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作者｜Haidan Gong等
组件寿命|不同类型的光伏背板在温暖潮湿的环境中为组件提供不同程度的保护。无锡尚德光伏中心Haidan Gong、Yiwei Guo和Minge Gao为了更好地了解热带条件下不同背板材料的性能，详细介绍了其目前的研究成果。
乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）聚合物背板作为*常用的包装材料，已成为保证组件性能的重要组成部分，以保护组件免受外部环境的侵蚀。虽然已经固化了，但当EVA当暴露在高温和潮湿的环境中时，仍会发生水解，从而形成乙酸。
其他文献[1，2]还研究了湿热条件下组件的故障机制。醋酸与氧化铅反应产生醋酸铅，导致组件功率下降。大多数聚合物背板不能完全阻止水进入组件。
因此，在高湿度环境下，背板的水蒸气渗透率（WVTR）对组件的功率退化有重要影响。过去，有两种不同的观点。一种是低WVTR背板，尽量防止水进入，抑制EVA水解反应。
另一种方法是使用可呼吸的背板，这意味着水很容易进入背板，醋酸气体也很容易从组件中释放出来。
目前，热带地区背板WVTR选择没有明确的结论。大部分研究都集中在背板本身的使用寿命上，很少关注背板的阻水性能对组件使用寿命的影响。
本文从三个方面进行了探讨：采用不同的方式WVTR背板的组件性能不同VA含量的EVA湿热加速老化与高湿度环境应用的关系。
实验部分
玻璃(背板1)、KPO（背板2）、CPC（背板3）和PPf(背板4)。硅基光伏组件由四种不同背板材料制成，工艺相同。
此外，还生产了一背板的特殊组件作为参考。IEC 61215标准规定，首先对组件进行初始稳定，然后将组件暴露在外85℃环境温度和85%的相对湿度。组件的电气性能每1000小时一次。
这里有两种不同VA含量(28%和32%)EVA。VA含量是用NaOH化学滴定法测定。此外，还使用化学滴定法。ther ** l Fisher Nicolet-iS50装置测量FTIR光谱。
结果与讨论
使用不同WVTR背板的组件性能
外部环境因素，如水和氧，通常可以穿透背板进入组件，如图1所示。如前所述，组件中的水会导致电池腐蚀。因此，背板的湿度性能对组件的可靠性和寿命有重要影响。
图1：水和氧渗透到组件内部
在这里，5组件是在相同的条件下生产的(如表1所示)。A～D有四种不同的组WVTR的背板，E无背板的特殊组件，即水蒸气完全进入背板，醋酸气体也容易从组件中释放。
表一：使用不同WVTR背板的组件
经过4000小时的湿热老化，组件功率损失如图2所示。显然，随着湿热时间的增加，不同背板的组件显示出不同的功率。
在潮湿的环境中，DH 4000h后，背板WVTR范围为0-4.0g/m2.d（A组*d组)组件的功率衰减WVTR增加呈线性增加(如图3所示)。
完全阻水的部件(背板A）由于这些部件防止醋酸对电池的腐蚀，显示出微小的功率损失。湿热老化后EL图也显示在表二上。电池和焊带的腐蚀影响功率衰减。
有趣的是，没有背板的组件（E组)显示3000小时低功率退化DH电池或焊带腐蚀后几乎没有观察到。4000h之后，这些部件出现了较大的功率退化和明显的电池和焊带腐蚀。
对于没有背板的组件，在DH的前3000小时，EVA水解反应主要发生在组件背面，醋酸气体也容易从组件中释放。DH*后1000小时，水蒸气渗入电池，进入组件前侧EVA水解反应不可避免，乙酸气体不易通过电池释放。
图二：DH实验结束后，不同背板组件的功率衰减
图3:功率衰减 vs. 背板的WVTR
表2：使用不同背板的组件DH后的EL图
不同VA含量EVA对组件性能的影响
VA含量也有影响EVA质量的关键值。此外，酯基会在潮湿的环境中水解。在组件中使用28%和32%VA含量的EVA，在潮湿们在潮湿环境中的性能。如图4所示，在DH 2000h之后，使用量高VA含量EVA该组件具有更高的功率退化和更严重的电池和焊带腐蚀。图5中，VA高含量组件在湿热后表现出更多的电池腐蚀。结果对应于图4中的功率衰减结果。
图四：DH过后使用不同EVA组件功率衰减
图五：DH以后使用不同EVA的组件EL成像图
湿热加速老化与高湿度应用环境的关系
温度、湿度和光照是影响组件可靠性和使用寿命的三个主要因素。
为了预测产品在实际应用中的使用寿命，我们使用了几种加速老化模型，其中***的是Arrhenius模型。在高湿度环境中，温度和湿度是组件老化的主要因素。结合温湿度因素，Hallberg-Peck模型[3]通常用于预测高湿度环境中的老化过程。Hallberg-Peck模型方程如下：
T_u-1/T_t))………eq1
AF：加速因子
Ea：故障模式的激活能
K：玻尔兹曼常数
Tu：**温度
Tt：试验时的**温度
RHu：使用时的相对湿度
RHt：试验时的相对湿度
超过寿命=预期寿命/AF…eq2
在Hallberg-Peck在模型中，超过寿命的时间与应用领域的温度和湿度以及组件故障模式的激活能量有关。组件故障激活能量是模型的关键参数，通常是经验值。故障模式的激活能量通过以下三个实例计算。
案例1:2012年3月在东南亚安装的部件；平均环境温度28.2℃，平均相对湿度61.8%。
如图6所示，运行仅8年后，整个光伏电站PR理论上接近25年的退化水平较高。AAA在级脉冲太阳模拟器下，从光伏电站取四个组件测量输出功率。
结果见表3。结果表明，使用BS-WVTR 1.5 VA33 EVA8年后封装组件平均功耗下降率为28.5%，使用BS-WVTR1.5 VA28平均功耗下降率为20%。
结果见表4。2000小时湿热加速老化与东南亚热带环境8年运行密切相关。湿热试验2000h后，BS-WVTR 1.5 VA33 EVA封装组件的平均功率退化率为26%，BS-WVTR 1.5 VA28封装组件的平均功率退化率为16%。
图6：安装在东南亚的组件的实际情况PR衰退结果
表3：东南亚光伏电站的组件
在AAA水平脉冲太阳能模拟器下的输出功率
表4：仓库光伏组件
在AAA水平脉冲太阳能模拟器下的输出功率
DH 2000h后电致发光（EL）组件与东南亚光伏电站老化8年EL类似(图7)。另外，傅里叶改变红外光谱。（FTIR）湿热试验后安装在东南亚光伏电站的亚光伏电站的部件和部件的失效机制(图8)。
结果表明，这些组件有类似的故障机制。醋酸铅可以在前面EVA检测到。一般认为水蒸气会渗入组件，导致EVA水解。由此产生的醋酸与焊带和电池中的氧化铅发生反应。醋酸铅会增加电阻，使电池变暗。
不同的是，在户外运行失败的件背板EVA上检测不到醋酸铅和峰值EVA但湿热试验后，组件背板EVA醋酸铅和EVA水解峰。
结果表明，由于组件内外的水蒸气浓度在白天和晚上不同，水蒸气可以进入组件，也可以扩散到组件外。当水蒸气穿透电池并进入组件前部，不易通过电池扩散时，它就会在前面EVA水解反应发生在中间。然而，在整个室内老化试验中，水蒸气在组件内外达到平衡。因此，背部EVA水解反应是不可避免的。
功率衰减值，EL图像和FTIR分析表明，室内2000小时湿热试验相当于泰国8年的运行时间。因此，根据eq2，AF是35.04。
图7:左，在高湿度地区工作8年的组件；
右，DH2,000小时后的组件；
图8:来自电站现场和DH后的组件的EVA FTIR光谱
2:2012年安装热带岛屿A上部组件；平均环境温度26.9度，平均相对湿度78.5%。
如图9所示，经过六年的运行，电能实际产量损失为21.9%。图十所示EL电池腐蚀也可以在图像中观察到。这些组件使用BS WVTR 1.5 VA33 EVA和BS WVTR 1.5 A VA28 EVA封装。
根据表5，2000小时湿热加速老化A在岛屿环境中运行6年有很好的相关性。因此，根据eq2，AF是26.28。
图9:安装在A岛组件实际PR衰减
图十：安装在A 岛6年后的组件
表5:安装在岛上A的组件
在AAA水平脉冲太阳能模拟器下的输出功率
案例3:2013年安装热带岛屿B上部组件；平均环境温度为27.2℃，平均相对湿度为81.7%。
如表6所示，仅运行四年后，电能的实际产量就出现了17.6损失%。图十一所示EL电池腐蚀也可以在图像中观察到。这些这些组件BS WVTR 1.5和VA28 EVA封装。
根据表四，在B在岛屿环境中，2000小时湿热加速老化与4年的运行密切相关。因此，根据eq2，AF是17.52。
表六:来自岛屿B组件实际输出能量
图11:热带岛屿B运行4年后的组件
根据这三种实际情况，我们可以计算热带地区失效模式的失效激活能量（Ea），相关数据见表7。Ea值在0.425到0.482之间。在此基础上，使用模型和Hallberg-Peck在不同的温度和湿度条件下，模型计算了不同的室内湿热试验时间。
表7:热带地区失效激活能
结论
本文主要研究背板的高湿度环境WVTR对组件性能的影响。理论模拟和现场实例数据表明，长期湿热加速老化可以模拟高湿度场环境下组件的老化规律。Hallberg-Peck该模型计算了不同温度和相对湿度地区的激活能。
另外，结果显示，在0-4.0g/m2.d在潮湿的环境中，使用背板WVTR部件的功率随背板衰减WVTR线性增加。*后，比较了28%和32%VA内容下的组件性能。结果表明，高VA含量的EVA会导致高功率退化和电池腐蚀。
作者团队
Haidan Gong、Yiwei Guo、Minge Gao。
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