技术讲座赏析《有机硅胶在太阳能光伏组件领域的应用》

【编者按】这是杭州之江有机硅化工有限公司陶小乐博士,在第八届中国国际门窗幕墙博览会光电建筑应用论坛上,发表的《有机硅胶在太阳能光伏组件领域的应用》。我们进行了适当的整理,摘要出来以飨读者。杭州之江与中国科技大学设立了“之江有机硅合作基地”,与中科院化学所设立了“之江有机硅共建实验室”。我们希望业界与杭州之江加强合作。

一、晶硅组件封边工艺步骤

●装框时用胶枪给长短铝边框外侧打入槽深三分之一的硅胶。

●铝边框装好后应该在组件背面补胶。

●装接线盒时,应将四根引出线向上竖起,然后在其底部两侧打上硅胶。

●装框和装接线盒后,应该将组件固化10个小时以上才能清洗。

●固化后,将组件抬到清洁台上,背面向上,用软质材料刮除接线盒上以及背板上多余的硅胶。

●用锉刀打磨铝框的接缝处使其光滑,再用酒精和抹布将铝边框和背板清洁干净。

●将组件正面朝上,用美工刀清除玻璃面上溢出的硅胶,并用酒精清洁。

二、试验条件一览表

EN IEC 61215 2005版,对地面用晶体硅光伏组件进行设计鉴定和定型

IEC 61646 2008版,对地面用薄膜光伏组件进行设计鉴定和定型

试验 项目 试验条件 试验目的 对封边胶的性能要求
10.1 外观检测 详细检查目录见10.1.2 检查组件中的任何外观缺陷 胶体细腻,不粘手
10.2 电池最大功率的测量 见IEC 60904-1 确定组件在各种环境试验前后的最大功率,试验的重复性很重要 良好密封绝缘阻隔性能
10.3 绝缘试验 直流1000V加上两倍系统在标准测试条件下开路电压,持续1分钟,直流500V时的绝缘电阻不小于500MΩ 测定组件中的载流部分与组件边框或外部之间的绝缘是否良好 具有良好的电绝缘性能,通常要求按GB1695-2005测试,工频击穿介电强度大于15KV/mm
10.4 温度系数的测量(见注1) 详见10.4参照IEC 60904-10 从组件试验中测量其电流温度系数(α)、电压温度系数(β) 和峰值功率温度系数(δ)。 具有良好的密封绝缘性
10.5 电池额定工作温度的测量(见注1) 总辐照亮:800W/m2,环境温度:20℃,风速:1m/s 测定组件的标称工作温度(NOCT) 具有良好的密封绝缘性
10.6 标准测试环境合额定工作环境下的性能(见注1) 电池温度:25℃和NOCT,光照强度:1000和800W/m2,标准太阳光谱辐照度分布符合IEC60904-3规定 确定组件随负荷变化的电性能 良好的密封粘接绝缘,使组件具有稳定的电能输出;
10.7 低辐照度下的性能(见注1) 电池温度:25℃光,照强度:200W/m2,标准太阳光谱辐照度分布符合IEC60904-3规定 确定组件随负荷变化的电性能 良好的密封粘接绝缘,使组件在低辐射条件下具有最优电能输出;
10.8 室外暴露试验 太阳总辐射量:60kw 初步评价组件经受室外条件曝晒的能力,并可使在实验室试验中可能测不出来的综合衰减效应揭示出来 耐候性佳,提供稳定的密封粘接绝缘性,不失效
10.9 热癍耐久试验 在最坏热癍条件下,1000W/m2辐照度照射1h,共5次 确定组件承受热斑加热效应的能力,如这种效应可能导致焊接熔化或封装退化。电池不匹配或裂纹、内部连接失效、局部被遮光或弄脏均会引起这种缺陷 耐热能力强,提供稳定的密封粘接绝缘性
10.10 紫外试验 紫外线波长280nm-385nm,总副照射量15kWh/m2,紫外线波长280nm-320nm,总副照射量5kWh/m2 在组件进行热循环/湿冻试验前进行紫外(UV)辐照预处理以确定相关材料及粘连连接的紫外衰减 良好的密封粘接绝缘性
10.11 热循环试验 从-40℃到+80℃,进行50次和200次循环 确定组件承受由于温度重复变化而引起的热失配、疲劳和其它应力的能力 能经受冷热冲击,粘接绝缘不失效;
10.12 湿-冷试验 85%相对湿度下,从+85℃到-40℃,10次循环 确定组件承受高温、高湿之后以及随后的零下温度影响的能力 耐受环境温度和湿度大幅度变动,保持良好密封粘接绝缘性
10.13 湿-热试验 +85℃和85%RH下1000h 确定组件承受长期湿气渗透的能力 阻隔湿气渗透,粘接绝缘不失效,不黄变,不产生龟裂、粉化
10.14 引线端强度试验 同IEC60068-2-21 确定引出端及其与组件体的附着是否能承受正常安装和操作过程中所受的力 粘接不失效
10.15 湿漏电流试验 详见10.15,面积小于0.1m2的组件绝缘电阻应大于400MΩ,面积小于0.1m2的组件在直流500V或体统最大 评价组件在潮湿工作条件下的绝缘性能,验证雨、雾、露水或溶雪的湿气不能进入组件内部电路的工作部分,如果湿气进入可能会引起腐蚀、漏电或安全事故 阻隔雨雪等湿气,保持良好粘接性;
10.16 机械载荷试验 2400Pa的均匀载荷一次加到前后表面1h, 循环3次;最后一次前表面可以选5400Pa的雪载荷; 确定组件经受风、雪或覆冰等静态载荷的能力 耐冰雪侵蚀,耐风压,保持稳定的粘接密封绝缘性
10.17 冰雹试验 25mm直径的冰球以23m/s的速度撞击11个位置 验证组件能经受住冰雹的撞击 耐冰雹撞击,保持粘接密封
10.18 旁路二极管耐热试验 75oC和1sc下1h; 75oC和1.25倍1sc下1h 评价旁路二极管的热设计及防止对组件有害的热斑效应,性能相对长期的可靠性 灌封胶具有0.6左右的导热率,使不产生热斑效应;

三、太阳能光伏组件框架、背膜粘接要求

●耐候能力:能够耐受高低温、潮湿、抗腐蚀。

●耐黄变性:其实更应该考虑密封胶力学性能的变化。

●耐紫外线:防曝晒能力。

●粘接能力:在UV照射、暴雨、大风、高低温环境下的粘接,特别是与不同背板材料的粘接。

●组件的发热效应:要求配套的硅胶具有良好的耐燃烧能力。

●抗机械冲击、热冲击、防震能力。

●从施工应用上来讲,除了手动打胶外,密封胶必须能与打胶设备和自动点胶设备组合使用,提高光伏组件的成品率。

四、光伏组件安全鉴定测试

●IEC61730-2-MST51 热循环(Thermal cycling test)

目的:确认太阳能电池模块对于温度之重复变化所产生之热不均匀性,疲劳及其它应力之抵抗能力。

试验条件:-40 ±2℃←→85 ±2℃,cycle:50、200cycles(依据IEC61215和IEC61646)

●IEC61730-2-MST52 湿冷冻试验(Humidity freeze test)

目的:本试验目的是评估太阳能电池在高温和高湿下转换到零下低温的抵抗能力,但是这个试验并不是冷热冲击试验(thermal shock test)。

试验条件:85℃/85±5%(20h)←→-40℃(0.5~4h),cycle:10cycles (依据IEC61215和IEC61646)

●IEC61730-2-MST53 湿热试验(Damp Heat Test)

目的:测量太阳能电池抵抗湿气长期渗透之影响能力

试验条件:85±2℃/85±5%/1000h(依据IEC61215和IEC61646)

●IEC61730-2-MST54 紫外线试验(UV-resistance test)

目的:用紫外线(uv)来照射太阳能模块,以确认可能会产之生UV材料劣化。

五、关于硅胶的认证

●光伏组件厂商通常需要配套材料厂家提供SGS,UL,或者TUV认证等。

●其中UL测试要求,反应的是阻燃性能,FV-0级,HB级均有。

●而TUV证书事实上是跟光伏组件相关的,密封胶厂家能够提供的只能是TUV的企业质量管理体系认证,而非太阳能组件所能提供的硅胶TUV认证,例如EN IEC 61215 2005版是对地面用晶体硅光伏组件进行设计鉴定和定型; IEC 61730 2004版是对光伏组件进行安全鉴定,第一部分:结构要求,第二部分:测试要求;而IEC 61646 2008版对地面用薄膜光伏组件进行设计鉴定和定型。

●有机硅胶的产品应用到组件上,该组件获得认证,可以说密封胶产品质量是过关的,但并非是密封胶产品的TUV认证证书。 硅胶企业可以配合组件厂商去做TUV认证,但硅胶企业无法提供单独的TUV证书。

●企业QC质量管理体系有很多认证公司,TUV,CQC,国建联信认证中心(GJC),BSI等执行标准是同一个ISO9001:2008。

六、脱酮肟类性能比较表

性能指标 国内厂家2 道康宁780,PV8101 国内厂家1 之江光伏组件胶
固化前 外观 白色膏状 白色膏状 白色膏状 白色膏状
相对密度(g/cm3) 1.35-1.41 1.4 1.35 1.35
表干时间(min) 5~10 25~90 5~15 5-15
完全固化时间 (d) 1~2 1~2 1 1~2
固化类型 单组分脱酮肟型 单组分脱酮肟型 单组分脱酮肟型 单组分脱酮肟型
硬度(Shore A) 50±2 33 ~ 35~45
抗拉强度(MPa) 2±0.2 1.1 2.2 2.6
剪切强度(MPa) 1.5±0.2 ~ ~ ~
扯断伸长率(%) 200~300 450 300 450
剥离强度(N/mm) >6 ~ ~ ~
使用温度范围() -60~260 ~  -54~210 -50~250
体积电阻率 (Ω·cm) ≥5.0×1015 ~ ≥4.5×1015 ≥2×1015
介电强度(kV/·mm) ≥18 16 ~ 17
介电常数(1.2MHz) 2.8 ~ 2.8

七、脱醇类性能比较表

性能指标 国内厂家2 道康宁DC 7091 道康宁DC PV 804 之江光伏组件胶
固 化前 颜色 白色膏状 白色膏状 白色膏状 白色膏状
相对密度(g/cm3,25℃) 1.35 1.4 1.4 1.37
表干时间(min) 15 15 30 15
完全固化时间(hr,  25℃) 72~120 24 24 24
固化类型 单组份脱醇型 单组份脱醇型 单组份脱醇型 单组份脱醇型
固化后 硬度(Shore A) 30 37 39 35
扯断伸长率(%) 350 480 420 400
拉伸强度(MPa) 2.0 2.5 2.6 2.5
体积电阻率(Ω·cm) ≥5×1015 ~ ≥1×1015 ≥1×1015
介电强度(kV/mm) ≥18 15 16 ≥16
介电常数(MHz) 2.8 ~ ~ 3.0
损耗因子(MHz) 0.001 ~ ~ 0.001
阻燃等级 UL94 HB ~ UL94 HB UL94 HB
使用温度范围(℃) -50~150 ~ ~ -40~260

 

八、标准制定

●全国建筑用玻璃标准化技术委员会TC255太阳能光伏中空玻璃分标委正在组织制定《建筑用太阳能光伏中空玻璃》和《建筑用太阳能光伏夹层玻璃》两项国家标准。

●光电建筑应用委员会建议起草关于“建筑太阳能光电夹层玻璃封边材料”的标准。

九、光电建筑应用

●中建大厦斜百叶非晶硅光伏中空玻璃幕墙

中建大厦斜百叶非晶硅光伏中空玻璃幕墙

●国内首座太阳能光伏幕墙五星级酒店–电谷锦江国际酒店,一期光伏幕墙太阳能全玻组件安装面积4490平方米,安装并网容量300千瓦。开发出了中超白钢化玻璃与镀膜钢化玻璃夹胶成熟工艺技术;隐框式专用的组件;突破了隐框及明框太阳能光电玻璃的安装与布线的技术难关。

十、光伏幕墙以及密封胶

光伏幕墙以及密封胶

●光伏夹层玻璃,作为具有发电功能的建筑材料,建筑安全性能满足《建筑安全玻璃管理规定》,国家强制性产品认证(3C认证),GB15763.3-2009《建筑用安全玻璃第2部分:夹层玻璃》等规范要求;硅胶可以作为光伏夹层玻璃的封边材料。

●光伏中空组件,薄膜光伏组件温敏系数较小,比较适合做光伏中空组件,但同样需要仔细考虑各种类型应用的密封胶,以防止组件高温炸裂、起雾、结露等问题,影响组件的功效。

●光伏幕墙安装过程,需要性能优异的硅酮耐候胶和结构胶,例如JS2000、6000、8000。

●双道密封的中空玻璃单元所用的密封胶必须选用性能优异的丁基胶、2K聚硫或硅酮胶。

十一、接线盒灌封的技术要求

●外耐候能力,耐受严寒、酷暑、大风暴雨等侵蚀。

●抗老化能力。

●耐阻燃性,UL 94 V0 或 V1级别。

●绝缘能力强。

●具有一定的导热能力,对旁路二极管起到散热保护的作用。

●从施工应用的角度讲,产品要满足光伏组件加工的快速生产要求,一般如果是脱醇缩合类,室温固化,加成类是加热固化体系。

《光电建筑资讯》技术栏目主编

 

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