更多，太阳辐射稍少些 。 ➢ 海南 琼海测试站，最近十年紫外辐射大约 86 KWH/m2 ，湿度在 86%，组件高温接近 80oC。所以，大约 3~5年户外空气面直接曝 晒，可以完全推断 25年背面的使用状况 。 ➢ 中国 电器科学研究院工业产品环境适应性国家重点实验室已经对各种市场销售的背板进行了 3~5年的实际户外曝晒测试和研究。 如果背板在湿热地区应用，推测 25年的使用年限，建议采用 5000小时 QUVA测试，或 更完整的实地正面曝晒加速老化 3~5年。 KYNAR 500® PVDF – 半个多世纪的传奇、辉煌业绩 5 Continuous exposure since October 1967 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS AAMA 2603/2064/2605，老化检测：色差，光泽，粉化度，膜厚 6 AAMA 2603 低 AAMA 2604中 AAMA 2605高 Min. Film Thickness 膜 厚 0.8 mils (20.3微米 ) 1.2 mils (30.5微米 ) 1.2 mils (30.5 微米 ) Crosshatch Adhesion 附着力 干 +湿 ： 100% 干 +湿 +水煮 ： 100% 干 +湿 +水煮 ： 100% Direct Impact Resistance 正 冲 0.1 inch (2.54 毫米 ) 变形 ： 极少开裂，无脱落 0.1 inch (2.54 毫米 ) 变形 ： 极 少开裂，无脱落 0.1 inch (2.54 毫米 ) 变形 ： 极 少开裂，无脱落 HCl Resistance (10%) 耐 盐酸 15分钟化学点试 ： 无脱落和变色 15分钟化学点 试 ： 无 脱落和变色 15分钟化学点 试 ： 无 脱落和变色 Mortar Resistance 耐 灰浆 24小时表面 接触 ： 无 粘连和残留 24小时表面 接触 ： 无 粘连和 残留 24小时表面 接触 ： 无 粘连和残留 Detergent Resistance 耐 洗涤剂 72小时浸润，附着力保持 72小时浸润，附着力保持 72小时浸润，附着力保持 Humidity Resistance 耐 湿性 1500小时， 100%湿度 ： 腐蚀 度不超过 8#大小 3000小时， 100%湿度 ： 腐蚀 度不超过 8#大小 4000小时， 100%湿度 ： 腐蚀 度不超过 8#大小 Salt Spray Resistance Scribed 耐 盐雾测试 1500小时， 5% 浓度 ： 破损 或边缘至少 7级，其他部位至少 8级 3000小时， 5% 浓度 ： 破损 或边缘至少 7级，其他部位至少 8级 4000小时， 5% 浓度 ： 破损 或边缘至少 7级，其他部位至少 8级 Metal Pretreatment Req. 金属 表面预处理 无要求 30 mg/ft2 铬 处理或 相当的无铬处理 40 mg/ft2 铬 处理或 相当的无铬处理 Pencil Hardness (min.) 铅笔 硬度 H F F Abrasion Resistance (l/mil) 耐 砂磨蚀 无 要求 20 40 Nitric Acid Vapor Resis. 耐 硝酸 无 要求 30 分钟熏 ： 色差 300kWh/m2 200kWh/m2 100kWh/m2 背板 25年累积的紫外辐照量分布 L. Masters, L. F. Bond, Weathering of Plastics, Testing to Mirror Real Life Performance Total UV irradiance (280-400nm) over a 24 hr period with the 8 hr light 4hr dark cycle W-hr/m2: 1,431kWh/m² 耐候性测试 20 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS 相对温度指数 20% 40% 60% 80% 100% 0% 拉伸强度保留率 (%) Kynar® 302 PGM Film at 140ºC Kynar® 302 PGM Film at 150ºC Kynar® 302 PGM Film at 160ºC PVF film at 140ºC PVF film at 150ºC PVF film at 160ºC RTI = 125ºC RTI = 150ºC 2000 8000 10000600040000 小时数 出色的耐热性能 X X X X Too brittle to test ® Protective Film Polyester Protective Film KPK® BACK SHEET 耐久的选择 KPK®型背板 21 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS KPK® Backsheet 阻燃性 耐化学腐蚀 阻隔性 耐砂石 耐热性 K P K Exposed layer is pure PVDF 3-Layer Kynar® PVDF KYNAR®三层薄膜是 阿科玛的专利 技术， KPK®是阿科玛 的注册 商标 22 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS Kynar® 3 layers film ， 2008年启用到现在一直表现 性能卓越 Kynar® 3 layers film 表现长期耐候稳定性，包括特种 气候环境 Kynar ® 3 layers film 性能和 38微米厚的 PVF膜一致和更好 Arkema公司具有优异的品质控制和生产能力，从 原料单体到树脂，到膜的制成 。生产、研发、 服 务覆盖法国、美国、中国三地 阻燃，耐候，耐化学，阻隔， 长期热稳定性 。 线缆扎帯 /护套 & 热收缩套 管 23 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS Kynar®注塑工艺制备的线缆扎带可以应用场景为户外不容易攀爬的 高塔 Kynar® 耐候性的 线缆扎 带可以 避免 因户外老化 而需要频繁 更换 组件支架的涂层 24 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS Dallas Convention Center 出色的耐磨和防腐性能 低摩擦系数 防白蚁和鼠咬 对照实际户外曝晒，同步实验室模拟测试 22 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS 佛罗里达 户外加速老化测试对比 26 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS Un-Weathered Control 5 Years of Weathering 红外谱图对比电镜图对比色差值对比 佛罗里达户外加速老化测试对比 27 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS M a t e r i a l Y e a r s Th i c k ne s s ( µ m) S t r e s s a t Y i e l d ( ps i ) S t r e s s a t B r e a k ( ps i ) S t r a i n a t B r e a k ( % ) S t r e s s a t Y i e l d S t r e s s a t B r e a k S t r a i n a t B r e a k 0 4 , 4 7 0 9 , 4 1 8 600 100% 100% 100% 5 4 , 3 9 7 6 , 7 2 0 631 98% 71% 105% 0 4 , 2 2 9 9 , 2 4 6 605 100% 100% 100% 5 4 , 1 1 1 6 , 7 5 9 608 97% 73% 101% 0 5 , 9 0 7 7 , 2 3 3 344 100% 100% 100% 5 6 , 0 4 8 6 , 4 7 5 348 102% 90% 101% 0 2 , 8 7 0 6 , 8 1 4 675 100% 100% 100% 5 2 , 8 3 9 7 , 0 2 6 954 99% 103% 141% 0 2 , 4 7 5 6 , 3 1 3 762 100% 100% 100% 5 2 , 4 7 2 6 , 5 6 2 1 , 1 2 6 100% 104% 148% 0 7 , 7 6 6 7 , 4 0 2 10 100% 100% 100% 5 7 , 1 3 0 6 , 8 5 4 9 92% 93% 90% T a b l e 1 : K y n a r ® P V D F M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s K y na r S up e r f l e x ® 2 5 0 0 K y na r ® 7 2 0 T e n s i l e a n d E l o n g a t i o n P r o p e r t i e s R e t e n t i o n ( % ) K y na r Fl e x ® 3 1 2 0 K y na r Fl e x ® 2 8 0 0 K y na r Fl e x ® 2 8 5 0 K y na r Fl e x ® 2 7 5 0 50 50 50 50 125 125 机械性能趋势对比 Arkema光伏产品应用 28 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS 此类产品其他主要生产商 Rilsan® PA11， PA12 特种长碳链聚酰胺 : 光伏支架 耐磨粉末涂装 Altuglas® PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯 :替代玻璃，特殊成型；防爆和减重 Apolhya® 尼龙接枝聚烯烃共聚物用于新一代封装材料， Evantane® EVA 用于电池封装 Luperox® 有机过氧化物 : EVA胶膜交联剂 Sartomer 丙烯酸 /甲基丙烯酸酯助交联剂 Bostik 胶粘剂 /Certincoat® 玻璃涂膜 #2 #3 #1 #3 #3 Arkema产品及在光伏的用途排名