你知道光伏封裝材料嗎?太陽的光線出現(xiàn)在生活中的每一個地方,人們的生活已經(jīng)離不開太陽,太陽能不僅為植物生長提供光源,而且也能為人類提供能源,現(xiàn)在的光伏發(fā)電就是很大程度上利用了太陽能。
封裝材料的作用是將太陽電池、銅錫焊帶、背板及光伏玻璃等粘結(jié)在一起,是光伏組件的關(guān)鍵組成部分[12]。封裝材料主要有雙組分硅膠、聚乙烯醇縮丁醛樹脂(PVB)、乙烯- 醋酸乙烯酯聚合物(EVA) 膠膜等[14]。目前光伏行業(yè)應(yīng)用最廣泛的是已在行業(yè)使用超過20年的含33%醋酸乙烯酯的EVA膠膜。
隨著全球光伏每年新增裝機的不斷增加,即便考慮膠膜單位消耗量的不斷降低,組件廠商對膠膜的需求量也會越來越大,我們預(yù)計2019-2021年的全球EVA膠膜需求量將分別達到13.2、14.4、16.1億平方米。
EVA作為高分子材料,在強紫外線照射下極易發(fā)生脫乙烯反應(yīng),并產(chǎn)生乙酸與烯烴。不僅EVA 的分解速度與紫外線強度成正比,而且乙酸量的增加還會加快EVA 的老化速度[12]。光伏組件的焊帶、背板和電極也會受到乙酸的腐蝕,脫乙烯反應(yīng)引起EVA膠膜發(fā)生色變,使光伏組件由無色透明逐漸變化成黃色甚至深褐色,從而影響了組件的透光率和輸出功率,導致組件的轉(zhuǎn)換效率和使用壽命明顯下降。
膠膜生產(chǎn)工藝較為成熟,行業(yè)競爭較為充分。國產(chǎn)替代逐步完成,目前板塊格局穩(wěn)定,福斯特龍頭地位穩(wěn)固。EVA膠膜在生產(chǎn)上有較強的技術(shù)壁壘,配方、改性技術(shù)、生產(chǎn)工藝、關(guān)鍵生產(chǎn)裝備等方面專業(yè)性很強,且產(chǎn)品透光率、收縮率、耐老化等方面均有嚴格要求,需要企業(yè)經(jīng)過多年摸索和不斷改進才能確保產(chǎn)品質(zhì)量。
玻璃化溫度Tg 和脆性溫度Tb 是當聚合物在低溫下力學性能發(fā)生形態(tài)突變時所對應(yīng)的溫度[16]。其中,玻璃化溫度直接關(guān)系到EVA 膠膜的低溫性能,在玻璃化溫度以下,EVA 膠膜呈玻璃態(tài),表現(xiàn)出一定的脆性[17]。有實驗數(shù)據(jù)表明,EVA 膠膜的玻璃化溫度為0~10 ℃ [18],在0 ℃以下時,EVA 膠膜開始逐漸喪失彈性,進入剛性狀態(tài)。EVA 膠膜的脆性溫度為-30~-50 ℃,當溫度降到脆性溫度以下時,EVA膠膜表現(xiàn)出脆性,少許的外力、較小的形變就會使其受到破壞[19]。
作為封裝的關(guān)鍵材料,膠膜的主要作用是保護太陽能電池并將電池與蓋板、背板材料緊密貼合成為一個整體。EVA 封裝膠膜屬于熱固性材料,在封裝層壓過程中在一定溫度、壓力下發(fā)生化學交聯(lián)反應(yīng),進而實現(xiàn)良好的粘接。交聯(lián)劑常采用過氧化二異丙苯( DCP) ,而 DCP 需在 140 ~ 160 ℃的高溫條件下發(fā)揮作用,此時會因各組件間的線膨脹系數(shù)的差異,產(chǎn)生一部分內(nèi)應(yīng)力,封裝完成組件溫度降至室溫,因各組件導熱系數(shù)的差異,又產(chǎn)生一部分內(nèi)應(yīng)力,兩部分內(nèi)應(yīng)力累積,最終將導致各組件間脫層、起泡、褶皺等現(xiàn)象的發(fā)生,降低太陽能電池的使用壽命。因此,選用合適的助劑,盡量降低 EVA 膠膜的封裝層壓溫度,避免因此帶來的產(chǎn)品缺陷,延長太陽能電池組件的使用壽命,也成為研究者們亟待需要解決的問題之一。
此時的EVA 膠膜僅存在抗機械沖擊性能,一旦受到強勁風壓、冰雹或運輸?shù)韧饬Φ臎_擊,很容易發(fā)生斷裂,而封裝在其內(nèi)部的太陽電池會隨之產(chǎn)生隱裂甚至斷裂。同時,低溫環(huán)境還會使EVA膠膜的粘結(jié)性能嚴重下降,使光伏組件發(fā)生脫層。光伏用EVA 膠膜的極性結(jié)構(gòu)較弱,在強紫外線輻射下易產(chǎn)生降解與老化現(xiàn)象,在極端氣候環(huán)境下易產(chǎn)生低溫冷脆、隱裂、脫層現(xiàn)象[12]。而EVA膠膜的穩(wěn)定性能受其組成,以及耐老化劑、穩(wěn)定劑、偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑等添加劑的影響。耐老化劑可降低紫外線對EVA膠膜的降解與變色,穩(wěn)定劑可增加EVA膠膜的化學穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性,偶聯(lián)劑可增加EVA膠膜的粘結(jié)強度,交聯(lián)劑能有效提高EVA膠膜的體積電阻率和機械強度等[12]。因此,可通過在EVA膠膜生產(chǎn)過程中添加適當比例的添加劑來提高其耐低溫性能。
光伏產(chǎn)業(yè)在全球大力開發(fā)清潔新能源的環(huán)境背景下,得到了異常迅速的發(fā)展。我國已是世界上最大的太陽電池及組件的生產(chǎn)基地,封裝膠膜無論從研發(fā)實力、產(chǎn)品質(zhì)量方面均在不斷地提高,但高性能EVA 膠膜仍需依賴進口,嚴重制約我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此研究出高性能的封裝膠膜,從改進配方、改進工藝、改性 EVA、開發(fā) EVA 替代品等方面出發(fā),優(yōu)化改善封裝膠膜的透光、散熱、粘接、耐老化等性能,最終減緩光伏電池的衰竭速率、提高使用壽命、降低進口依存度,是研究者們需要加大力度攻關(guān)的課題。
以上就是光伏封裝材料解析,如果某一天人們能高效利用太陽能,相信能解決很大的能源問題,畢竟太陽能是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的,能保證人類的永續(xù)發(fā)展,需要我們科研人員更加努力。