高溫高濕條件下光伏組件用材料阻隔性能深度解析

1.分子動(dòng)力學(xué)角度：在高溫高濕環(huán)境下，材料內(nèi)部的分子運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步加劇。對(duì)于聚合物材料，溫度和濕度的升高都會(huì)使其分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)能量大幅增加，分子鏈段的運(yùn)動(dòng)速度更快，分子鏈之間原本緊密的排列變得更加疏松，空隙增大。以光伏組件的封裝材料 EVA 為例，在高溫高濕條件下，其分子鏈更容易出現(xiàn)較大的空隙，水汽分子不僅可以通過(guò)高溫時(shí)產(chǎn)生的間隙，還能借助高濕度環(huán)境下更多的水汽聚集和擴(kuò)散作用，更容易地滲透進(jìn)入材料內(nèi)部，從而嚴(yán)重降低材料的阻隔性能。此外，根據(jù)菲克定律，高溫高濕會(huì)使水汽分子在材料中的擴(kuò)散系數(shù)顯著增大，其在材料中的擴(kuò)散速度更快、更容易，進(jìn)一步削弱了材料對(duì)水汽的阻隔能力。

2.材料物理化學(xué)性質(zhì)變化角度：

物理變化：許多材料在高溫高濕環(huán)境下會(huì)發(fā)生更明顯的物理變化。熱塑性封裝材料在高溫高濕條件下，從較硬的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳浀母邚棏B(tài)的速度加快，且由于濕度的影響，材料的體積膨脹程度更大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更加松散。比如光伏組件中的密封膠，在高溫高濕下其體積膨脹加劇，更容易使密封處出現(xiàn)微小縫隙，大量水汽和氧氣能夠輕易地通過(guò)這些縫隙進(jìn)入光伏組件內(nèi)部。

化學(xué)變化：高溫高濕還會(huì)引發(fā)材料更復(fù)雜的化學(xué)變化。在光伏組件材料中，化學(xué)鍵在這種環(huán)境下更容易斷裂或重組。對(duì)于含有添加劑的材料，添加劑在高溫高濕下的分解反應(yīng)可能會(huì)加速，產(chǎn)生更多的小分子物質(zhì)，這些小分子物質(zhì)不僅會(huì)在材料內(nèi)部形成更多的通道，還可能與水汽發(fā)生反應(yīng)，改變材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使其變得更易被水汽和氧氣穿透。含碳 - 氫（C - H）鍵的材料，在高溫、高濕和氧氣存在的情況下，氧化反應(yīng)速率加快，對(duì)材料的阻隔性能破壞更為嚴(yán)重 。

以乙烯 - 醋酸乙烯酯共聚物（EVA）為例，常溫下通過(guò)分子鏈的相互作用，對(duì)水汽和氧氣有一定的阻隔作用，并且具有良好的柔韌性和粘結(jié)性，能將電池片與其他組件材料很好地封裝在一起。當(dāng)處于高溫高濕環(huán)境時(shí)，EVA的阻隔性能下降更為顯著。一方面，EVA作為熱塑性材料，在高溫高濕下分子鏈運(yùn)動(dòng)劇烈，分子鏈之間的間距進(jìn)一步增大；另一方面，EVA 中的醋酸乙烯酯（VA）成分在高溫高濕下分解反應(yīng)加速，產(chǎn)生的小分子物質(zhì)增多，這些因素共同作用，使得 EVA 的水汽透過(guò)率比常溫下成倍增加，對(duì)光伏組件內(nèi)部的電池片等部件的保護(hù)極為不利 。

1.測(cè)試方法

?水汽透過(guò)率測(cè)試

紅外傳感器法：利用紅外傳感器檢測(cè)透過(guò)材料的水汽濃度。在高溫高濕的測(cè)試環(huán)境下，將材料置于傳感器和水汽源之間，傳感器可實(shí)時(shí)測(cè)量透過(guò)材料的水汽量，進(jìn)而快速計(jì)算出水汽透過(guò)率。如使用廣州標(biāo)際研發(fā)生產(chǎn) W413 2.0 水蒸氣透過(guò)率測(cè)定儀搭配 GB-YBT 光伏片材測(cè)試平臺(tái)，可在模擬高溫高濕的條件下準(zhǔn)確測(cè)量材料的水汽透過(guò)性能。

▲Y310 2.0氧氣透過(guò)率測(cè)定儀+GB-YBT310光伏片材測(cè)試平臺(tái)

在光伏行業(yè)，不同國(guó)家和地區(qū)對(duì)背板材料的水蒸氣透過(guò)率要求有所不同。日本夏普、京瓷等企業(yè)要求嚴(yán)格，必須低于 0.3 g/m2?day；德國(guó)、奧地利同類(lèi)產(chǎn)品要求為 1.6 g/m2?day，而國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 WVTR 小于 2.5 g/m2?day 。對(duì)于水汽透過(guò)率和氧氣透過(guò)率等阻隔性能指標(biāo)，均有相應(yīng)的合格范圍標(biāo)準(zhǔn)。若材料在高溫高濕下的阻隔性能測(cè)試結(jié)果超出了這些標(biāo)準(zhǔn)范圍，則該材料可能不適合用于光伏組件，或者需要進(jìn)一步改進(jìn)其配方和生產(chǎn)工藝，以確保光伏組件在實(shí)際的高溫高濕應(yīng)用環(huán)境中的可靠性、耐久性和安全性 。