■ 楊松 沈道軍 羅易 周承軍 王仕鵬 黃緯 黃海燕

(1.浙江正泰新能源開發(fā)有限公司；2.浙江正泰太陽能科技有限公司)

0 引言

近年來隨著光伏市場的快速發(fā)展和現(xiàn)階段光伏組件制造商成本壓力的上升，使人們對光伏組件所用材料的要求更高，材料更新速度加快?？紤]到光伏組件應(yīng)用環(huán)境的多變性與客戶對產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，為確保產(chǎn)品質(zhì)量，我們通過實驗與電站失效分析相結(jié)合的方法對光伏組件用的硅膠(脫肟/脫醇)[1]、EVA、接線盒殼體(PPO/PC)、金屬連接件Cu等材質(zhì)彼此間的匹配性做相關(guān)研究，從而確定其性能。最終希望通過對不同材料間匹配性的研究為光伏組件所用材料的選型提供參考。

1 失效案例介紹

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，太陽能光伏組件在季風(fēng)氣候東南亞國家電站應(yīng)用后出現(xiàn)不同形態(tài)的失效，具體有：接線盒內(nèi)匯流條腐蝕、接線盒殼體材質(zhì)(PPO/PC)腐蝕或龜裂、二極管引腳產(chǎn)生銅綠、EVA發(fā)生黃變、組件霉變等[2]。圖1為A公司生產(chǎn)的光伏組件在泰國某電站應(yīng)用后出現(xiàn)的失效表現(xiàn)形態(tài)。

圖1 失效案列

2 實驗方法

針對A公司泰國電站出現(xiàn)的失效形態(tài)，我們根據(jù)光伏組件的電氣原理，選取B硅膠公司生產(chǎn)的脫肟型與脫醇型2種型號硅膠，將其分別注入5個等容積的玻璃器皿中(注入等量硅膠)。硅膠注入完畢后立即蓋上玻璃器皿瓶蓋(玻璃器皿應(yīng)預(yù)先將底部放置層壓好的EVA小料、粘貼PPO與PC接線盒殼體2種不同材質(zhì)，且玻璃器皿內(nèi)表面用水潤濕，器皿蓋子上預(yù)先插入連接完成的匯流條及二極管)，將制作完畢的樣品分別使用DC恒流源通入I=9 A的電流、反向施加U=45 V電壓，并分別放置在DH雙85老化測試箱、85 ℃恒溫箱、常溫25 ℃等條件下進(jìn)行測試[3]。

2.1 實驗計劃

實驗項目、實驗?zāi)康?、試驗方法及要求的相關(guān)信息見表1。

2.2 實驗器材

表1 實驗計劃統(tǒng)計

實驗使用器材有：DC恒流源；萬用表；驗電筆；螺絲刀；匯流條8×0.35 mm；脫肟、脫醇型硅膠；二極管12SQ045；接線盒殼體材質(zhì)(PPO/PC)；DH老化檢測儀；恒溫箱。

2.3 實驗步驟

1)按實驗設(shè)計方案制作實驗樣品；

2)按實驗圖連接電路并營造符合條件的測試環(huán)境；

3)打開DC恒流源分別正向通入I=9 A、反向施加U=45 V的電流電壓；

4)DH雙85老化模擬測試1000 h后，跟蹤匯流條及接線盒殼體材質(zhì)(PPO/PC)、EVA、二極管引腳等材質(zhì)的變化；

5)常溫測試樣品每天跟蹤匯流條及接線盒殼體材質(zhì)(PPO/PC)、EVA、二極管引腳等材質(zhì)的變化，共計監(jiān)測1000 h；

6)樣品85 ℃恒溫箱測試1000 h后，跟蹤匯流條及接線盒殼體材質(zhì)(PPO/PC)、EVA、二極管引腳等材質(zhì)的變化。

3 實驗監(jiān)控及分析

3.1 DH雙85老化測試(實驗組1)

脫肟型硅膠和脫醇型硅膠相關(guān)樣品的DH雙85老化測試結(jié)果分別見圖2和圖3。

圖2 脫肟型硅膠樣品的DH雙85老化測試

圖3 脫醇型硅膠樣品的DH雙85老化測試

由圖2、3可知，采用脫肟型硅膠制作的3組(二極管正偏、反偏、無電勢差)實驗樣品，經(jīng)DH 1000 h測試后接線盒PC材質(zhì)分別出現(xiàn)了不同程度的腐蝕現(xiàn)象。而PPO材質(zhì)、匯流條、EVA(圖4)、二極管均未出現(xiàn)失效。此外，經(jīng)實驗脫醇型硅膠制作的3組(二極管正偏、反偏、無電勢差)實驗樣品，經(jīng)DH 1000 h后接線盒PC、PPO材質(zhì)、匯流條、二極管均未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。層壓后的EVA與脫醇型硅膠較易發(fā)生黃變 (圖 5)。

圖4 脫肟型硅膠測試組

圖5 脫醇型硅膠測試組

3.2 85 ℃恒溫箱測試(實驗組2)

脫肟型硅膠和脫醇型硅膠相關(guān)樣品在85 ℃恒溫箱測試的結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，采用脫醇型硅膠(樣品H)的實驗組件表現(xiàn)出EVA、硅膠嚴(yán)重黃變，但PPO、PC材質(zhì)、匯流條、二極管均未出現(xiàn)不良。而脫肟型硅膠(樣品G)對比組表現(xiàn)出PC材質(zhì)嚴(yán)重腐蝕，而樣品中的PPO材質(zhì)、匯流條、二極管均未出現(xiàn)不良。

圖6 樣品85 ℃恒溫箱測試

3.3 常溫25 ℃測試(實驗組3)

脫肟型硅膠和脫醇型硅膠相關(guān)樣品常溫25 ℃測試的結(jié)果如圖7所示。

圖7 樣品常溫25 ℃測試

由圖7可知，采用脫醇型硅膠(樣品J)的實驗組件表現(xiàn)出EVA嚴(yán)重黃變現(xiàn)象，PC、PPO材質(zhì)、匯流條、二極管均未出現(xiàn)不良。而脫肟型硅膠(樣品I)EVA輕微發(fā)黃、PC材質(zhì)無異常；但樣品中的PPO材質(zhì)輕微腐蝕，匯流條、二極管引腳有銅綠生成。

4 電站實際案例分析

為使實驗結(jié)果與電站失效案例有效結(jié)合，我們選用失效的光伏接線盒與經(jīng)DH 1000 h老化后的實驗樣品進(jìn)行失效模擬對比分析，以便確定材料間在特定環(huán)境下的失效方式。殘留物分析結(jié)果如圖8所示。

圖8 殘留物分析

接線盒190 ℃高溫烘烤驗證(無硅膠)如圖9所示。

圖9 接線盒190 ℃高溫烘烤驗證(無硅膠)

通過對接線盒190 ℃高溫烘烤實驗、硅膠+材質(zhì)匹配實驗、電站實際案例3項分析可知，失效接線盒內(nèi)的黃色物質(zhì)應(yīng)為：接線盒材質(zhì)與脫肟硅膠釋放的肟氣在高溫的條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后的生成物(產(chǎn)生高溫條件可能性因素有：組件熱斑導(dǎo)致二級管導(dǎo)通、二極管經(jīng)ESD擊穿后長期呈阻性工作、金屬間產(chǎn)生直流拉弧等)[4]。

5 總結(jié)

通過實驗結(jié)果與電站應(yīng)用失效案例分析知：

1)脫肟型硅膠對光伏接線盒PC材質(zhì)有腐蝕作用(高溫+高濕可加速腐蝕)；

2)脫醇型硅膠與光伏組件用封裝材料EVA會發(fā)生黃變反應(yīng)，促使EVA加速黃變(高溫可加速黃變)；

3)脫醇、脫肟型硅膠對PPO材質(zhì)均無加速腐蝕作用；

4)脫肟型硅膠與匯流條、二極管引腳在潮濕密閉環(huán)境下易產(chǎn)生銅綠。

綜上研究表明，我們應(yīng)加強(qiáng)對光伏組件所用接線盒體材質(zhì)、EVA等材料與硅膠間匹配的管控。同時提倡組件制造商在對光伏組件使用脫肟型硅膠粘接接線盒時應(yīng)做到使硅膠完全固化后方可蓋上盒蓋，可使肟氣得到最大釋放，以減少材質(zhì)腐蝕的風(fēng)險。對于盒體材質(zhì)為PC材料的接線盒應(yīng)盡可能減少與脫肟型硅膠的匹配使用。

[1] 陳思斌， 王兵， 宋立芝， 等. 太陽光伏組件用有機(jī)硅粘接密封膠的分類與選用探討[J].有機(jī)硅材料， 2011， 25(6)： 394－396.

[2] BS EN 50548-2011， Junction boxes for photovoltaic modules(太陽能接線盒標(biāo)準(zhǔn))[S].

[3] GB/T 2424.10-1993， 電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程大氣腐蝕加速試驗的通用導(dǎo)則[S].

[4] 夏志偉， 夢凡國， 朱旭. 脫醇型單組份室溫硫化硅橡膠密封膠粘劑 [J]. 化學(xué)建材 ， 1991， (4)： 21 － 23.