Что такое межслойная пленка ПВБ фотоэлектрического класса и почему это важно?

Что такое межслойная пленка ПВБ фотоэлектрического класса и чем она отличается от архитектурного ПВБ?

Межслойная пленка из поливинилбутираля (ПВБ) десятилетиями использовалась в многослойном безопасном стекле, особенно в автомобильных ветровых стеклах и архитектурном остеклении. В этих случаях основными функциями ПВБ являются удержание фрагментов стекла вместе после разрушения, поглощение энергии удара и обеспечение акустического демпфирования. Промежуточная пленка ПВБ фотоэлектрического класса служит принципиально иной и более сложной цели: она должна инкапсулировать и защищать солнечные элементы внутри модуля, одновременно передавая максимально возможное количество солнечного света на активную поверхность элемента, сохраняя оптическую прозрачность в течение десятилетий воздействия на открытом воздухе и сохраняя электрическую целостность цепи элемента во всем диапазоне температур, влажности и УФ-нагрузки, которым подвергается развернутый в полевых условиях солнечный модуль.

Стандартный архитектурный ПВБ разработан с учетом механических характеристик и не оптимизирован для оптической передачи, долгосрочной устойчивости к ультрафиолетовому излучению при постоянном солнечном излучении или особых требований к адгезии и влагостойкости, предъявляемых к конструкциям фотоэлектрических модулей. ПВБ фотоэлектрического класса — это отдельная категория продуктов с тщательно разработанным составом, включающим УФ-стабилизаторы, специализированные пластификаторы, усилители адгезии и антиоксидантные пакеты, выбранные для удовлетворения эксплуатационных требований квалификационных стандартов модулей IEC 61215 и IEC 61730 в течение прогнозируемого срока службы модуля от 25 до 30 лет. Считать эти две категории материалов взаимозаменяемыми — распространенная и дорогостоящая ошибка при проектировании модулей.

Какую роль играет промежуточная пленка ПВБ в конструкции солнечного модуля?

Стандартный фотоэлектрический модуль «стекло-стекло» или «стеклянная задняя панель» представляет собой ламинированную сборку, в которой солнечные элементы полностью окружены герметизирующим материалом. Герметик одновременно выполняет несколько функций, которые имеют решающее значение для производительности, надежности и долговечности модуля. В модулях, использующих ПВБ в качестве герметика, пленка размещается как над, так и под цепочкой ячеек — между передним стеклом и ячейками, а также между ячейками и задним стеклом или задним листом — создавая сплошную герметичную среду вокруг электрической цепи.

В процессе ламинирования пленка ПВБ нагревается под давлением вакуума в ламинаторе, в результате чего она размягчается, обтекает геометрию ячейки и адгезионно связывается как со стеклянными поверхностями, так и с поверхностями ячеек. По мере охлаждения пленка затвердевает, образуя прочную, прозрачную, вязкоупругую матрицу, которая механически поддерживает элементы, электрически изолирует цепь элемента от стекла и рамы, смягчает дифференциальное тепловое расширение между стеклом и кремнием и создает барьер от проникновения влаги, которая в противном случае могла бы вызвать коррозию металлизации элемента, расслоение герметика и, в конечном итоге, электрическую деградацию модуля. Качество и характеристики пленки ПВБ напрямую определяют, насколько хорошо каждая из этих функций выполняется в течение срока службы модуля.

Каковы основные эксплуатационные характеристики пленки ПВБ фотоэлектрического класса?

Производительность межслойная пленка ПВБ фотоэлектрического класса характеризуется набором свойств, которые в совокупности определяют его пригодность для инкапсуляции модулей. Каждое свойство имеет измеримые характеристики, которые публикуют ответственные производители и которые производители модулей должны проверять посредством входного контроля качества и периодических квалификационных испытаний.

Оптическое пропускание

Высокий оптический коэффициент пропускания в диапазоне длин волн, который фотоэлектрические элементы преобразуют в электричество — примерно от 300 до 1200 нм для кристаллического кремния — необходим для предотвращения паразитных оптических потерь внутри герметизирующего слоя. Пленки ПВБ фотоэлектрического класса обычно достигают начальных значений коэффициента пропускания выше 90% во всем видимом спектре, измеренных на образцах многослойного стекла до ускоренного старения. Однако первоначальный коэффициент пропускания менее важен, чем сохранение коэффициента пропускания после длительного воздействия УФ-излучения и термоциклирования. Пленка, коэффициент пропускания которой начинается с 92%, но желтеет до 80% после пяти лет экспонирования в полевых условиях, приводит к измеримой и постоянной потере выходной мощности. Высококачественные составы ПВ-ПВБ включают светостабилизаторы на основе затрудненных аминов (HALS) и поглотители УФ-излучения, специально выбранные для предотвращения образования хромофора в полимерной матрице под постоянным солнечным излучением.

Скорость передачи паров влаги

Проникновение водяного пара является одним из основных механизмов долговременной деградации модуля. Влага вызывает коррозию серебряной и алюминиевой металлизации солнечных элементов, способствует расслоению границ раздела герметик-стекло и герметик-элемент, а также ускоряет потенциал-индуцированную деградацию (ПИД) в модулях, работающих при высоких системных напряжениях. ПВБ имеет более высокую скорость пропускания паров влаги (MVTR), чем ЭВА — альтернативный герметик, наиболее широко используемый в промышленности, — а это означает, что при использовании ПВБ настоятельно предпочтительнее использовать модульные конструкции из стекла и стекла, поскольку двойные слои стекла значительно уменьшают эффективный путь проникновения влаги по сравнению с полимерным задним слоем. Для модулей «стекло-стекло» из ПВБ влага, которая проникает через краевое уплотнение, является ограничивающим фактором, и соответствующая конструкция краевого уплотнения имеет важное значение для дополнения собственной влагостойкости пленки.

Прочность адгезии к стеклу и поверхностям ячеек

Адгезия между пленкой ПВБ и передним стеклом, задним стеклом и поверхностями ячеек должна оставаться прочной и стабильной во всем диапазоне температур, которым подвергается модуль, развернутый в полевых условиях, — от ниже -40°C в установках с холодным климатом до выше 85°C в пустынных условиях. Расслоение, которое проявляется в виде видимых пузырьков или белых пятен внутри ламината модуля, является одновременно эстетически неприемлемым и практически вредным, поскольку расслоенные области теряют свою барьерную функцию для влаги и создают оптическое рассеяние, которое снижает выход клеток. В состав пленок ПВБ фотоэлектрического класса входят добавки, способствующие адгезии, и они доступны с контролируемым уровнем адгезии — параметром, который можно регулировать для достижения баланса между прочным структурным сцеплением и контролируемым высвобождением, требуемым в некоторых конструкциях модулей.

Объемное сопротивление и электрическая изоляция

Герметик должен сохранять высокое удельное электрическое сопротивление на протяжении всего срока службы, чтобы предотвратить утечку токов из цепи элемента на каркас модуля и монтажную конструкцию. Потеря удельного сопротивления, которая может произойти при высоком поглощении влаги или при разложении полимера, увеличивает ток утечки, усугубляет ПИД в высоковольтных системах и создает угрозу безопасности во влажных условиях. Высококачественный ПВБ фотоэлектрического класса поддерживает объемное удельное сопротивление выше 10¹³ Ом·см во влажных условиях, что должно быть подтверждено испытаниями на влажную жару при 85°C / относительной влажности 85% в течение 1000 часов в соответствии с протоколами IEC 61215.

Чем ПВБ отличается от ЭВА и других солнечных герметиков?

Пленка из сополимера этилена и винилацетата (ЭВА) исторически доминировала на рынке герметиков для солнечной энергии благодаря своей низкой стоимости, хорошо зарекомендовавшему себя процессу ламинирования и широкой совместимости как с кристаллическим кремнием, так и с технологиями тонкопленочных элементов. Однако у Ева есть хорошо задокументированные недостатки, которые вызвали интерес к альтернативным герметикам, включая ПВБ, полиолефиновый эластомер (ПОЭ) и иономерные пленки. В таблице ниже приведены ключевые сравнительные характеристики, имеющие отношение к разработчикам модулей и группам по закупкам.

Критическим преимуществом ПВБ перед стандартным ЭВА является отсутствие образования уксусной кислоты при старении. Когда ЭВА разлагается под воздействием УФ-излучения и повышенной температуры, он выделяет уксусную кислоту как побочный продукт реакции обращения поперечной сшивки. Уксусная кислота разъедает металлизацию клеток, разрушает просветляющие покрытия и разрушает определенные тонкопленочные структуры клеток. ПВБ не генерирует уксусную кислоту ни при каких условиях воздействия в полевых условиях, что делает его существенно более химически инертным герметиком для конструкций модулей с длительным сроком службы и для тонкопленочных технологий, которые особенно чувствительны к воздействию кислоты.

Для каких применений лучше всего подходит межслойная пленка ПВБ фотоэлектрического класса?

Межслойная пленка ПВБ фотоэлектрического класса находит наибольшее коммерческое оправдание в приложениях, где долговечность модуля, оптические характеристики, структурная целостность при механических нагрузках и устойчивость к определенным режимам деградации имеют приоритет над первоначальной стоимостью материала. Некоторые категории приложений постоянно выигрывают от инкапсуляции PVB.

• Интегрированные в здания фотоэлектрические системы (BIPV) представляют собой один из наиболее естественных вариантов инкапсуляции PVB. Модули BIPV служат одновременно элементами архитектурного остекления и компонентами, генерирующими электроэнергию, требуя структурной безопасности многослойного архитектурного стекла, включая сохранение фрагментов после разрушения, в сочетании с оптическими и электрическими характеристиками солнечного модуля. ПВБ имеет многолетнюю историю сертификации безопасности архитектурного многослойного стекла, а составы фотоэлектрического класса несут этот сертификат безопасности непосредственно в продукте BIPV.
• Двусторонние модули «стекло-стекло», предназначенные для высоковольтных систем коммунального хозяйства, выигрывают от хорошей устойчивости ПИД к ФИД и отсутствия образования уксусной кислоты, оба из которых становятся более важными, когда напряжение системы превышает 1000 В, а срок службы модулей увеличивается до 30 лет и более.
• Безрамные стекло-стеклянные модули для навесов для автомобилей, пергол и архитектурных навесов требуют герметика, который обеспечивает прочное прилегание к краям без механической поддержки обычной алюминиевой рамы. Высокая адгезия ПВБ к стеклянным поверхностям и его механическая прочность делают его хорошо подходящим для таких сложных структурных конструкций.
• Производители тонкопленочных модулей, использующие технологии ячеек из теллурида кадмия (CdTe) или селенида меди, индия-галлия (CIGS), отдают предпочтение ПВБ именно потому, что эти технологии чувствительны к уксусной кислоте, которую может генерировать ЭВА, а химическая инертность ПВБ защищает химию поверхности ячейки на протяжении всего срока службы модуля.

Что следует учитывать производителям модулей при выборе поставщика межслойной пленки ПВБ?

Выбор промежуточной пленки ПВБ фотоэлектрического класса — это решение, которое влияет на производительность модуля, гарантийные обязательства и рентабельность — возможность привлечь проектное финансирование от кредиторов, которым требуется подтвержденная надежность модуля. Строгий процесс оценки поставщиков должен учитывать следующие аспекты:

• Запросите полные технические данные, охватывающие оптическое пропускание до и после 1000 часов воздействия УФ-излучения в соответствии с IEC 61345, характеристики влажного тепла в соответствии с IEC 61215, объемное сопротивление во влажных условиях, адгезию отслаивания к стеклу при различных температурах и скорость передачи паров влаги — любой поставщик, неспособный предоставить эти данные, не должен рассматриваться для квалификации.
• Убедитесь, что пленка была включена в успешное квалификационное тестирование модулей IEC 61215 и IEC 61730 по крайней мере у одного сертифицированного производителя модуля, и запросите ссылки на конкретные отчеты об испытаниях, а не принимайте общие заявления о соответствии.
• Оцените систему управления качеством поставщика, данные о стабильности от партии к партии и спецификации допуска по толщине — изменение толщины пленки ПВБ по ширине и длине рулона напрямую влияет на однородность ламинирования и должно быть в пределах ± 5% от номинальной спецификации.
• Тщательно оцените требования к хранению и обращению — пленка ПВБ гигроскопична и должна храниться в условиях контролируемой влажности с относительной влажностью ниже 30%, чтобы предотвратить поглощение влаги перед ламинированием, которое ухудшает ламинирование без пузырьков и конечное оптическое качество.
• Учитывайте возможности технической поддержки поставщика для оптимизации процесса ламинирования — профиль температуры ламинирования, время выдержки в вакууме и параметры цикла прессования для ПВБ отличаются от тех, которые установлены для ЭВА, и опытный поставщик должен быть в состоянии обеспечить руководство по процессу для конкретного применения и поддержку по устранению неполадок во время перехода от ЭВА к инкапсуляции ПВБ.

Межслойная пленка ПВБ фотоэлектрического класса занимает четко определенную и защищенную позицию в мире герметиков для солнечной энергии. Для применений, где химическая инертность, характеристики структурной безопасности, сохранение оптического качества и совместимость с архитектурой модулей «стекло-стекло» являются приоритетными, он предлагает комбинацию свойств, с которыми не может сравниться EVA, и которые будут становиться все более важными, поскольку промышленность увеличивает срок службы модулей и системные напряжения дальше, чем того требуют действующие стандарты.