太阳能光伏组件用物料匹配性研究

■ 杨松 沈道军 罗易 周承军 王仕鹏 黄纬 黄海燕

(1.浙江正泰新能源开发有限公司；2.浙江正泰太阳能科技有限公司)

0 引言

近年来随着光伏市场的快速发展和现阶段光伏组件制造商成本压力的上升，使人们对光伏组件所用材料的要求更高，材料更新速度加快。考虑到光伏组件应用环境的多变性与客户对产品质量要求的不断提高，为确保产品质量，我们通过实验与电站失效分析相结合的方法对光伏组件用的硅胶(脱肟/脱醇)[1]、EVA、接线盒壳体(PPO/PC)、金属连接件Cu等材质彼此间的匹配性做相关研究，从而确定其性能。最终希望通过对不同材料间匹配性的研究为光伏组件所用材料的选型提供参考。

1 失效案例介绍

据相关数据统计，太阳能光伏组件在季风气候东南亚国家电站应用后出现不同形态的失效，具体有：接线盒内汇流条腐蚀、接线盒壳体材质(PPO/PC)腐蚀或龟裂、二极管引脚产生铜绿、EVA发生黄变、组件霉变等[2]。图1为A公司生产的光伏组件在泰国某电站应用后出现的失效表现形态。

图1 失效案列

2 实验方法

针对A公司泰国电站出现的失效形态，我们根据光伏组件的电气原理，选取B硅胶公司生产的脱肟型与脱醇型2种型号硅胶，将其分别注入5个等容积的玻璃器皿中(注入等量硅胶)。硅胶注入完毕后立即盖上玻璃器皿瓶盖(玻璃器皿应预先将底部放置层压好的EVA小料、粘贴PPO与PC接线盒壳体2种不同材质，且玻璃器皿内表面用水润湿，器皿盖子上预先插入连接完成的汇流条及二极管)，将制作完毕的样品分别使用DC恒流源通入I=9 A的电流、反向施加U=45 V电压，并分别放置在DH双85老化测试箱、85 ℃恒温箱、常温25 ℃等条件下进行测试[3]。

2.1 实验计划

实验项目、实验目的、试验方法及要求的相关信息见表1。

2.2 实验器材

表1 实验计划统计

实验使用器材有：DC恒流源；万用表；验电笔；螺丝刀；汇流条8×0.35 mm；脱肟、脱醇型硅胶；二极管12SQ045；接线盒壳体材质(PPO/PC)；DH老化检测仪；恒温箱。

2.3 实验步骤

1)按实验设计方案制作实验样品；

2)按实验图连接电路并营造符合条件的测试环境；

3)打开DC恒流源分别正向通入I=9 A、反向施加U=45 V的电流电压；

4)DH双85老化模拟测试1000 h后，跟踪汇流条及接线盒壳体材质(PPO/PC)、EVA、二极管引脚等材质的变化；

5)常温测试样品每天跟踪汇流条及接线盒壳体材质(PPO/PC)、EVA、二极管引脚等材质的变化，共计监测1000 h；

6)样品85 ℃恒温箱测试1000 h后，跟踪汇流条及接线盒壳体材质(PPO/PC)、EVA、二极管引脚等材质的变化。

3 实验监控及分析

3.1 DH双85老化测试(实验组1)

脱肟型硅胶和脱醇型硅胶相关样品的DH双85老化测试结果分别见图2和图3。

图2 脱肟型硅胶样品的DH双85老化测试

图3 脱醇型硅胶样品的DH双85老化测试

由图2、3可知，采用脱肟型硅胶制作的3组(二极管正偏、反偏、无电势差)实验样品，经DH 1000 h测试后接线盒PC材质分别出现了不同程度的腐蚀现象。而PPO材质、汇流条、EVA(图4)、二极管均未出现失效。此外，经实验脱醇型硅胶制作的3组(二极管正偏、反偏、无电势差)实验样品，经DH 1000 h后接线盒PC、PPO材质、汇流条、二极管均未出现腐蚀现象。层压后的EVA与脱醇型硅胶较易发生黄变 (图 5)。

图4 脱肟型硅胶测试组

图5 脱醇型硅胶测试组

3.2 85 ℃恒温箱测试(实验组2)

脱肟型硅胶和脱醇型硅胶相关样品在85 ℃恒温箱测试的结果如图6所示。由图6可知，采用脱醇型硅胶(样品H)的实验组件表现出EVA、硅胶严重黄变，但PPO、PC材质、汇流条、二极管均未出现不良。而脱肟型硅胶(样品G)对比组表现出PC材质严重腐蚀，而样品中的PPO材质、汇流条、二极管均未出现不良。

图6 样品85 ℃恒温箱测试

3.3 常温25 ℃测试(实验组3)

脱肟型硅胶和脱醇型硅胶相关样品常温25 ℃测试的结果如图7所示。

图7 样品常温25 ℃测试

由图7可知，采用脱醇型硅胶(样品J)的实验组件表现出EVA严重黄变现象，PC、PPO材质、汇流条、二极管均未出现不良。而脱肟型硅胶(样品I)EVA轻微发黄、PC材质无异常；但样品中的PPO材质轻微腐蚀，汇流条、二极管引脚有铜绿生成。

4 电站实际案例分析

为使实验结果与电站失效案例有效结合，我们选用失效的光伏接线盒与经DH 1000 h老化后的实验样品进行失效模拟对比分析，以便确定材料间在特定环境下的失效方式。残留物分析结果如图8所示。

图8 残留物分析

接线盒190 ℃高温烘烤验证(无硅胶)如图9所示。

图9 接线盒190 ℃高温烘烤验证(无硅胶)

通过对接线盒190 ℃高温烘烤实验、硅胶+材质匹配实验、电站实际案例3项分析可知，失效接线盒内的黄色物质应为：接线盒材质与脱肟硅胶释放的肟气在高温的条件下发生化学反应后的生成物(产生高温条件可能性因素有：组件热斑导致二级管导通、二极管经ESD击穿后长期呈阻性工作、金属间产生直流拉弧等)[4]。

5 总结

通过实验结果与电站应用失效案例分析知：

1)脱肟型硅胶对光伏接线盒PC材质有腐蚀作用(高温+高湿可加速腐蚀)；

2)脱醇型硅胶与光伏组件用封装材料EVA会发生黄变反应，促使EVA加速黄变(高温可加速黄变)；

3)脱醇、脱肟型硅胶对PPO材质均无加速腐蚀作用；

4)脱肟型硅胶与汇流条、二极管引脚在潮湿密闭环境下易产生铜绿。

综上研究表明，我们应加强对光伏组件所用接线盒体材质、EVA等材料与硅胶间匹配的管控。同时提倡组件制造商在对光伏组件使用脱肟型硅胶粘接接线盒时应做到使硅胶完全固化后方可盖上盒盖，可使肟气得到最大释放，以减少材质腐蚀的风险。对于盒体材质为PC材料的接线盒应尽可能减少与脱肟型硅胶的匹配使用。

[1] 陈思斌， 王兵， 宋立芝， 等. 太阳光伏组件用有机硅粘接密封胶的分类与选用探讨[J].有机硅材料， 2011， 25(6)： 394－396.

[2] BS EN 50548-2011， Junction boxes for photovoltaic modules(太阳能接线盒标准)[S].

[3] GB/T 2424.10-1993， 电工电子产品基本环境试验规程大气腐蚀加速试验的通用导则[S].

[4] 夏志伟， 梦凡国， 朱旭. 脱醇型单组份室温硫化硅橡胶密封胶粘剂 [J]. 化学建材 ， 1991， (4)： 21 － 23.