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热缩试验仪在光伏组件背板材料湿热老化评估中的应用案例

在光伏行业,组件背板作为保护电池片免受环境侵蚀的关键外层材料,其长期尺寸稳定性直接关系到组件的功率衰减速率与野外使用寿命

在光伏行业,组件背板作为保护电池片免受环境侵蚀的关键外层材料,其长期尺寸稳定性直接关系到组件的功率衰减速率与野外使用寿命。背板通常为多层复合材料(如PET基材/氟膜/粘合层),在组件层压工艺(约150°C)及后续几十年户外湿热环境中,若各层材料热收缩率不匹配或随老化发生变化,将导致背板起皱、开裂、甚至与封装材料脱层,造成性能下降与安全隐患。某一线光伏组件制造商在为其新一代双玻组件选配新型轻量化背板时,就遭遇了加速老化测试中的意外失效问题。

 

一、 具体问题:新型背板在DH2000测试后出现的边缘翘曲与脱层

该企业为降低组件重量和成本,评估了一款采用新型耐水解PET与薄型氟膜复合的背板(型号X-Backsheet)。初期常规性能测试(剥离强度、绝缘性等)全部合格,并顺利通过了标准序列的组件层压。然而,在更为严苛的双85湿热老化测试(85°C/85% RH,计划进行2000小时)进行到约1000小时时,测试组件边缘的背板开始出现肉眼可见的局部翘曲,随后发展成与下层封装胶膜(EVA)的局部脱层。这引发了严重关切:是背板材料本身的耐湿热老化性能不足,还是其与EVA的热机械性能(收缩/膨胀)在老化后失配加剧?

二、 应用RSY-02热缩试验仪进行的机理探究与定量分析

研发中心材料实验室采用RSY-02热缩试验仪,设计了一套模拟老化前后收缩行为变化的对比测试,以液体介质加热确保温度均匀性和可控性,精准量化材料尺寸变化。

1. 老化前后材料基础收缩特性对比

试样制备:从未经老化的新背板上,以及从已发生脱层的老化测试组件上小心剥离(未损伤区域)的背板上,分别裁取多片纵向(MD,沿卷材方向)和横向(TD)的100mm×100mm试样。所有试样在标准温湿度条件下平衡24小时。

关键测试一:层压工艺温度模拟:将新旧两组试样置于RSY-02中,在150°C的硅油介质中加热10分钟(模拟实际层压工艺的加热过程),随后迅速转入室温硅油中冷却定型。测量加热前后的精确尺寸,计算收缩率。

数据发现:

新背板:在150°C下,MD方向收缩率为0.15%,TD方向为0.08%,表现出优异的尺寸稳定性。

老化后背板:在同样150°C下,其收缩行为发生剧变:MD方向收缩率激增至0.85%,TD方向增至0.45%。这说明湿热老化显著改变了背板(尤其是PET基材)的热机械性能,使其在受热时产生“记忆性”收缩,应力远超初期。

2. 温度扫描与失效机理揭示

关键测试二:收缩行为温度依赖关系:为进一步了解失效发生的温度阈值,选取老化后背板试样,在RSY-02中分别在80°C、100°C、120°C、150°C进行阶梯测试(每个温度下加热10分钟,冷却测量后更换新试样进行下一温度测试)。

数据发现:老化后背板的收缩主要发生在100°C以上。在80°C时收缩可忽略,在120°C时已达150°C时收缩量的70%以上。这解释了一个关键现象:双85测试中,环境温度为85°C,但组件内部因电池片发热,局部温度完全可能超过100°C。正是这个高于老化环境温度的内部工作温升,触发了已老化背板的剧烈收缩,而EVA在此温度下仍保持粘弹状态,无法抵抗此收缩应力,最终导致界面脱层。

3. 与竞品材料的对标分析

对比测试:使用RSY-02,对企业目前稳定使用的传统厚型氟膜背板(Y-Backsheet)进行完全相同的“新材-模拟老化后”收缩率对比测试(模拟老化采用同等条件的湿热老化试验箱处理背板样片,而非做成组件)。

决定性数据:传统背板Y在经过模拟老化后,其在150°C下的收缩率仅从0.12%增加到0.25%,变化幅度远小于新型背板X。这表明新型背板X所用PET基材的耐湿热老化诱导结晶能力(导致收缩力增大)是短板。

三、 数据驱动的供应链管理优化与设计改进

基于RSY-02提供的清晰、定量的收缩率数据,企业做出了精准决策:

供应商技术规格的强化:立即暂停新型背板X的导入流程。向所有背板供应商发布更新的材料技术规格书,新增一项强制性条款:“背板试样经标准湿热老化(如85°C/85% RH,1000小时)预处理后,其在150°C硅油介质中加热10分钟的收缩率(MD/TD),增加值不得超过原始值的0.3%(绝对值)。” 该测试方法明确参照RSY-02的液体介质法。

内部材料评估流程的完善:将RSY-02测试纳入所有新背板、新封装材料评估的必做项目。要求供应商在送样时必须同时提供新料和经企业实验室或双方认可的条件老化后的料片,并完成收缩率数据对比。这从源头杜绝了“初始合格、老化失效”的风险。

组件设计端应用:对于已采用类似材料的其他在产产品,设计部门根据RSY-02测得的收缩率数据,重新评估了组件边缘的力学设计(如边框压紧力、硅胶密封的应力缓冲作用),并对重点市场发布了更严格的安装通风间距指南,以降低组件工作温度,规避风险窗口。

通过运用RSY-02热缩试验仪对材料老化前后的热收缩行为进行精确量化,该光伏企业成功地将一个在长期可靠性测试中暴露的复杂失效问题,归结为一个可测量、可控制的单一材料性能指标。这不仅避免了可能因批量使用有缺陷材料导致的巨大售后风险,更重要的是建立了一套基于性能衰减数据而非仅仅初始性能的、更为科学的供应链材料筛选与质量控制体系,为光伏组件长达25年以上的功率质保提供了更坚实的底层数据支撑。