Превосходит ли ПВБ фотоэлектрического класса EVA в качестве герметика для солнечных модулей?

Поливинилбутираль (ПВБ) на протяжении десятилетий был основным герметизирующим материалом в солнечной промышленности, однако конкретные требования к ПВБ фотоэлектрического класса часто неправильно понимаются — даже группами по закупкам, имеющими опыт поиска стандартных архитектурных ПВБ-пленок. Требования к характеристикам, предъявляемые к герметизирующим материалам внутри солнечного модуля, значительно более строгие, чем к многослойному безопасному стеклу, и выбор неправильного сорта или поставщика напрямую влияет на эффективность модуля, претензии по гарантии и долгосрочный выход энергии. В этом руководстве объясняется, что отличает ПВБ фотоэлектрического класса, как он работает по сравнению с конкурирующими герметиками и какие технические параметры имеют наибольшее значение при оценке поставщиков.

Что делает ПВБ «фотоэлектрическим» и чем он отличается от стандартного ПВБ

Стандартная архитектурная пленка ПВБ — промежуточный слой, используемый в ламинированных ветровых стеклах и строительном стекле — разработана с учетом механических характеристик: ударопрочности, адгезии к стеклу и звукоизоляции. ПВБ фотоэлектрического класса имеет тот же базовый полимерный химический состав, но разработан и обработан для удовлетворения совершенно другого набора требований к производительности, обусловленных рабочей средой внутри солнечного модуля.

Самым фундаментальным отличием является оптическая передача. Герметик солнечного модуля должен передавать максимально возможную долю падающего света на поверхность элемента, особенно в диапазоне длин волн 350–1200 нм, где кремниевые элементы преобразуют свет в электричество. Стандартный архитектурный PVB оптимизирован для ясности человеческого глаза и охватывает более узкий видимый спектр; ПВБ фотоэлектрического класса специально разработан для минимизации поглощения и рассеяния во всем спектре, соответствующем солнечной энергии, при этом высококачественные сорта достигают коэффициента пропускания выше 91% в критическом диапазоне.

Влагостойкость является вторым важным отличием. ПВБ по своей природе гигроскопичен — он поглощает воду из атмосферы — и в стандартных применениях в остеклении это достигается за счет герметизации кромок. Внутри солнечного модуля, который, как ожидается, будет работать на открытом воздухе в течение 25–30 лет, попадание влаги через герметик вызывает коррозию элементов, расслоение и электрическую деградацию. В состав ПВБ фотоэлектрического класса входят добавки, препятствующие проникновению влаги, и обработка поверхности, которая значительно снижает скорость пропускания водяного пара (СПВП) по сравнению с строительными марками, хотя в абсолютном выражении она остается выше, чем у ЭВА (этиленвинилацетата).

Характеристики электроизоляции являются третьей основной областью расхождений. Герметик в солнечном модуле представляет собой первичный диэлектрический слой между цепью токоведущего элемента и рамой модуля или монтажной конструкцией. Требования к объемному сопротивлению для ПВБ фотоэлектрического класса существенно выше, чем для архитектурной пленки, обычно превышают 10¹³ Ом·см, и его необходимо поддерживать в рабочем диапазоне температур и после испытаний на ускоренное старение.

Фотоэлектрический PVB, EVA и ПОЕ: сравнение производительности

ПВБ фотоэлектрического класса конкурирует в первую очередь с герметиками из этиленвинилацетата и полиолефинового эластомера (POE) на рынке солнечных модулей. Каждый материал имеет свои сильные и слабые стороны, которые делают его более или менее подходящим для конкретных типов модулей и рабочих сред.

Наиболее значительным практическим преимуществом фотоэлектрического PVB перед EVA является его устойчивость к деградации, вызванной потенциалом (PID) — режиму отказа, при котором высокое напряжение между ячейками и каркасом модуля вызывает миграцию ионов через герметик, вызывая серьезную и быструю потерю мощности. Относительно высокая ионная проводимость ЭВА делает его восприимчивым к ФИД в конфигурациях высоковольтных систем; Более высокое объемное сопротивление ПВБ и более низкая подвижность ионов делают его существенно более устойчивым. Для проектов коммунального хозяйства с системным напряжением 1500 В или установок во влажном климате это различие напрямую влияет на долгосрочную выработку энергии и рентабельность.

Вторым важным преимуществом ПВБ является процесс ламинирования. EVA и POE требуют цикла термической сшивки во время ламинирования — обычно 12–20 минут при температуре 145–155 °C, что ограничивает производительность линии по производству модулей. ПВБ приклеивается к стеклу и подложке за счет физической адгезии без образования поперечных связей, что позволяет ускорить циклы ламинирования и устранить риск неполного отверждения, что является известной проблемой качества ЭВА в условиях высокопроизводительного производства.

Основные технические характеристики ПВБ-пленки фотоэлектрического класса

При оценке поставщиков фотоэлектрических ПВБ или сравнении технических характеристик продукции следующие параметры имеют наибольшее значение при определении того, будет ли пленка соответствовать требованиям к производительности и долговечности модуля.

Оптические свойства

Коэффициент пропускания солнечной энергии должен быть указан для диапазона 350–1200 нм и измерен в соответствии с определенным стандартом (IEC 61646 или эквивалентным). Значение мутности — мера светорассеяния — должно быть ниже 1% для нанесения герметика на лицевую сторону; повышенная дымка снижает эффективное излучение, достигающее поверхности клетки, и снижает выходную мощность модуля. Длина волны отсечки УФ-излучения и загрузка УФ-стабилизатора определяют, насколько хорошо пленка противостоит фотодеградации и пожелтению в течение всего срока службы модуля — обычно это означает поддержание коэффициента пропускания выше 88 % после 1000 часов воздействия УФ-излучения согласно IEC 61215.

Электрические свойства

Объемное сопротивление при рабочей температуре (обычно тестируется при 85°C и относительной влажности 85 % после кондиционирования) является основной электрической характеристикой. Значения ниже 10¹² Ом·см при повышенной температуре и влажности указывают на повышенный риск ПИД и должны быть дисквалифицированы для применения в высоковольтных приложениях. Диэлектрическая прочность — напряжение, которое пленка может выдержать на единицу толщины до пробоя — должна соответствовать требованиям IEC 60664 для класса напряжения системы предполагаемой конструкции модуля.

Механические и адгезионные свойства

Прочность на отслаивание от стекла и материала подложки (измеренная при тесте на отслаивание под углом 90° или 180° после ламинирования и после влажно-теплового старения) подтверждает, что адгезия сохраняется с течением времени. Обычно используемым пороговым значением является минимальная прочность на отрыв стекла от стекла 40 Н/см после 1000 часов влажного тепла (85°C/85% относительной влажности). Удлинение при разрыве и прочность на разрыв определяют, насколько хорошо герметик выдерживает термомеханические нагрузки во время циклических изменений температуры, что имеет отношение к риску растрескивания ячеек в модулях, в которых используются тонкие или крупноформатные ячейки.

Области применения, в которых фотоэлектрический ПВБ имеет явное преимущество

В то время как EVA доминирует в общем объеме герметиков для солнечной энергии из-за своей более низкой стоимости, ПВБ фотоэлектрического класса имеет реальное преимущество в производительности в нескольких конкретных категориях приложений.

• Интегрированная в здание фотоэлектрическая система (BIPV): Модули, используемые в качестве элементов архитектурного стекла — фасадов, мансардных окон, навесов и балюстрад — должны соответствовать как стандартам структурного остекления, так и требованиям к электрическим характеристикам. ПВБ является признанным промежуточным материалом для конструкционного многослойного стекла, а ПВБ фотоэлектрического класса позволяет производителям BIPV использовать знакомые процессы ламинирования и способы сертификации стекла, одновременно соблюдая требования к производительности солнечных модулей.
• Высоковольтные энергосистемы: Проекты, работающие при напряжении системы постоянного тока 1000 В или 1500 В, сталкиваются с повышенным риском ПИД, особенно во влажном климате. Превосходное объемное сопротивление ПВБ фотоэлектрического класса напрямую устраняет этот риск, не требуя дополнительных покрытий, защищающих от ФИД, или мер по снижению риска на уровне системы.
• Конструкция модуля «стекло-стекло»: Модули с двойным стеклом, которые становятся все более популярными благодаря своей долговечности и двусторонним возможностям, требуют герметика, который надежно связывается со стеклом с обеих сторон. Хорошо зарекомендовавшая себя адгезия ПВБ к стеклу и его совместимость со стандартным оборудованием для производства многослойного стекла делают его естественным выбором для конструкций из стекла и стекла, особенно в сегментах BIPV и модулей премиум-класса.
• Тонкопленочные модули: В некоторых тонкопленочных технологиях, включая CdTe и аморфный кремний, исторически использовались герметики из ПВБ из соображений совместимости с клеточной химией и необходимости в процессах ламинирования, которые позволяют избежать выделения уксусной кислоты, связанного со сшивкой ЭВА.

Сертификация качества и стандарты тестирования для проверки

Заявления поставщика о качестве ПВБ фотоэлектрического класса должны подтверждаться данными испытаний третьих сторон, а не только техническими данными продукта. Соответствующая система сертификации и испытаний включает следующие стандарты и программы.

МЭК 61215 и МЭК 61730 являются стандартами квалификации основных модулей, а герметизирующие материалы, используемые в сертифицированных модулях, должны выдерживать воздействие влажного тепла, термоциклирования, воздействия ультрафиолета и последовательностей механических нагрузок, определенных в этих стандартах, без расслоения, чрезмерного пожелтения или разрушения диэлектрика. Поставщики материалов, которые могут предоставить данные испытаний модулей, изготовленных из их пленки и прошедших эти последовательности, а не только испытания на уровне материала, предоставляют более убедительные доказательства эффективности эксплуатации.

МЭК 62716 охватывает испытания на устойчивость к аммиаку, актуальные для сельскохозяйственных фотоэлектрических установок, где повышенное содержание аммиака в атмосфере ускоряет коррозию герметика и поверхностей элементов. Не все пленки ПВБ фотоэлектрического класса разработаны с учетом устойчивости к аммиаку, поэтому проекты, ориентированные на сельское хозяйство или животноводство, должны четко проверять соответствие.

Тестирование сопротивления ФИД Согласно IEC TS 62804, измеряются потери мощности в условиях высокого напряжения. Запросите отчеты об испытаниях, показывающие потерю мощности ниже 5 % после стандартного протокола испытаний для любой пленки ПВБ фотоэлектрического класса, рассматриваемой для применения в высоковольтных системах. Пленки без этих данных не следует считать устойчивыми к PID только на основании значений удельного сопротивления материала.

Критерии оценки поставщиков фотоэлектрических фотоэлектрических модулей PVB

Поскольку на рынке фотоэлектрических ПВБ конкурируют несколько глобальных и региональных поставщиков, для того, чтобы отличить их, необходимо не ограничиваться общими показателями коэффициента пропускания и удельного сопротивления.

• Стабильность от партии к партии: Оптические и электрические свойства должны быть одинаковыми для всех производственных партий. Запросите сертификаты качества на уровне партии (CoA) и, где это возможно, проверьте записи контроля качества продукции на предмет изменений спецификаций с течением времени. Непостоянная толщина пленки — наиболее распространенная производственная изменчивость — напрямую влияет на однородность давления ламинирования и локальные оптические характеристики.
• Возможности технической поддержки: Параметры ламинирования ПВБ фотоэлектрического класса — температурный профиль, вакуумный цикл, давление прессования — отличаются от EVA и требуют поддержки поставщика во время квалификации процесса. Поставщики со специализированными инженерными группами и документированными рекомендациями по процессу ламинирования сокращают время и стоимость аттестации производственной линии.
• Стабильность цепочки поставок: Поставки смолы ПВБ сконцентрированы среди небольшого числа мировых производителей. Оцените, заключил ли ваш поставщик герметика долгосрочные соглашения о поставках смол или обратную интеграцию, которая защищает от нехватки сырья — риск, который материализовался для нескольких поставщиков герметиков во время сбоев в цепочке поставок в 2021–2022 годах.
• Документация по совместимости: Запросите данные испытаний на совместимость для вашего конкретного типа элемента (монокристаллический PERC, TOPCon, HJT или тонкопленочный), материала заднего листа и герметика рамы. Несовместимость между герметиком и соседними материалами является известной, но недостаточно документированной причиной расслоения и коррозии в полевых условиях.

Фотоэлектрический ПВБ не является товарным материалом — разрыв в характеристиках между хорошо разработанной, последовательно изготовленной пленкой и альтернативой более низкого качества становится заметен только после многих лет эксплуатации в полевых условиях, и к этому моменту гарантийные и репутационные затраты могут значительно превысить первоначальную экономию затрат на материал. Тщательная квалификация поставщиков, основанная на стандартизированных данных испытаний и аудите производства, является наиболее надежным способом управления этим риском до того, как он достигнет места эксплуатации.