光伏组件背板户外失效分析与应用

材料是关键™光伏组件背板户外失效分析与应用杜邦光伏解决方案2014年9月4日Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.组件材料需要长期耐受各类环境应力紫外线高温玻璃接线盒内部电场EVA封装胶膜电池片EVA封装胶膜背板紫外线湿气大气污染物物理磨损冷热应力机械载荷•背板为组件提供外层绝缘保护，同时阻隔水汽对组件内部材料的腐蚀•背板直接暴露在空气中，需要长期耐受紫外线/高温/冷热应力/机械磨损Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.2气候环境和应用对组件材料性能的要求中国地缘辽阔，气候和环境差异明显，安装在不同地区的光伏系统受气候和环境影响各不相同。组件材料的选用，须考虑不同地区沙尘、湿度、光照、温度和盐雾等环境影响。紫外老化在中国西部沙漠、荒漠和高原地区，组件实际安装25年内累计的紫外照射量远高于认证测试采用的剂量。加强组件背板紫外老化测试，对光伏电站达到25年使用年限至关重要。风沙磨损在中国西部和华北（如青海、甘肃、宁夏、新疆等）部分地区，由于强烈的风沙，应在标准中考虑背板耐磨性能。湿热盐雾腐蚀在东部沿海地区，要考虑背板材料的耐湿热、盐雾腐蚀性能和粘接力的稳定性。耐热和防火性能安装在屋顶的组件易出现热斑问题，应考虑背板材料的耐热和耐火性能。Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.3功率Pmax与短路电流Isc密切相关短路电流Isc下降:封装材料发黄﹑玻璃脏污﹑脱层和光致衰减大部分研究都报道了发黄和脱层现象材料户外老化影响组件功率衰减Jordanetal.,“DegradationRates–AnAnalyticalReview”,ProgressinPV,2011Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.4Operatingon3continentsCollectingdataonmodulesspanningover30years杜邦在全球开展户外组件研究项目杜邦AlexBradley博士在2011年，杜邦启动一项全球性的光伏组件研究，涵盖不同地区及气候范围。研究重点为可靠性与其它影响组件完整性的问题。5Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.背板材料和组件失效模式6与EVA或接线盒脱层层间脱层开裂发黄绝缘失效时间功率可靠性功率时间耐久性安全人员损伤品牌受损影响销售质保索赔增加投资成本背板失效组件失效潜在影响Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.不同背板户外失效类型Polyethlene聚乙烯背板断层和开裂户外老化21年欧洲PVDF偏氟乙烯背板黄变热斑处起泡起泡和开裂户外老化2年美国沙漠地区PET聚酯背板黄变、开裂和脱层开裂黄变户外老化12年日本户外老化4年欧洲FEVE氟涂料背板脱层与燃烧4年户外中国/美国PET背板材料开裂•运行4年•户外共2.3MW•在大约5,000块组件发现背板材料开裂•一些组件未通过湿漏电测试Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.8*“I–Vcurvesandvisualinspectionof250PVmodulesdeployedover2yearsinTucson”Kopp,E.S.;Lonij,V.P.;Brooks,A.E.;Hidalgo-Gonzalez,P.L.;Cronin,A.D.PhotovoltaicSpecialistsConference(PVSC),201238thIEEEPET背板外层黄变以及开裂美国亚利桑那州，9块PET背板组件，使用6年表观感觉有严重黄变和脆化FTIR显示材料出现降解.提示:这些户外结果与加速老化结果相一致11-42%的功率损失*傅里叶变换红外光谱(FTIR)9“...我们不会推荐任何组件厂商，如果它的组件采用的背板材料有过发黄的先例.”FelixHolz德意志银行(2013年10月)PVDF背板材料内层在户外2年后发黄10PVDF背板材料内层发黄Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.组件背板内层观测到发黄现象:4个国家(比利时，西班牙，美国和德国)组件户外使用时间少于5年5个不同的组件生产商海南户外23年•正面EVA中紫外吸收剂消耗明显EVA封装材料发黄**户外23年晶硅组件分析：董娴、沈辉、中山大学太阳能系统研究所Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.11西班牙热斑导致PVDF背板材料熔化开裂以色列西班牙Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.12荒漠光伏电站需考虑材料耐风沙磨损性能Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.13-----J.P.Thornton,TheeffectofsandstormsonPVarraysandcomponents.NREL/TP-411-4787USCategory:270DE92001240.March1992.亚克力(PMMA)棒显著受风沙磨损失重NREL研究表明，风沙对亚克力棒磨损最严重的范围在离地面约0～60厘米户外8年后，亚克力棒被磨损了0.25～0.46毫米；户外10年后，被磨损了0.36～0.97毫米塑料在户外（尤其是沙漠地区）长期受风沙磨损程度非常严重，有必要对组件，特别是背板进行耐风沙磨损测试亚克力塑料被风沙磨损的深度（英寸）户外案例：美国加州沙漠两根亚克力棒（高1米，直径3毫米）在户外8年和10年的磨损。文献来源：风沙对光伏阵列和部件的影响，美国可再生能源实验室户外8年磨损深度曲线0.25毫米0.36毫米0.46毫米0.97毫米户外10年磨损深度曲线14Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.在青海安装18月组件FEVE涂料背板外层减薄为16.5微米，而标称厚度为20微米背板FEVE涂层显著减薄15背板FEVE涂层脱落使用环境：美国新泽西，光伏电站，3年1%的涂料背板涂层剥落和严重损坏的早期迹象。失效模式:FEVE背板在焊带位置脆化开裂脱落原因：焊带位置过热产生的机械应力加速了材料的老化16(a)(b)美国新泽西州安装3年电站组件（a）组件使用的FEVE涂层背板涂层剥落（b）对这些户外组件使用的FEVE涂层背板和杜邦™特能®（Tedlar®）PVF背板的划格试验结果背板FEVE涂层粘接力显著降低17FEVE涂层应用于背板内层老化后失效**48小时HAST+50个冷热循环FEVE内涂层从PET基材上脱落*PVDF/PET/1微米FEVE涂层18采用杜邦™特能®PVF薄膜为背板材料保障组件功率长期稳定输出JRC研究结果证实使用基于杜邦™特能®PVF薄膜的背板的组件在20年左右户外使用后，年功率衰减率较低Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.19GETGPGGEG706050403020100%PowerDegradationofPVModulesafter~20YearsinField(JRCReport)基于杜邦™特能®PVF薄膜的背板公认的业界标准，唯一超过30年户外实绩验证杜邦™特能®(Tedlar®)PVF薄膜杜邦™特能®(Tedlar®)PVF薄膜聚酯薄膜PolyesterTPT背板结构•杜邦™特能®PVF薄膜应用于组件背板超过30年•适应各种气候类型(如沙漠、热带、滨海与山区)，持续提供长期的组件保护•杜邦™特能®PVF薄膜在耐候性、粘接力以及机械强度提供绝佳平衡特性Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.20Source:SMUD2010AnnualReport北美首个MW级光伏电站1984年安装加州Sacramento1MW基于杜邦™特能®PVF薄膜的TPT背板0.9%年功率衰减21Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.1982年安装瑞士10kW基于杜邦™特能®PVF薄膜的背板0.4%年功率衰减欧洲首个上网光伏系统22瑞士南方科技大学（SUPSI）Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.Page2323©EIDuPont2014甘肃兰州27年总功率衰减10%基于杜邦™特能®PVF薄膜的背板海南尖峰岭23年总功率衰减6.1%基于杜邦™特能®PVF薄膜的背板浙江宁波23年总功率衰减10.6%基于杜邦™特能®PVF薄膜的TPT背板耐受气候123北京上海Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.国内早期光伏系统23材料是关键TM总结国内光伏电站户外使用环境严苛，需要使用耐久材料光伏产品的长期可靠性和材料质量重新引起市场关注材料保护组件免受各类户外环境侵蚀，其失效会导致发电量损失长期户外曝晒是对组件材料的终极检验户外研究发现很多背板材料失效案例背板材料最常出现的户外失效有：发黄、开裂、脱层、热斑熔融开裂和耐候层受风沙磨损减薄等基于杜邦™特能®PVF薄膜的背板保障组件功率长期稳定输出唯一超过30年户外实绩验证适应各种气候，长期保护组件了解您的组件材料，确保投资回报率Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.2425Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.25问答时间26Copyright©DuPont2014.Allrightsreserved.photovoltaics.dupont.com.cnCopyright©2014DuPont.Allrightsreserved.TheDuPontOvalLogo,DuPont™,Themiraclesofscience™,MaterialsMatter™,andallproductsdenotedwith®or™areregisteredtrademarksortrademarksofE.I.duPontdeNemoursandCompanyoritsaffiliates.