摘要：太陽(yáng)能光伏發(fā)電行業(yè)的迅猛發(fā)展，推動(dòng)了太陽(yáng)能地面光伏組件用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的廣泛應(yīng)用。本文分別從光伏組件用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的應(yīng)用特點(diǎn)、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性、檢測(cè)方法與實(shí)際受力的符合性、耐長(zhǎng)期人工老化的持久性、綠色環(huán)保型等方面，闡述了通過(guò)GB/T 29595—2023《地面用光伏組件密封材料硅橡膠密封劑》測(cè)試項(xiàng)目的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，并再次滿足歐洲標(biāo)準(zhǔn)ETAG002的技術(shù)要求時(shí)，在太陽(yáng)能地面光伏組件中的應(yīng)用更合理可靠。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能光伏組件；歐洲標(biāo)準(zhǔn)；硅酮結(jié)構(gòu)密封膠；可靠性

中圖分類號(hào)：TQ436+.6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2025）01-0012-04

Application and reliability of European standards silicone structural sealant in solar photovoltaic modules

YANG Xiuli，YANG Xiaofei，CHEN Jifang，SU Huifang，QI Beibei，QIN Yingzhi，ZHANG Yanhong

（Zhengzhou ZhongyuanSilande High Technology Co.，Ltd.，Zhengzhou 450007，China）

Abstract：The rapid development of solar photovoltaic power generation industry has promoted the wide applica-tion of silicone structural sealant for solar ground photovoltaic modules.In this paper，the application of silicone structural sealants in solar ground photovoltaic modules is more reasonable and reliable when it meets the technical requirements of the European standard ETAG002 from the aspects of the application characteristics of silicone structural sealants for photovoltaic modules，the advancement of testing standards，the compliance of testing meth-odswith actual stress，the durability of long-term artificial aging，and green environmental protection.

Key words：solar photovoltaic modules；european standard；silicone structural sealant；reliability

面對(duì)逐年上升的全球溫室氣體排放量及全球倡導(dǎo)節(jié)能減排的大環(huán)境，作為清潔能源行業(yè)的引領(lǐng)者，中國(guó)在發(fā)展可再生能源技術(shù)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，以及控制氣候變化等方面均體現(xiàn)出應(yīng)有的擔(dān)當(dāng)和責(zé)任[1]。近些年得益于國(guó)家相關(guān)政策的鼓勵(lì)與支持，中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈已完全實(shí)現(xiàn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，是中國(guó)在未來(lái)實(shí)現(xiàn)能源革命的重要?jiǎng)恿χ籟2]。其中地面光伏組件由于具有更長(zhǎng)生命周期的發(fā)電量、更高的防火等級(jí)、更長(zhǎng)的質(zhì)保年限等優(yōu)點(diǎn)，為太陽(yáng)能光伏發(fā)電領(lǐng)域貢獻(xiàn)了不菲的力量。

光電轉(zhuǎn)化效率作為光伏發(fā)電中最重要的性能指標(biāo)，除了受電池質(zhì)量的影響外，光伏組件的密封性與安全性也是至關(guān)重要的影響因素[3]，硅酮密封膠目前在光伏組件的密封和粘接方面發(fā)揮了巨大作用。該類密封膠在一定溫度下借助空氣中水汽，反應(yīng)釋放出小分子物質(zhì)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的彈性體，性能優(yōu)異且使用方便。在光伏組件應(yīng)用中，有機(jī)硅密封膠主要用于邊框密封[4-5]、背板接線盒的粘接、接線盒灌封[6]、支架粘接[7]等。不同于一般的硅酮密封膠，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠是一種在建筑業(yè)中廣泛使用的密封膠。它可以粘接多種基材，包括玻璃、金屬、石材和混凝土，特別適用于戶外應(yīng)用[8]。與傳統(tǒng)的瀝青涂料和瀝青紙相比，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠具有優(yōu)異的耐候性、高粘接強(qiáng)度、抗老化、抗紫外線、抗腐蝕、抗高溫和抗低溫性能等特點(diǎn)，能夠滿足各種復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)的防水密封需求[9-10]。在光伏領(lǐng)域除了用于光伏建筑一體化（如光伏屋頂），還主要用于光伏玻璃或背板與掛鉤等結(jié)構(gòu)件的粘接固定。因此，結(jié)構(gòu)膠的性能將直接影響地面光伏組件的安全性與使用壽命[11]。

1檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性

目前世界上應(yīng)用較廣的硅酮結(jié)構(gòu)膠標(biāo)準(zhǔn)主要有GB 16776《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》（以下簡(jiǎn)稱GB 16776）、美國(guó)ASTM C1184《硅酮結(jié)構(gòu)密封膠標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱ASTM C1184）和歐洲ETAG002《結(jié)構(gòu)密封膠裝配體系（SSGS）歐洲技術(shù)認(rèn)證指南》（以下簡(jiǎn)稱ETAG002）。GB 16776與ASTM C1184在檢測(cè)項(xiàng)目上非常類似，它們主要考察了結(jié)構(gòu)膠在標(biāo)準(zhǔn)條件、高低溫條件、浸水和水-紫外光輻照后的拉伸粘接強(qiáng)度及界面破壞情況。而ETAG002和二者有較大差異。在力學(xué)性能方面，除了拉伸性能，還考察了剪切、撕裂、機(jī)械疲勞和蠕變性能，測(cè)試結(jié)構(gòu)膠在復(fù)雜受力條件下的性能。在環(huán)境老化方面，除了考察高低溫下的拉伸和剪切性能，還考察了鹽霧、酸霧、清潔劑和1 008 h水-紫外光輻照老化性能，更貼合光伏組件在戶外環(huán)境的實(shí)際使用條件。

由表1可以看出GB16776和ASTM C1184檢測(cè)項(xiàng)目比較少，判定方法較簡(jiǎn)單。ETAG002的檢測(cè)項(xiàng)目更全面、判定方法更科學(xué)合理，且與硅酮結(jié)構(gòu)膠在太陽(yáng)能光伏組件上的應(yīng)用環(huán)境更接近。

2光伏組件用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的可靠性

光伏組件的發(fā)電壽命一般設(shè)計(jì)為25～30年，期間，要經(jīng)受曝曬、風(fēng)吹、雨和雪等惡劣的氣候環(huán)境，要滿足如此嚴(yán)苛的使用條件，具備卓越的耐紫外光和耐大氣老化性能的有機(jī)硅材料是不二選擇[12]。太陽(yáng)能地面用晶體硅光伏組件環(huán)境適用性測(cè)試是其可靠性和穩(wěn)定性的重要保障。

所用的硅酮密封膠從其應(yīng)用環(huán)境來(lái)看，必須滿足戶外地理氣候條件的差異性，對(duì)其性能特點(diǎn)提出了以下要求：良好的耐候能力，能夠耐受高低溫環(huán)境考驗(yàn)（如西部地區(qū)炎熱干燥，而南部省份高溫潮濕）；良好的耐紫外光曝曬能力；良好的粘接能力（UV照射、暴雨、大風(fēng)、高低溫環(huán)境）；良好的耐燃燒能力；良好的抗機(jī)械、冷熱沖擊及防震能力[13]。

GB/T 29595《地面用光伏組件密封材料硅橡膠密封劑》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)地面光伏組件密封劑，力學(xué)性能規(guī)定了拉伸、定伸、剪切等項(xiàng)目，而環(huán)境老化性能只闡述了濕熱、熱循環(huán)、濕冷試驗(yàn)等項(xiàng)目，對(duì)比歐洲標(biāo)準(zhǔn)ETAG002，力學(xué)性能和環(huán)境老化檢測(cè)項(xiàng)目各有所長(zhǎng)，且相輔相成。眾所周知符合ETAG002標(biāo)準(zhǔn)并具有25年質(zhì)量保證的部分硅酮結(jié)構(gòu)密封膠不但具有高強(qiáng)度、高模量特點(diǎn)，而且具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐高溫高濕及長(zhǎng)期耐老化的能力，對(duì)被粘基材無(wú)污染、無(wú)腐蝕。它不僅被大量應(yīng)用在建筑幕墻的結(jié)構(gòu)裝配、充氣中空玻璃及普通中空玻璃的邊部粘接密封，而且還能夠用于太陽(yáng)能光伏組件的結(jié)構(gòu)粘接。由目前硅酮密封膠數(shù)百萬(wàn)次的疲勞試驗(yàn)研究可知，選擇結(jié)構(gòu)密封膠不能片面追求高強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)率，也應(yīng)兼顧各種性能優(yōu)勢(shì)最大化，尤其在復(fù)雜環(huán)境條件的綜合作用下，更應(yīng)該注重其長(zhǎng)期耐老化的能力。以下從檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性、檢測(cè)方法與實(shí)際受力的符合性、耐長(zhǎng)期人工老化環(huán)境的優(yōu)異性、綠色環(huán)保型等方面闡述符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)ETAG002并質(zhì)保25年的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在太陽(yáng)能光伏組件中應(yīng)用的合理可靠性。

3光伏組件用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的應(yīng)用特點(diǎn)

地面光伏組件用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠主要應(yīng)用于晶體硅光伏雙玻組件和薄膜組件的背軌結(jié)構(gòu)粘接。組裝光伏組件，要求密封膠貼合緊密、連接牢固、密封良好，并且不能損壞層壓板和玻璃[14]。在選用掛鉤-支架法連接時(shí)，而液態(tài)的密封膠不僅能夠充分填充間隙，而且能很好地填充微觀不平整處，固化后形成彈性膠層，密封性得到顯著提高[15]。Kang等[16]發(fā)現(xiàn)層壓板和框架可以通過(guò)液態(tài)的密封膠實(shí)現(xiàn)連續(xù)且高強(qiáng)度的連接，使得太陽(yáng)能電池組件的承載能力和整體剛性提高，應(yīng)力分布更均勻。需注意的是在組件設(shè)計(jì)階段提前對(duì)硅酮結(jié)構(gòu)膠做全面性能的考察，如設(shè)計(jì)粘接區(qū)域、計(jì)算粘接面積和膠層厚度，進(jìn)行結(jié)構(gòu)膠與安裝塊的粘接性試驗(yàn)等。為組件安全考慮，一旦設(shè)計(jì)定型后不能輕易減少打膠厚度和打膠面積。另外硅酮結(jié)構(gòu)密封膠施工一般在組件工廠，依靠全自動(dòng)打膠設(shè)備完成，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需打膠，安裝效率大大提高。

對(duì)比其他的連接方式，比如壓塊法是依靠橡膠墊條的彈性變形來(lái)填充微觀間隙，其組裝雖然簡(jiǎn)單快捷，但結(jié)合強(qiáng)度不高，膠條變形能力有限，對(duì)于小缺陷不能完全填充，還必須保證橡膠墊不能滑出，每個(gè)螺栓都需要擰到足夠扭力，安裝方法繁雜。

3.1檢測(cè)方法與實(shí)際受力的符合性

由于光伏組件需要固定在露天場(chǎng)所中，且面板與支架連接有一定傾斜角度，盡可能最大程度的吸收太陽(yáng)光達(dá)到其發(fā)電的作用。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠將掛件與光伏面板粘接成一體，掛件再與支架連接，所以密封膠起到了結(jié)構(gòu)粘接的作用，其受力形式多樣且方向復(fù)雜。符合ETAG002標(biāo)準(zhǔn)的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠由于通過(guò)了疲勞試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)、抗撕裂試驗(yàn)的測(cè)試，可以驗(yàn)證疲應(yīng)力、長(zhǎng)期剪切和拉伸載荷共同作用下的蠕變，以及抵抗撕裂能力對(duì)密封膠性能的影響。其中撕裂試驗(yàn)是評(píng)估結(jié)構(gòu)密封膠切口后的抗撕裂能力及切口的延伸方式，蠕變?cè)囼?yàn)是判定結(jié)構(gòu)密封膠在長(zhǎng)期剪切與拉伸載荷作用下的蠕變情況。要求力卸載24 h后試樣在水平方向上的位移不超過(guò)0.1 mm。蠕變?cè)囼?yàn)尤為重要，它能針對(duì)結(jié)構(gòu)膠承受所有應(yīng)力（包括玻璃的自重）的玻璃板塊類型（無(wú)支撐），沒(méi)有設(shè)置用于降低粘接失效產(chǎn)生危險(xiǎn)的安全裝置，與光伏組件掛鉤式安裝類似，對(duì)結(jié)構(gòu)膠持續(xù)受力下的性能有極高的要求。除此以外的其它類型都是需要設(shè)置安全裝置的（有支撐），風(fēng)載、震動(dòng)及玻璃自重等應(yīng)力由結(jié)構(gòu)膠和支撐共同承受，對(duì)結(jié)構(gòu)膠的要求相對(duì)較低，一些光伏組件廠家更關(guān)注用于無(wú)支撐安裝的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的蠕變性能。

3.2耐長(zhǎng)期人工老化環(huán)境的優(yōu)異性

歐洲標(biāo)準(zhǔn)ETAG002中耐人工老化項(xiàng)目主要包括1 008 h水-紫外光輻照、鹽霧、酸霧、清潔劑浸泡等。主要目的是利用人工模擬鹽霧環(huán)境、酸霧環(huán)境、清潔劑環(huán)境、水-紫外光輻照環(huán)境來(lái)考察這些特殊條件對(duì)密封膠老化性能的影響。另外GB/T 29595的人工老化項(xiàng)目主要有濕熱（DH）、濕凍（HF）和熱循環(huán)（TC）3項(xiàng)。一般性能較好的硅酮結(jié)構(gòu)膠能夠同時(shí)滿足鹽霧、酸霧、清潔劑、水-紫外光輻照、高溫高濕、高低溫循環(huán)、高溫高濕-低溫循環(huán)等各種環(huán)境的要求。比如在DH1000后的拉伸粘接強(qiáng)度保持率為70%以上，HF10和TC200后的拉伸粘接強(qiáng)度保持率均大于等于85%。延長(zhǎng)試驗(yàn)周期至DH1500、HF20和TC300后，結(jié)構(gòu)膠仍能具有很好的拉伸強(qiáng)度保持率和粘接性，具有優(yōu)異的耐人工老化可靠性能。

3.3綠色環(huán)保型

近年來(lái)，隨著環(huán)保意識(shí)的提高，許多建筑設(shè)計(jì)師和建筑材料生產(chǎn)商開(kāi)始使用環(huán)保型硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，這些密封膠不含VOC和有害物質(zhì)，對(duì)人體健康和環(huán)境保護(hù)具有重要意義[17-18]。目前在常用的縮合型室溫硫化中性硅酮密封膠中，光伏組件最常用的是脫醇型和脫酮肟型硅酮密封膠。國(guó)內(nèi)光伏組件用硅酮密封膠主要以脫酮肟型為主，只有少數(shù)產(chǎn)品為脫醇型。從機(jī)理上講，脫醇型有機(jī)硅密封膠因其與光伏電池組件所用的其他材料具有很好的相容性及低毒性更適合光伏組件使用[19]，脫出來(lái)的醇型小分子氣體對(duì)周圍環(huán)境無(wú)污染，對(duì)基材無(wú)腐蝕，屬于綠色環(huán)保型產(chǎn)品。另外隨著研究技術(shù)的不斷進(jìn)步，客戶選擇硅酮結(jié)構(gòu)密封膠時(shí)有多種顏色可選，例如白色、黑色、灰色、透明等。根據(jù)建筑外墻的顏色和外觀要求，選擇適合的顏色和透明度的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，以達(dá)到美觀的效果[20-21]。

4結(jié)語(yǔ)

本文闡述了中國(guó)光伏發(fā)電行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及美好前景，并肯定了太陽(yáng)能光伏組件在此行業(yè)中的重要地位，通過(guò)列舉光伏組件的用膠部位的差別，突出硅酮結(jié)構(gòu)密封膠主要應(yīng)用于晶體硅光伏雙玻組件和薄膜組件的背軌結(jié)構(gòu)粘接時(shí)的重要作用。同時(shí)對(duì)這種太陽(yáng)能光伏組件所用的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠從應(yīng)用特點(diǎn)、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性、檢測(cè)方法與實(shí)際受力的符合性、耐長(zhǎng)期人工老化環(huán)境的優(yōu)異性、綠色環(huán)保等幾方面論證了通過(guò)GB/T 29595的測(cè)試項(xiàng)目的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，并再次滿足歐洲標(biāo)準(zhǔn)ETAG002的技術(shù)要求時(shí)，在太陽(yáng)能地面光伏組件中的應(yīng)用更合理可靠。選用耐老化性能優(yōu)異、并取得歐洲權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)的全性能檢測(cè)報(bào)告、具有25年質(zhì)保的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，可適當(dāng)延長(zhǎng)光伏組件的使用壽命并一定程度上提高了光電轉(zhuǎn)換效率。該類硅酮結(jié)構(gòu)密封膠產(chǎn)品在光伏組件中的應(yīng)用更加安全可靠。

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（責(zé)任編輯：張玉平）