一种新型轻质柔性光伏组件介绍

所谓轻质柔性组件，是一种重量更轻、厚度更薄且柔韧性更佳的新型组件，可以直接黏贴于轻荷载和曲面屋顶上，不需要支架或者其他安装系统。

柔性薄膜太阳电池组件内部集连

研究内容

晶体硅轻质柔性组件的工艺难点主要在于前板柔性封装材料的选用及生产过程中的质量控制，以满足轻质、柔性及低隐裂的需求。

目前替代玻璃制作轻质柔性组件的前板封装材料一般选用高分子含氟材料，之所以选用高分子含氟材料，是因为光伏组件主要应用在户外，紫外线等对封装胶膜及电池片有损害，需要使用材料加以保护。

由于氟元素的电负性最大，原子半径很小且形成的C-F键短，键能大，F原子和全氟基团对主链起保护作用，所以含氟高分子材料具有耐热、耐高温、抗紫外、耐磨等诸多优点，可以满足光伏组件户用应用条件。

高分子材料的结构示意图如图2所示。

下文主要基于两种封装方案进行分析与讨论：一种是ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物），ETFE膜材的厚度通常在0.05~0.25mm，随着厚度的增加undefined膜材将更硬更脆undefined难以加工，在制作轻质柔性组件时，由于其厚度较薄，一般需要搭配玻纤复合材料作为衬底；一种是采用含氟透明前板，由强化PET芯材和含氟薄膜构成，含氟薄膜一般选用PVDF薄膜。

根据图3透光率测试结果，含氟透明前板的透光率为85.16%，ETFE+复合材料的透光率为80.09%。ETFE+复合材料的透光率相比含氟透明背板的透光率约5.07%。

由于轻质柔性组件前板材料一般选用含氟高分子材料，其抗紫外性能相比常规组件用玻璃要低，所以其抗紫外性能是主要评价之一。采用温度60℃，波长范围为280~400nm，分别以UV30、60、90、120、150、180、210、240、270、300 kWh/m2的辐照量照射ETFE+复合材料及含氟透明前板，进行以下对比测试分析。

经测试（如图5所示），ETFE+复合材料由于采用玻纤预浸布作为基底，强度较高，初始拉伸强度已达到500MPa，经过300kWh/m2紫外老化测试后机械性能仍能保持在400 MPa以上。

含氟透明前板相比ETFE+复合材料拉伸强度较低，初始拉伸强度为180 MPa，经过300 kWh/m2紫外老化测试后拉伸强度为140MPa。

采用红外测试法，在温度(38±2)℃、湿度100%的条件下测试不同紫外剂量后的水汽透光率，水汽透过率两种材料差异不明显，测试数据接近，结果如图6所示。

采用扫描电镜对ETFE+复合材料、含氟透明前板两种材料经300kWh/m2老化后的微观结构进行对比，结果如图7所示。

经观察，含氟透明前板的断面紧密平整，ETFE+复合材料的断面出现分层，可能由于紫外老化后复合材料中的玻纤出现断裂造成。

图7 两种封装材料紫外老化后微观结构

分别采用ETFE+复合材料、含氟透明前板两种封装工艺制备2块60片版型轻质柔性组件，在辐照度1000W/m2、温度25℃、AM1.5的测试条件下，使用功率测试仪测试功率数据，对比其表1功率数据发现，ETFE+复合材料封装的组件相比含氟透明前板封装的组件功率降低4.2W。

表1 两种封装方案组件功率对比

分别采用ETFE+复合材料、含氟透明前板两种封装工艺制备2块轻质柔性组件，按照400mm曲率半径保持48h后测试，两种材料均无新增缺陷，抗弯曲强度基本一致，测试结果如图8、图9所示。

图8 含氟透明前板EL图

分别采用ETFE+复合材料、含氟透明前板制作2块60片版型轻质柔性组件进行湿热老化测试及紫外老化测试。

测试条件为温度85℃、湿度85%，测试1000h。由图11看出，经测试ETFE+复合材料功率衰减为4.03%，含氟透明前板功率衰减为2.36%。ETFE+复合材料衰减

大主要原因为湿热老化测试后组件表面发黄，透光率降低，造成功率衰减大。

采用温度60℃，波长范围为280~400nm的紫外老化环境实验箱，分别对两种封装方案制作的组件进行辐照量120kWh/m2的测试，由图12看出，经测试ETFE+复合材料功率衰减为4.89%，含氟透明前板功率衰减为1.98%，ETFE+复合材料测试后出现发黄现象。

结论

• 由ETFE+复合材料和含氟透明前板两种封装方案制备的轻质柔性组件，在弯曲强度方面表现一致。

• 使用ETFE封装时由于添加了衬底复合材料，复合材料主要成份为玻纤预浸布，容易在湿热老化测试及紫外老化测试后出现发黄的现象，所以应用于户外存在发黄的风险。

• 使用含氟透明前板制作的轻质柔性组件在耐老化性能方面表现更优异。

来源：新型轻质柔性光伏组件的制备及其性能研究

END

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原文始发于微信公众号（光伏产业通）：一种新型轻质柔性光伏组件介绍