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摘要：考察高溫高壓（pct）加速老化對(duì)不同太陽(yáng)能背板相對(duì)漏電起痕指數(shù)（CTI）的影響。研究表明，以聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）為中間層的背板在材料老化后，CTI值會(huì)顯著降低，背板的絕緣等級(jí)隨背板的老化而降低；而非PET中間層的APE型背板老化后CTI值仍能夠達(dá)到I類絕緣材料的水平。

關(guān)鍵詞：背板；材料老化；相對(duì)漏電起痕指數(shù)；CTI；爬電距離

引言

絕緣性能是太陽(yáng)能背板的重要技術(shù)指標(biāo)。背板的絕緣性能主要包括擊穿電壓、局部放電電壓、體積電阻率以及在IEC61730—2016版即將增加的相對(duì)漏電起痕指數(shù)（comparativetrackingindex，CTI）。IEC根據(jù)CTI數(shù)值將聚合物材料絕緣等級(jí)劃分為I類、II類、III類（IIIa和IIIb）。根據(jù)IEC61730-1：2016，不同等級(jí)的絕緣材料的爬電距離不同，絕緣等級(jí)越低，爬電距離越大。絕緣等級(jí)與爬電距離的數(shù)值詳見(jiàn)表1。表1中組件面積增加根據(jù)式（1）計(jì)算：ΔS=(L+ΔCr×2)×(W+ΔCr×2)-L×W（1）式中，ΔS——II或III類材料比I類材料增加的組件面積；ΔCr——II類或III類材料比I類材料增加的爬電距離；L、W——組件長(zhǎng)和寬，按照60片組件長(zhǎng)1.634m，寬0.985m進(jìn)行計(jì)算。表1中組件發(fā)電效率增加根據(jù)式（2）計(jì)算：式中，ΔE——II或III類材料比I類材料組件單位面積降低的發(fā)電效率；P——組件功率，按照60片組件功率250W進(jìn)行計(jì)算；R——單位面積輻照強(qiáng)度，按照1000W/m2輻照強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算；S——組件面積。由表1數(shù)據(jù)可看出電壓等級(jí)1000V的光伏組件，采用I類、II類、III類絕緣等級(jí)的背板，組件的爬電距離分別為10.0、14.2、20.0mm。這就意味著采用II類或III類絕緣等級(jí)的背板，組件設(shè)計(jì)面積會(huì)比采用I類絕緣等級(jí)背板增加0.022~0.052m2，相應(yīng)的組件發(fā)電效率會(huì)降低0.21%~0.49%。而不同絕緣等級(jí)的背板應(yīng)用到1500V光伏組件上，發(fā)電效率的差距會(huì)更加明顯。在光伏組件25a使用壽命中，太陽(yáng)能背板會(huì)受到外界的紫外、濕熱等惡劣環(huán)境［1，2］而不斷老化。隨著背板的老化，會(huì)對(duì)組件的阻水性能、發(fā)電功率形成影響［3］，同時(shí)也會(huì)對(duì)組件絕緣性能造成影響。本文重點(diǎn)研究高溫高壓（pressurecookertest，PCT）加速老化對(duì)不同類型的背板相漏電起痕的影響。

1實(shí)驗(yàn)材料

從倉(cāng)庫(kù)抽出正常使用的背板產(chǎn)品：A——APE型背板；B——KPf型背板；C——CPC型背板；D——TPT型背板。

2實(shí)驗(yàn)方法及測(cè)試儀器

將A、B、C、D這4款太陽(yáng)能背板，放入高溫高壓加速老化箱（蘇州智河PCT-250），條件：121℃，100%RH（相對(duì)濕度），0.2MPa，測(cè)試其24、48、72、96h的斷裂伸長(zhǎng)率。參考標(biāo)準(zhǔn)IEC60112—2009測(cè)試A、B、C、D4款太陽(yáng)能背板老化前后的CTI值。測(cè)試儀器：PTLM31.06漏電起痕測(cè)試儀。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1PCT老化前后拉伸測(cè)試

PCT老化可更省時(shí)地評(píng)價(jià)濕熱老化對(duì)背板材料性能的影響。通常，高分子材料的斷裂伸長(zhǎng)率的變化可直觀反應(yīng)出材料老化的程度。圖1給出4款背板PCT老化前后的斷裂伸長(zhǎng)率變化情況。對(duì)比圖1可看出，幾款背板在PCT老化后斷裂伸長(zhǎng)率均有一定程度的衰減。A背板PCT96h后2個(gè)方向的斷裂伸長(zhǎng)率都可以保持75%以上，背板仍具有較好的柔韌性。D背板在PCT48h、B背板在PCT72h，背板斷裂伸長(zhǎng)率保持率低于5%；此時(shí)背板已完全脆化。C背板在PCT96h后斷裂伸長(zhǎng)率保持率在約30%，此時(shí)背板也基本失效。A款背板在PCT后斷裂伸長(zhǎng)率的衰減優(yōu)于B、C、D這3款背板，因B、C、D背板均是以聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET聚酯）為中間層的背板，PET聚酯是以酯鍵連接的高分子鏈結(jié)構(gòu)，其酯鍵在濕熱的環(huán)境中易發(fā)生水解，分子鏈斷裂形成酸和醇。酸的存在又會(huì)形成酯類水解的催化劑，加速水解反應(yīng)。為提升PET聚酯的耐水解能力，通常PET薄膜廠家會(huì)對(duì)PET進(jìn)行堿基封端改性，這也是3款背板耐水解老化能力不同的主要原因［4］。而A背板中間層為改性聚烯烴（PO），其不含酯鍵，也不會(huì)發(fā)生上述水解反應(yīng)，其耐水解老化能力更優(yōu)。

3.2PCT老化前后的CTI值測(cè)試

聚合物絕緣材料的耐漏電起痕性，與本身材料的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系［5］。因此，不同材料結(jié)構(gòu)的背板，其CTI會(huì)存在差異，材料的老化也會(huì)對(duì)CTI造成影響。表2給出了不同背板在老化前后的CTI測(cè)試數(shù)據(jù)。對(duì)比表2中CTI數(shù)值，可看出老化前A、D這兩款背板的絕緣等級(jí)為I類，B、C這2款背板的絕緣等級(jí)為II類。A款背板在PCT老化96h后，CTI仍≥600V，仍然為I類絕緣材料。含有E層的背板，在層壓過(guò)程中由于E層軟化、流動(dòng)會(huì)變薄甚至部分消失，因此去掉背板E層進(jìn)行CTI測(cè)試，更有意義。A背板不包含E層的情況下，CTI≥600V為I類絕緣材料，經(jīng)過(guò)PCT96h老化后，依然為I類絕緣材料。B背板在PCT24h后由II類降為III類，C背板在PCT96h后由II類降為III類材料，D背板在PCT24h后由I類降為II類材料。B、C、D這3款PET聚酯為中間層的背板在PCT老化后，由于內(nèi)層的部分老化和PET的水解，使得材料絕緣等級(jí)降低。目前，IEC61730中并未要求測(cè)試背板老化后的相對(duì)漏電起痕，如果光伏組件設(shè)計(jì)時(shí)是按照高等級(jí)材料的爬電距離進(jìn)行設(shè)計(jì)，在使用過(guò)程中，隨著背板老化絕緣等級(jí)降低，光伏組件的爬電距離將不能滿足安全使用要求，為光伏組件的繼續(xù)使用帶來(lái)安全隱患。在CTI測(cè)試中，絕緣材料表面會(huì)形成碳化腐蝕痕跡。圖2為CTI測(cè)試圖片（上圖為老化前，下圖為老化后），可看出B、C、D這3款背板PCT老化前后測(cè)試，電腐蝕痕跡明顯，A背板老化前后CTI測(cè)試僅有輕微腐蝕痕跡。對(duì)比表3中腐蝕深度數(shù)據(jù)表，也可看出B、C、D這3款背板的電腐蝕通常會(huì)穿透3~5層背板，腐蝕深度會(huì)達(dá)到0.9~1.7mm。 

4結(jié)論

本文研究了PCT加速老化對(duì)不同背板CTI的影響。3款以PET聚酯為中間層的背板，材料的絕緣等級(jí)會(huì)隨背板的老化而降低，而非PET中間層的APE型背板在老化前后都能保持I類絕緣材料等級(jí)。絕緣材料等級(jí)降低會(huì)影響光伏組件的爬電距離，建議組件廠商在進(jìn)行組件爬電距離設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到太陽(yáng)能背板在長(zhǎng)期使用過(guò)程中因材料老化造成絕緣等級(jí)降低。避免光伏組件在初始時(shí)按照高等級(jí)絕緣材料設(shè)計(jì)爬電距離，使用過(guò)程中因材料老化等級(jí)降低而引起光伏組件發(fā)生安全問(wèn)題。

［參考文獻(xiàn)］

［3］梁宏陸，王莉，楊輝，等.不同濕熱老化條件對(duì)光伏背板性能的影響［J］.信息記錄材料，2015，（6）：24—27.

［4］魏文良，于蘭平，薛峰.用于光伏電池背板的抗老化PET薄膜研制［J］.聚酯工業(yè)，2010，23（5）：17—20.

［5］俞贊琪.聚合物絕緣材料的漏電起痕性［J］.絕緣材料，2005，38（3）：48—51.

作者：陳國(guó)清 倪志春 黃偉 趙若斐 李淳慧 黃永杰 單位：中利騰暉光伏科技有限公司