FEVE涂料背板开裂的情况也比较严重,在美国新泽西州一座3年的电站(图二),组件中使用了FEVE涂料和基于杜邦™特能®(Tedlar®)PVF薄膜的两种背板,其中采用FEVE涂料背板的一块组件,背板外面的FEVE涂层从PET基材上剥落,剥落方向沿焊带方向,可能是由于焊带热胀冷缩应力导致FEVE涂层开裂。从该电站组件取这两种背板样品,进行划格试验测试背板外层与PET基材粘结力(图三),户外使用3年的FEVE涂料背板其外层涂层可从PET基材上剥离,说明FEVE涂层与PET基材粘接力较弱导致户外脱层开裂,杜邦™特能®(Tedlar®)PVF薄膜则完好粘结在PET基材上。
图二.美国新泽西州安装3年电站组件FEVE涂料背板涂层开裂剥落
图三.美国新泽西州安装3年电站组件(a)组件使用的FEVE涂层背板涂层剥落;(b)对这些户外组件使用的FEVE涂层背板和杜邦™特能®(Tedlar®)PVF背板的划格试验结果
FEVE涂层脆弱受热应力容易开裂,且FEVE分子链为聚氨酯结构,仅有少量含氟链段。除此外,FEVE涂层耐磨性差,受环境的影响大,组件、电站所承受的风险也较高。我国西部地区光照资源充足、土地价格低廉,是大多数大型光伏电站理想建设地。但这些地区干旱少雨、地表沙化严重、风沙活动强烈,随着户外使用时间的延长,风沙磨损会不断减薄背板外表层材料的厚度,所以背板外表层耐磨性能和厚度非常重要。
同样出现问题的还有PVDF薄膜背板,PVDF背板容易发生热斑熔化、受热脆化和应力开裂。在美国亚利桑那州、以色列和西班牙等地面和屋顶电站(图四),某PVDF单面氟膜背板内层在五年内普遍发生黄变现象(10%-75%电站组件)。单层氟膜背板容易出现内层发黄现象,专家建议在苛刻环境下使用双面氟膜杜邦™特能®(Tedlar®)TPT背板以避免内层紫外老化导致的失效风险。同时PVDF薄膜背板还出现了因热斑问题导致熔化起泡开裂现象,原因是PVDF薄膜熔点大约只有160oC-170oC,对比杜邦™特能®(Tedlar®)PVF薄膜熔点大约为190oC-200oC。
图四.PVDF背板热斑失效
(a)美国亚利桑那安装2年组件背板因热斑熔化和开裂;(b)以色列电站组件背板热斑熔化起泡;(c)西班牙屋顶组件安装2年内背板热斑老化开裂;(d)为(c)的局部放大图
上述各类新型材料的背板均通过了相关认证,但都没有得到实际长期户外验证,材料本身的性能缺失使其不能应对各种环境应力。现行IEC标准多为单项应力测试,对紫外测试要求也过低,不能很好的模拟背板材料在户外所受综合应力的老化失效。有些背板厂商通过逆向研发,改进材料通过现有实验室加速老化测试,甚至可以满足两倍、三倍IEC测试要求。但是在实际户外应用中还是出现了开裂、脱层、黄变等失效现象,使电站投资者蒙受巨大损失。
对材料的选择很关键,据了解,目前如果组件供应商在未接到电站投资商对组件的材料要求情况下,从初始成本考虑会优先选择廉价的背板封装组件。而对电站投资商而言,选择经过实绩验证的背板材料才能确保电站最大价值,因此,了解组件材料清单是投资电站的必要功课。