PCT加速老化對背板相對漏電起痕的影響范文

本站小編為你精心準備了PCT加速老化對背板相對漏電起痕的影響參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

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

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

引言

絕緣性能是太陽能背板的重要技術(shù)指標。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劃分為I類、II類、III類（IIIa和IIIb）。根據(jù)IEC61730-1：2016，不同等級的絕緣材料的爬電距離不同，絕緣等級越低，爬電距離越大。絕緣等級與爬電距離的數(shù)值詳見表1。表1中組件面積增加根據(jù)式（1）計算：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——組件長和寬，按照60片組件長1.634m，寬0.985m進行計算。表1中組件發(fā)電效率增加根據(jù)式（2）計算：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進行計算；R——單位面積輻照強度，按照1000W/m2輻照強度進行計算；S——組件面積。由表1數(shù)據(jù)可看出電壓等級1000V的光伏組件，采用I類、II類、III類絕緣等級的背板，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類絕緣等級的背板，組件設(shè)計面積會比采用I類絕緣等級背板增加0.022~0.052m2，相應(yīng)的組件發(fā)電效率會降低0.21%~0.49%。而不同絕緣等級的背板應(yīng)用到1500V光伏組件上，發(fā)電效率的差距會更加明顯。在光伏組件25a使用壽命中，太陽能背板會受到外界的紫外、濕熱等惡劣環(huán)境［1，2］而不斷老化。隨著背板的老化，會對組件的阻水性能、發(fā)電功率形成影響［3］，同時也會對組件絕緣性能造成影響。本文重點研究高溫高壓（pressurecookertest，PCT）加速老化對不同類型的背板相漏電起痕的影響。

1實驗材料

從倉庫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實驗方法及測試儀器

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

3實驗結(jié)果

3.1PCT老化前后拉伸測試

PCT老化可更省時地評價濕熱老化對背板材料性能的影響。通常，高分子材料的斷裂伸長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率變化情況。對比圖1可看出，幾款背板在PCT老化后斷裂伸長率均有一定程度的衰減。A背板PCT96h后2個方向的斷裂伸長率都可以保持75%以上，背板仍具有較好的柔韌性。D背板在PCT48h、B背板在PCT72h，背板斷裂伸長率保持率低于5%；此時背板已完全脆化。C背板在PCT96h后斷裂伸長率保持率在約30%，此時背板也基本失效。A款背板在PCT后斷裂伸長率的衰減優(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薄膜廠家會對PET進行堿基封端改性，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會存在差異，材料的老化也會對CTI造成影響。表2給出了不同背板在老化前后的CTI測試數(shù)據(jù)。對比表2中CTI數(shù)值，可看出老化前A、D這兩款背板的絕緣等級為I類，B、C這2款背板的絕緣等級為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，在層壓過程中由于E層軟化、流動會變薄甚至部分消失，因此去掉背板E層進行CTI測試，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，使得材料絕緣等級降低。目前，IEC61730中并未要求測試背板老化后的相對漏電起痕，如果光伏組件設(shè)計時是按照高等級材料的爬電距離進行設(shè)計，在使用過程中，隨著背板老化絕緣等級降低，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)使用帶來安全隱患。在CTI測試中，絕緣材料表面會形成碳化腐蝕痕跡。圖2為CTI測試圖片（上圖為老化前，下圖為老化后），可看出B、C、D這3款背板PCT老化前后測試，電腐蝕痕跡明顯，A背板老化前后CTI測試僅有輕微腐蝕痕跡。對比表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穿透3~5層背板，腐蝕深度會達到0.9~1.7mm。 

4結(jié)論

本文研究了PCT加速老化對不同背板CTI的影響。3款以PET聚酯為中間層的背板，材料的絕緣等級會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。絕緣材料等級降低會影響光伏組件的爬電距離，建議組件廠商在進行組件爬電距離設(shè)計時，需要考慮到太陽能背板在長期使用過程中因材料老化造成絕緣等級降低。避免光伏組件在初始時按照高等級絕緣材料設(shè)計爬電距離，使用過程中因材料老化等級降低而引起光伏組件發(fā)生安全問題。

［參考文獻］

［3］梁宏陸，王莉，楊輝，等.不同濕熱老化條件對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