探索光伏組件封裝材料 | PET背板拉力試驗(yàn)

太陽(yáng)能作為分布廣泛、儲(chǔ)量豐富的綠色能源，備受關(guān)注。在光伏系統(tǒng)中，PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）是光伏背板的主要材料。而局部放電（PD）是導(dǎo)致PET絕緣和機(jī)械性能惡化的挑戰(zhàn)之一，對(duì)光伏背板的使用壽命有嚴(yán)重影響。本期內(nèi)容將圍繞局部放電后的PET斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度展開(kāi)，來(lái)自美能光伏的拉脫力綜合測(cè)試儀，臥立一體設(shè)計(jì)，助力制造商生產(chǎn)高質(zhì)量組件！

組件背板核心結(jié)構(gòu) - PET太陽(yáng)能電池板主要由光伏玻璃、乙烯醋酸乙烯酯（EVA）薄膜、太陽(yáng)能電池、接線(xiàn)盒、背板等組成，如圖1所示。背板大面積與外界環(huán)境接觸，不僅要在惡劣的環(huán)境下保持組件的優(yōu)異性能，還要保證組件的長(zhǎng)期可靠性。

圖1.電池板結(jié)構(gòu)示意圖

常見(jiàn)的背板結(jié)構(gòu)是TPT[聚氟乙烯(PVF)/PET/PVF]，如圖2所示。核心部分通常由具有耐熱性、耐化學(xué)性和電性能的PET制成，背板的壽命直接影響組件的性能，與太陽(yáng)能電站的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。

圖2.TPT背板結(jié)構(gòu)

PET背板需要具有保持電絕緣的能力，研究發(fā)現(xiàn)，EVA薄膜和背板之間的路徑顯著增加了局部放電的風(fēng)險(xiǎn)，由電位誘導(dǎo)衰減（PID）引起的漏電流會(huì)對(duì)背板產(chǎn)生影響，最終導(dǎo)致電擊穿。通過(guò)對(duì)比不同的局部放電持續(xù)時(shí)間，PET局部放電后的斷裂伸長(zhǎng)率（EAB）和拉伸強(qiáng)度（TS）的變化機(jī)制來(lái)評(píng)估背板的使用壽命和可靠性。

PET樣品的拉力試驗(yàn)將樣品垂直固定在夾具中，如圖3所示。使用局部放電后的樣品進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，分析其力學(xué)性能，包括斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度，拉伸速度為50±5mm/min。

圖3. 夾具示意圖

拉力試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果相應(yīng)的相位分辨局部放電（PRPD）結(jié)果如圖4所示，圖中紅色部分為局部放電信號(hào)密集出現(xiàn)的區(qū)域，黑色為信號(hào)較少的區(qū)域；對(duì)于放電量較小的PRPD圖，放電時(shí)間相對(duì)較短，頻率相對(duì)較高；放電強(qiáng)度較高的PRPD圖，放電時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，頻率相對(duì)較低；隨著局部放電持續(xù)時(shí)間的增加，局部放電點(diǎn)數(shù)量顯著增加，振幅也顯著增加。

圖4. 持續(xù)30(a)、60(b)和120(c)分鐘后的PRPD圖

對(duì)局部放電后的樣品進(jìn)行拉力試驗(yàn)：斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度是反映絕緣材料機(jī)械強(qiáng)度的兩個(gè)常用指標(biāo)。

斷裂伸長(zhǎng)率是指樣品在整個(gè)拉力試驗(yàn)過(guò)程中斷裂時(shí)的位移值與原始長(zhǎng)度的比值，以百分比表示，公式如下：公式中，L為材料的原始長(zhǎng)度，ΔL為材料試驗(yàn)后的位移長(zhǎng)度。

拉伸強(qiáng)度反映了無(wú)數(shù)值（或微?。┚鶆蜃冃蔚?strong>斷裂抗力，公式如下：

其中P是材料上的最大拉力，b和d分別是材料的厚度和寬度。

圖5顯示了拉力試驗(yàn)之前和之后的樣品，拉伸區(qū)域位于紅色虛線(xiàn)內(nèi)。

圖5. PET樣品斷裂前(a)和斷裂后(b)

圖6顯示了拉力試驗(yàn)中未部分放電的PET的力與位移的關(guān)系：材料的拉伸過(guò)程首先經(jīng)歷彈性變形階段，達(dá)到屈服點(diǎn)后發(fā)生變形，達(dá)到斷裂點(diǎn)后，發(fā)生斷裂。

圖6. 未局部放電的PET力與位移關(guān)系圖

將未局部放電的樣品試驗(yàn)后的數(shù)據(jù)代入上述兩個(gè)公式后發(fā)現(xiàn)，斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值幾乎相同，從而得出結(jié)論：實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)同時(shí)滿(mǎn)足上述兩個(gè)公式。隨著局部放電時(shí)間的增加，PET發(fā)生水解反應(yīng)后易破裂，使機(jī)械性能下降，加快了材料的絕緣損壞速度，最終導(dǎo)致材料和設(shè)備的可靠性下降。

美能拉脫力綜合測(cè)試儀

介紹：

美能拉脫力綜合測(cè)試儀，采用臥立一體式設(shè)計(jì)，立式測(cè)試模塊配備50N，1000N各一個(gè)力量傳感器可用于材料的拉伸，壓縮，彎曲等靜態(tài)物性的試驗(yàn)，專(zhuān)用于光伏行業(yè)硅晶片、硅料、電池組件等相關(guān)產(chǎn)品的剝離力、抗拉強(qiáng)度等測(cè)試。

滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn):

GB/T16491-2009，GB/T16491-96，JB/T17797-95

特點(diǎn)：

?獨(dú)特的臥立一體式設(shè)計(jì)，同時(shí)兼具臥式180°剝離強(qiáng)度測(cè)試和立式電池片彎曲測(cè)試；

?臥式測(cè)試模塊可達(dá)到28個(gè)傳感器同時(shí)使用；

?立式測(cè)試模塊可用于成品電池或材料的拉伸、壓縮、彎曲等試驗(yàn)；

?單面測(cè)試時(shí)間＜1分鐘，比單組測(cè)試速度至少提高10-18倍

光伏組件的質(zhì)量和性能對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。美能拉脫力綜合測(cè)試儀，憑借精心設(shè)計(jì)測(cè)試細(xì)節(jié)部件和多主柵測(cè)試功能，廣泛應(yīng)用于組件力學(xué)性能的評(píng)估，成為光伏行業(yè)中不可或缺的重要檢測(cè)設(shè)備，美能光伏將通過(guò)持續(xù)創(chuàng)新和技術(shù)升級(jí)，助力太陽(yáng)能發(fā)電行業(yè)邁向更加可持續(xù)和繁榮的未來(lái)。