光伏背板老化的研究-孙家悦-solarbe文库

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涂层和膜材料的老化研究谭熙禹，孙家悦阿科玛技术聚合物部门 CSPV 2018 11/811, 中国西安高分子材料老化的因素 2 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS 有机高分子材料未老化高紫外辐照高温高盐雾强风沙强冷热循环有机高分子材料老化后化学结构的变化（化学键断裂）变黄、褪色、腐蚀、透明度降低、机械性能下降、粉化物理结构的变化溶胀、熔融、流体，风沙，冷热冲击越高越严酷 South Florida 气候条件（ ALTAS）高紫外，高温，高湿，高盐雾，高冷热和雨水冲击 3 纬度经度海平面北纬 25 33’ 西经 80 24’ 12 英尺典型的年度总太阳能紫外总量总太阳辐射能晴天率 25 倾角朝南 280 MJ/m2 6588 MJ/m2 70 平均气温 C F 夏季最高的平均温度 32 90 年平均最高温度 28 82 年平均最低温度 21 70 年度平均温度 24 76 平均湿度平均雨量毫米英寸夏季最高湿度 93 RH 月度最高 237 9.5 年度最高湿度 80 RH 月度最低 46 1.8 年度最低湿度 61 RH 月度平均 152 6.1 年度平均湿度 70 RH 年度总量 1420 56.8 每年下雨天数 111 天 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS 海南琼海气象条件 4 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS 纬度经度海平面北纬 19° 14 35 “ 东经 110° 28 41“ 10 m 典型的年度总太阳能紫外总量总太阳辐射能 25 倾角朝南 309 MJ/m2 5191 MJ/m2 平均气温 27.4 C 平均湿度 86RH 平均雨量 1922mm 年度光照时间 2088h ➢ 相对佛罗里达，琼海纬度更高，温度更高，雨量更多，太阳辐射稍少些。 ➢ 海南琼海测试站，最近十年紫外辐射大约 86 KWH/m2 ，湿度在 86，组件高温接近 80oC。所以，大约 35年户外空气面直接曝晒，可以完全推断 25年背面的使用状况。 ➢ 中国电器科学研究院工业产品环境适应性国家重点实验室已经对各种市场销售的背板进行了 35年的实际户外曝晒测试和研究。如果背板在湿热地区应用，推测 25年的使用年限，建议采用 5000小时 QUVA测试，或更完整的实地正面曝晒加速老化 35年。 KYNAR 500® PVDF – 半个多世纪的传奇、辉煌业绩 5 Continuous exposure since October 1967 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS AAMA 2603/2064/2605，老化检测色差，光泽，粉化度，膜厚 6 AAMA 2603 低 AAMA 2604中 AAMA 2605高 Min. Film Thickness 膜厚 0.8 mils 20.3微米 1.2 mils 30.5微米 1.2 mils 30.5 微米 Crosshatch Adhesion 附着力干湿 100 干湿水煮 100 干湿水煮 100 Direct Impact Resistance 正冲 0.1 inch 2.54 毫米变形极少开裂，无脱落 0.1 inch 2.54 毫米变形极少开裂，无脱落 0.1 inch 2.54 毫米变形极少开裂，无脱落 HCl Resistance 10 耐盐酸 15分钟化学点试无脱落和变色 15分钟化学点试无脱落和变色 15分钟化学点试无脱落和变色 Mortar Resistance 耐灰浆 24小时表面接触无粘连和残留 24小时表面接触无粘连和残留 24小时表面接触无粘连和残留 Detergent Resistance 耐洗涤剂 72小时浸润，附着力保持 72小时浸润，附着力保持 72小时浸润，附着力保持 Humidity Resistance 耐湿性 1500小时， 100湿度腐蚀度不超过 8大小 3000小时， 100湿度腐蚀度不超过 8大小 4000小时， 100湿度腐蚀度不超过 8大小 Salt Spray Resistance Scribed 耐盐雾测试 1500小时， 5 浓度破损或边缘至少 7级，其他部位至少 8级 3000小时， 5 浓度破损或边缘至少 7级，其他部位至少 8级 4000小时， 5 浓度破损或边缘至少 7级，其他部位至少 8级 Metal Pretreatment Req. 金属表面预处理无要求 30 mg/ft2 铬处理或相当的无铬处理 40 mg/ft2 铬处理或相当的无铬处理 Pencil Hardness min. 铅笔硬度 H F F Abrasion Resistance l/mil 耐砂磨蚀无要求 20 40 Nitric Acid Vapor Resis. 耐硝酸无要求 30 分钟熏色差 300kWh/m2 200kWh/m2 100kWh/m2 背板 25年累积的紫外辐照量分布 L. Masters, L. F. Bond, Weathering of Plastics, Testing to Mirror Real Life Performance Total UV irradiance 280-400nm over a 24 hr period with the 8 hr light 4hr dark cycle W-hr/m2 1,431kWh/m² 耐候性测试 20 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS 相对温度指数 20 40 60 80 100 0 拉伸强度保留率 Kynar® 302 PGM Film at 140ºC Kynar® 302 PGM Film at 150ºC Kynar® 302 PGM Film at 160ºC PVF film at 140ºC PVF film at 150ºC PVF film at 160ºC RTI 125ºC RTI 150ºC 2000 8000 10000600040000 小时数出色的耐热性能 X X X X Too brittle to test ® Protective Film Polyester Protective Film KPK® BACK SHEET 耐久的选择 KPK®型背板 21 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS KPK® Backsheet 阻燃性耐化学腐蚀阻隔性耐砂石耐热性 K P K Exposed layer is pure PVDF 3-Layer Kynar® PVDF KYNAR®三层薄膜是阿科玛的专利技术， KPK®是阿科玛的注册商标 22 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS Kynar® 3 layers film ， 2008年启用到现在一直表现性能卓越 Kynar® 3 layers film 表现长期耐候稳定性，包括特种气候环境 Kynar ® 3 layers film 性能和 38微米厚的 PVF膜一致和更好 Arkema公司具有优异的品质控制和生产能力，从原料单体到树脂，到膜的制成。生产、研发、服务覆盖法国、美国、中国三地阻燃，耐候，耐化学，阻隔，长期热稳定性。线缆扎帯 /护套热收缩套管 23 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS Kynar®注塑工艺制备的线缆扎带可以应用场景为户外不容易攀爬的高塔 Kynar® 耐候性的线缆扎带可以避免因户外老化而需要频繁更换组件支架的涂层 24 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS Dallas Convention Center 出色的耐磨和防腐性能低摩擦系数防白蚁和鼠咬对照实际户外曝晒，同步实验室模拟测试 22 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS 佛罗里达户外加速老化测试对比 26 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS Un-Weathered Control 5 Years of Weathering 红外谱图对比电镜图对比色差值对比佛罗里达户外加速老化测试对比 27 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS M a t e r i a l Y e a r s Th i c k ne s s µ m S t r e s s a t Y i e l d ps i S t r e s s a t B r e a k ps i S t r a i n a t B r e a k S t r e s s a t Y i e l d S t r e s s a t B r e a k S t r a i n a t B r e a k 0 4 , 4 7 0 9 , 4 1 8 600 100 100 100 5 4 , 3 9 7 6 , 7 2 0 631 98 71 105 0 4 , 2 2 9 9 , 2 4 6 605 100 100 100 5 4 , 1 1 1 6 , 7 5 9 608 97 73 101 0 5 , 9 0 7 7 , 2 3 3 344 100 100 100 5 6 , 0 4 8 6 , 4 7 5 348 102 90 101 0 2 , 8 7 0 6 , 8 1 4 675 100 100 100 5 2 , 8 3 9 7 , 0 2 6 954 99 103 141 0 2 , 4 7 5 6 , 3 1 3 762 100 100 100 5 2 , 4 7 2 6 , 5 6 2 1 , 1 2 6 100 104 148 0 7 , 7 6 6 7 , 4 0 2 10 100 100 100 5 7 , 1 3 0 6 , 8 5 4 9 92 93 90 T a b l e 1 K y n a r ® P V D F M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s K y na r S up e r f l e x ® 2 5 0 0 K y na r ® 7 2 0 T e n s i l e a n d E l o n g a t i o n P r o p e r t i e s R e t e n t i o n K y na r Fl e x ® 3 1 2 0 K y na r Fl e x ® 2 8 0 0 K y na r Fl e x ® 2 8 5 0 K y na r Fl e x ® 2 7 5 0 50 50 50 50 125 125 机械性能趋势对比 Arkema光伏产品应用 28 KYNAR® FLUOROPOLYMER PHOTOVOLTAIC SOLUTIONS 此类产品其他主要生产商 Rilsan® PA11， PA12 特种长碳链聚酰胺光伏支架耐磨粉末涂装 Altuglas® PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯替代玻璃，特殊成型；防爆和减重 Apolhya® 尼龙接枝聚烯烃共聚物用于新一代封装材料， Evantane® EVA 用于电池封装 Luperox® 有机过氧化物 EVA胶膜交联剂 Sartomer 丙烯酸 /甲基丙烯酸酯助交联剂 Bostik 胶粘剂 /Certincoat® 玻璃涂膜 2 3 1 3 3 Arkema产品及在光伏的用途排名