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光伏背板最強保護材料之比較探討
來源: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MzM1MzE4MQ==&mid=2650237480&idx=1&sn=bd4c2395936b3666e265d79f1f95a51e&scene=4   發布時間: 2016-06-20 15:27   2683 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px


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前言

  2015年全球新增光伏裝機量達59GW,據Apricum的報告顯示,至2020年全球年裝機量可達92GW。隨著年裝機量的不斷增長,光伏電站的質量問題頻現,涉及光伏背板的問題如:開裂、破損、分層、變色。
  氟膜以其優異的耐紫外、耐濕熱、耐化學溶劑、耐磨性等性能并具有良好的絕緣阻燃性,成為光伏背板最可靠的外層的保護材料。
  目前PVDF膜的加工工藝為吹膜、流延二種,其中由于吹膜工藝在制備過程中將膜進行了雙向拉伸取向,MD向和TD向的力學性能均衡穩定。而流延工藝只有MD向進行了拉伸取向,TD向并未拉伸取向,所以流延法制備的PVDF膜TD向的力學性能差,容易斷裂。PVF膜采用“糊式加工法”加工難度高、成本高并且上游原材料被壟斷,幾乎無降價的空間。
  作為光伏背板界耐候性最好的兩種材料PVDF、PVF,到底哪一種材料更強,能更好的保護光伏組件,延長電站的使用壽命,保證業主的收益,本文通過PCT老化并測試用單層吹膜工藝制備的PVDF膜、PVF膜的耐磨性、水蒸氣透過率和斷裂伸長率3個性能來考察、比較兩種材料的強弱。

2實驗部分

 

      2.1實驗材料  

國產吹膜法制備的PVDF膜(30μm,單層結構),以下簡稱S膜

進口PVF膜(38μm,單層結構),以下簡稱PVF 

標準沙(粒徑0.25~0.65mm)

 

  2.2 主要儀器及設備

落沙耐磨試驗儀:上海魅宇QML

高壓加速老化試驗機:正航PCT試驗箱PCT-550  

QUV紫外線老化箱:Q-LAB公司

水蒸氣透過率測試儀:permatran-w

 

  2.3 性能測試
  因本文試驗中所用的測試方法為光伏行業通用方法,不再贅述,相關可參考標準GB/T 31034-2014。
 

3測試結果

  3.1 耐磨性能的比較

 
圖1 S膜和PVF的耐磨性能比較

 

  由圖1可知,在初始狀態下,S膜的耗沙量367L大于PVF的350L。PCT96H后,S膜略低于PVF。但經過QUV200KWH老化實驗后S膜:317L,PVF:291L,耐磨性遠好于PVF。

 

  薄膜的磨損的發生主要有三個步驟:

A
與沙子接觸接觸的高分子材料發生形變,這與高分子的結晶度相關;
B
 沙子與膜面相對運動的摩擦力;
C
 與沙子接觸的膜面高分子鏈發生斷裂,取決于材料本身的韌性和強度。
D
 最后膜被磨損和轉移到沙子上

 

 

  高分子的結晶度越高,分子間作用力越強,內聚能越高,強度越高,耐磨性越好,反之,分子間作用力越弱、內聚能越低,耐磨性越差。PVDF[-CH2-CF2-]-分子中由于二個F原子的存在使得其的內聚力遠高于PVF[-CH2-CHF-]-分子的內聚力,所以S膜盡管厚度比PVF膜的厚度薄8μm,但耐磨性依然強于PVF膜。

 

  同時,由于C-F的鍵能高達485KJ/mol,極耐UV光老化,即高分子材料含氟量越高,越耐UV老化。S膜中PVDF分子的氟含量59%高于PVF分子的氟含量41%,所以QUV200KWH老化后,S膜的耐磨性依然好于PVF膜的耐磨性。

  3.2 濕熱老化性能分析


圖2 S膜和PVF的濕熱老化后斷裂伸長率變化(MD)
    


圖3 S膜和PVF的濕熱老化后斷裂伸長率變化(TD)

 


  由圖2、圖3可知,MD、TD向的斷裂伸長率S膜全面優于PVF。主要由于S膜的吹膜工藝中使膜進行雙向拉伸,從而形成“井”字形晶型結構,并且PVDF分子59%的含氟量,使S膜具有優異的耐濕熱性能。

  3.3 阻水性能比較


圖4 S膜和PVF的阻水性能比較(TD)

 

  由圖4可知,S膜的水蒸氣透過率初始值為18.1g/㎡.24h,經過PCT300H后為21.3g/㎡.24h,比PVF低18.5g/㎡.24h。

4結論

  通過落沙試驗、PCT老化測試結果表明:(1)由于內聚力和含氟量高的原因,S膜的耐磨性優于PVF;(2)S膜經過PCT300H老化后,TD向和MD向斷裂伸長率分別為:371.2%、254.2%優于PVF的87.9%、135.1%;(3)水蒸氣透過率S膜初始值僅為18.1g/㎡.24h,經過PCT300H老化后僅上升了3.2g/㎡.24h,可以有效降低光伏背板的水蒸氣透過率。

 

  用吹膜法制成的PVDF膜(30μm,單層)性能全面超越進口PVF膜,是光伏組件的最可靠保護層。但由于吹膜法工藝的復雜性很難為一般企業所掌握,目前全球僅有2家公司掌握用吹膜制備光伏用PVDF膜的方法,但隨著行業的不斷發展進步,吹膜法制備PVDF膜加工工藝會在光伏行業越來越流行并為光伏電站提供可靠的保護。

 

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