欧标硅酮结构密封胶在太阳能光伏组件中的应用及可靠性

摘要：太阳能光伏发电行业的迅猛发展，推动了太阳能地面光伏组件用硅酮结构密封胶的广泛应用。本文分别从光伏组件用硅酮结构密封胶的应用特点、检测标准的先进性、检测方法与实际受力的符合性、耐长期人工老化的持久性、绿色环保型等方面，阐述了通过GB/T 29595—2023《地面用光伏组件密封材料硅橡胶密封剂》测试项目的硅酮结构密封胶，并再次满足欧洲标准ETAG002的技术要求时，在太阳能地面光伏组件中的应用更合理可靠。

关键词：太阳能光伏组件；欧洲标准；硅酮结构密封胶；可靠性

中图分类号：TQ436+.6文献标志码：A文章编号：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

面对逐年上升的全球温室气体排放量及全球倡导节能减排的大环境，作为清洁能源行业的引领者，中国在发展可再生能源技术、实现节能减排，以及控制气候变化等方面均体现出应有的担当和责任[1]。近些年得益于国家相关政策的鼓励与支持，中国光伏产业的全产业链已完全实现自主知识产权，是中国在未来实现能源革命的重要动力之一[2]。其中地面光伏组件由于具有更长生命周期的发电量、更高的防火等级、更长的质保年限等优点，为太阳能光伏发电领域贡献了不菲的力量。

光电转化效率作为光伏发电中最重要的性能指标，除了受电池质量的影响外，光伏组件的密封性与安全性也是至关重要的影响因素[3]，硅酮密封胶目前在光伏组件的密封和粘接方面发挥了巨大作用。该类密封胶在一定温度下借助空气中水汽，反应释放出小分子物质，形成三维网状结构的弹性体，性能优异且使用方便。在光伏组件应用中，有机硅密封胶主要用于边框密封[4-5]、背板接线盒的粘接、接线盒灌封[6]、支架粘接[7]等。不同于一般的硅酮密封胶，硅酮结构密封胶是一种在建筑业中广泛使用的密封胶。它可以粘接多种基材，包括玻璃、金属、石材和混凝土，特别适用于户外应用[8]。与传统的沥青涂料和沥青纸相比，硅酮结构密封胶具有优异的耐候性、高粘接强度、抗老化、抗紫外线、抗腐蚀、抗高温和抗低温性能等特点，能够满足各种复杂的建筑结构的防水密封需求[9-10]。在光伏领域除了用于光伏建筑一体化（如光伏屋顶），还主要用于光伏玻璃或背板与挂钩等结构件的粘接固定。因此，结构胶的性能将直接影响地面光伏组件的安全性与使用寿命[11]。

1检测标准的先进性

目前世界上应用较广的硅酮结构胶标准主要有GB 16776《建筑用硅酮结构密封胶》（以下简称GB 16776）、美国ASTM C1184《硅酮结构密封胶标准规范》（以下简称ASTM C1184）和欧洲ETAG002《结构密封胶装配体系（SSGS）欧洲技术认证指南》（以下简称ETAG002）。GB 16776与ASTM C1184在检测项目上非常类似，它们主要考察了结构胶在标准条件、高低温条件、浸水和水-紫外光辐照后的拉伸粘接强度及界面破坏情况。而ETAG002和二者有较大差异。在力学性能方面，除了拉伸性能，还考察了剪切、撕裂、机械疲劳和蠕变性能，测试结构胶在复杂受力条件下的性能。在环境老化方面，除了考察高低温下的拉伸和剪切性能，还考察了盐雾、酸雾、清洁剂和1 008 h水-紫外光辐照老化性能，更贴合光伏组件在户外环境的实际使用条件。

由表1可以看出GB16776和ASTM C1184检测项目比较少，判定方法较简单。ETAG002的检测项目更全面、判定方法更科学合理，且与硅酮结构胶在太阳能光伏组件上的应用环境更接近。

2光伏组件用硅酮结构密封胶的可靠性

光伏组件的发电寿命一般设计为25～30年，期间，要经受曝晒、风吹、雨和雪等恶劣的气候环境，要满足如此严苛的使用条件，具备卓越的耐紫外光和耐大气老化性能的有机硅材料是不二选择[12]。太阳能地面用晶体硅光伏组件环境适用性测试是其可靠性和稳定性的重要保障。

所用的硅酮密封胶从其应用环境来看，必须满足户外地理气候条件的差异性，对其性能特点提出了以下要求：良好的耐候能力，能够耐受高低温环境考验（如西部地区炎热干燥，而南部省份高温潮湿）；良好的耐紫外光曝晒能力；良好的粘接能力（UV照射、暴雨、大风、高低温环境）；良好的耐燃烧能力；良好的抗机械、冷热冲击及防震能力[13]。

GB/T 29595《地面用光伏组件密封材料硅橡胶密封剂》标准中对地面光伏组件密封剂，力学性能规定了拉伸、定伸、剪切等项目，而环境老化性能只阐述了湿热、热循环、湿冷试验等项目，对比欧洲标准ETAG002，力学性能和环境老化检测项目各有所长，且相辅相成。众所周知符合ETAG002标准并具有25年质量保证的部分硅酮结构密封胶不但具有高强度、高模量特点，而且具有优异的力学性能、耐高温高湿及长期耐老化的能力，对被粘基材无污染、无腐蚀。它不仅被大量应用在建筑幕墙的结构装配、充气中空玻璃及普通中空玻璃的边部粘接密封，而且还能够用于太阳能光伏组件的结构粘接。由目前硅酮密封胶数百万次的疲劳试验研究可知，选择结构密封胶不能片面追求高强度、高伸长率，也应兼顾各种性能优势最大化，尤其在复杂环境条件的综合作用下，更应该注重其长期耐老化的能力。以下从检测标准的先进性、检测方法与实际受力的符合性、耐长期人工老化环境的优异性、绿色环保型等方面阐述符合欧洲标准ETAG002并质保25年的硅酮结构密封胶在太阳能光伏组件中应用的合理可靠性。

3光伏组件用硅酮结构密封胶的应用特点

地面光伏组件用硅酮结构密封胶主要应用于晶体硅光伏双玻组件和薄膜组件的背轨结构粘接。组装光伏组件，要求密封胶贴合紧密、连接牢固、密封良好，并且不能损坏层压板和玻璃[14]。在选用挂钩-支架法连接时，而液态的密封胶不仅能够充分填充间隙，而且能很好地填充微观不平整处，固化后形成弹性胶层，密封性得到显著提高[15]。Kang等[16]发现层压板和框架可以通过液态的密封胶实现连续且高强度的连接，使得太阳能电池组件的承载能力和整体刚性提高，应力分布更均匀。需注意的是在组件设计阶段提前对硅酮结构胶做全面性能的考察，如设计粘接区域、计算粘接面积和胶层厚度，进行结构胶与安装块的粘接性试验等。为组件安全考虑，一旦设计定型后不能轻易减少打胶厚度和打胶面积。另外硅酮结构密封胶施工一般在组件工厂，依靠全自动打胶设备完成，现场无需打胶，安装效率大大提高。

对比其他的连接方式，比如压块法是依靠橡胶垫条的弹性变形来填充微观间隙，其组装虽然简单快捷，但结合强度不高，胶条变形能力有限，对于小缺陷不能完全填充，还必须保证橡胶垫不能滑出，每个螺栓都需要拧到足够扭力，安装方法繁杂。

3.1检测方法与实际受力的符合性

由于光伏组件需要固定在露天场所中，且面板与支架连接有一定倾斜角度，尽可能最大程度的吸收太阳光达到其发电的作用。硅酮结构密封胶将挂件与光伏面板粘接成一体，挂件再与支架连接，所以密封胶起到了结构粘接的作用，其受力形式多样且方向复杂。符合ETAG002标准的硅酮结构密封胶由于通过了疲劳试验、蠕变试验、抗撕裂试验的测试，可以验证疲应力、长期剪切和拉伸载荷共同作用下的蠕变，以及抵抗撕裂能力对密封胶性能的影响。其中撕裂试验是评估结构密封胶切口后的抗撕裂能力及切口的延伸方式，蠕变试验是判定结构密封胶在长期剪切与拉伸载荷作用下的蠕变情况。要求力卸载24 h后试样在水平方向上的位移不超过0.1 mm。蠕变试验尤为重要，它能针对结构胶承受所有应力（包括玻璃的自重）的玻璃板块类型（无支撑），没有设置用于降低粘接失效产生危险的安全装置，与光伏组件挂钩式安装类似，对结构胶持续受力下的性能有极高的要求。除此以外的其它类型都是需要设置安全装置的（有支撑），风载、震动及玻璃自重等应力由结构胶和支撑共同承受，对结构胶的要求相对较低，一些光伏组件厂家更关注用于无支撑安装的硅酮结构密封胶的蠕变性能。

3.2耐长期人工老化环境的优异性

欧洲标准ETAG002中耐人工老化项目主要包括1 008 h水-紫外光辐照、盐雾、酸雾、清洁剂浸泡等。主要目的是利用人工模拟盐雾环境、酸雾环境、清洁剂环境、水-紫外光辐照环境来考察这些特殊条件对密封胶老化性能的影响。另外GB/T 29595的人工老化项目主要有湿热（DH）、湿冻（HF）和热循环（TC）3项。一般性能较好的硅酮结构胶能够同时满足盐雾、酸雾、清洁剂、水-紫外光辐照、高温高湿、高低温循环、高温高湿-低温循环等各种环境的要求。比如在DH1000后的拉伸粘接强度保持率为70%以上，HF10和TC200后的拉伸粘接强度保持率均大于等于85%。延长试验周期至DH1500、HF20和TC300后，结构胶仍能具有很好的拉伸强度保持率和粘接性，具有优异的耐人工老化可靠性能。

3.3绿色环保型

近年来，随着环保意识的提高，许多建筑设计师和建筑材料生产商开始使用环保型硅酮结构密封胶，这些密封胶不含VOC和有害物质，对人体健康和环境保护具有重要意义[17-18]。目前在常用的缩合型室温硫化中性硅酮密封胶中，光伏组件最常用的是脱醇型和脱酮肟型硅酮密封胶。国内光伏组件用硅酮密封胶主要以脱酮肟型为主，只有少数产品为脱醇型。从机理上讲，脱醇型有机硅密封胶因其与光伏电池组件所用的其他材料具有很好的相容性及低毒性更适合光伏组件使用[19]，脱出来的醇型小分子气体对周围环境无污染，对基材无腐蚀，属于绿色环保型产品。另外随着研究技术的不断进步，客户选择硅酮结构密封胶时有多种颜色可选，例如白色、黑色、灰色、透明等。根据建筑外墙的颜色和外观要求，选择适合的颜色和透明度的硅酮结构密封胶，以达到美观的效果[20-21]。

4结语

本文阐述了中国光伏发电行业的发展现状及美好前景，并肯定了太阳能光伏组件在此行业中的重要地位，通过列举光伏组件的用胶部位的差别，突出硅酮结构密封胶主要应用于晶体硅光伏双玻组件和薄膜组件的背轨结构粘接时的重要作用。同时对这种太阳能光伏组件所用的硅酮结构密封胶从应用特点、检测标准的先进性、检测方法与实际受力的符合性、耐长期人工老化环境的优异性、绿色环保等几方面论证了通过GB/T 29595的测试项目的硅酮结构密封胶，并再次满足欧洲标准ETAG002的技术要求时，在太阳能地面光伏组件中的应用更合理可靠。选用耐老化性能优异、并取得欧洲权威检测机构的全性能检测报告、具有25年质保的硅酮结构密封胶，可适当延长光伏组件的使用寿命并一定程度上提高了光电转换效率。该类硅酮结构密封胶产品在光伏组件中的应用更加安全可靠。

【参考文献】

[1]李明东，李婧雯.“双碳”目标下中国分布式光伏发电的发展现状和展望[J].太阳能，2023（5）：5-10.

[2]李佳琪.追光科技杨曦：在有机半导体光伏赛道抢占先机[J].科技与金融，2021（3）：51-54.

[3]林彬，黄亮，任星星，等.光伏组件及光伏发电系统：CN109037379A[P].2018-12-18.

[4]龙飞，陈建军，刘光华.一种快速固化太阳光伏组件用密封胶及其制备方法：CN103232832A[P].2013-08-07

[5]陈飞，李江华，邓伟伟，等.一种高性能光伏组件用有机硅密封胶及其制备方法：CN102181264A[P].2011-09-14

[6]曹鹤，柏卉芷，赵洁.大功率电气元件封装用有机硅灌封胶的研制[J].有机硅材料，2020，34（6）：16-19

[7]文仁光.一种双组分有机硅光伏组件密封胶的组成及其制备方法：CN102304345A[P].2012-01-04.

[8]王雨伯，赵成柱.硅酮结构密封胶在外墙防水中的研究进展[J].粘接，2023，56（6）：23-26.

[9]吴琼.装配式建筑外墙防水设计与施工技术研究[J].中国建筑防水，2022（2）：27-31.

[10]胡晓珍，徐宴华，顾晨荣.适用于建筑用胶粘剂产品耐霉菌性检测的试验方法研究[J].涂层与防护，2022，43（1）：54-56.

[11]王聪，周熠.光伏组件用有机硅结构胶的研制[J].有机硅材料，2022，36（6）：14-18.

[12]孙明辉，刘海涛.光伏组件用脱醇型RTV-1硅酮密封胶的制备及性能影响因素研究[J].粘接，2017，38（11）：40-43

[13]郁泽林，陶小乐.脱醇型有机硅密封胶在太阳能光伏行业的应用[J].有机硅材料，2017，31（增刊）：132-136.

[14]徐欢，太阳能光伏组件专用密封胶发展及应用[J].应用技术学报，2023，23（1）：43-47.

[15]张冠琦，曾容.光伏建筑用硅酮密封胶[J].中国建筑防水，2010（14）：16-19.

[16]KANG J N，WEI Y M，LIU L C，et al.Energy systems for climate change mitigation：a systematic review[J].Applied Energy，2020，263：114602.

[17]陈卓，翁旺鑫，蒋友伦.装配式混凝土建筑外墙接缝密封胶施工技术分析[J].砖瓦，2022（1）：138-139

[18]蔡信团.建筑外墙干挂石材幕墙施工技术[J].四川水泥，2022（1）：180-181.

[19]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和选用探讨[J].有机硅材料，2011，25（6）：394-396

[20]韦远怡，陈炳耀.硅酮胶在工业领域的应用研究[J].粘接，2022（3）：021-024.

[21]陈德启，陈炳耀，姚荣茂，等.硅酮密封胶应用过程的常见问题[J].化工管理，2020（25）：53-54.

（责任编辑：张玉平）