PCT加速老化对背板相对漏电起痕的影响范文

摘要：考察高温高压（PCT）加速老化对不同太阳能背板相对漏电起痕指数（CTI）的影响。研究表明，以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为中间层的背板在材料老化后，CTI值会显著降低，背板的绝缘等级随背板的老化而降低；而非PET中间层的APE型背板老化后CTI值仍能够达到I类绝缘材料的水平。

关键词：背板；材料老化；相对漏电起痕指数；CTI；爬电距离

引言

绝缘性能是太阳能背板的重要技术指标。背板的绝缘性能主要包括击穿电压、局部放电电压、体积电阻率以及在IEC61730—2016版即将增加的相对漏电起痕指数（comparativetrackingindex，CTI）。IEC根据CTI数值将聚合物材料绝缘等级划分为I类、II类、III类（IIIa和IIIb）。根据IEC61730-1：2016，不同等级的绝缘材料的爬电距离不同，绝缘等级越低，爬电距离越大。绝缘等级与爬电距离的数值详见表1。表1中组件面积增加根据式（1）计算：ΔS=(L+ΔCr×2)×(W+ΔCr×2)-L×W（1）式中，ΔS——II或III类材料比I类材料增加的组件面积；ΔCr——II类或III类材料比I类材料增加的爬电距离；L、W——组件长和宽，按照60片组件长1.634m，宽0.985m进行计算。表1中组件发电效率增加根据式（2）计算：式中，ΔE——II或III类材料比I类材料组件单位面积降低的发电效率；P——组件功率，按照60片组件功率250W进行计算；R——单位面积辐照强度，按照1000W/m2辐照强度进行计算；S——组件面积。由表1数据可看出电压等级1000V的光伏组件，采用I类、II类、III类绝缘等级的背板，组件的爬电距离分别为10.0、14.2、20.0mm。这就意味着采用II类或III类绝缘等级的背板，组件设计面积会比采用I类绝缘等级背板增加0.022~0.052m2，相应的组件发电效率会降低0.21%~0.49%。而不同绝缘等级的背板应用到1500V光伏组件上，发电效率的差距会更加明显。在光伏组件25a使用寿命中，太阳能背板会受到外界的紫外、湿热等恶劣环境［1，2］而不断老化。随着背板的老化，会对组件的阻水性能、发电功率形成影响［3］，同时也会对组件绝缘性能造成影响。本文重点研究高温高压（pressurecookertest，PCT）加速老化对不同类型的背板相漏电起痕的影响。

1实验材料

从仓库抽出正常使用的背板产品：A——APE型背板；B——KPf型背板；C——CPC型背板；D——TPT型背板。

2实验方法及测试仪器

将A、B、C、D这4款太阳能背板，放入高温高压加速老化箱（苏州智河PCT-250），条件：121℃，100%RH（相对湿度），0.2MPa，测试其24、48、72、96h的断裂伸长率。参考标准IEC60112—2009测试A、B、C、D4款太阳能背板老化前后的CTI值。测试仪器：PTLM31.06漏电起痕测试仪。

3实验结果

3.1PCT老化前后拉伸测试

PCT老化可更省时地评价湿热老化对背板材料性能的影响。通常，高分子材料的断裂伸长率的变化可直观反应出材料老化的程度。图1给出4款背板PCT老化前后的断裂伸长率变化情况。对比图1可看出，几款背板在PCT老化后断裂伸长率均有一定程度的衰减。A背板PCT96h后2个方向的断裂伸长率都可以保持75%以上，背板仍具有较好的柔韧性。D背板在PCT48h、B背板在PCT72h，背板断裂伸长率保持率低于5%；此时背板已完全脆化。C背板在PCT96h后断裂伸长率保持率在约30%，此时背板也基本失效。A款背板在PCT后断裂伸长率的衰减优于B、C、D这3款背板，因B、C、D背板均是以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET聚酯）为中间层的背板，PET聚酯是以酯键连接的高分子链结构，其酯键在湿热的环境中易发生水解，分子链断裂形成酸和醇。酸的存在又会形成酯类水解的催化剂，加速水解反应。为提升PET聚酯的耐水解能力，通常PET薄膜厂家会对PET进行碱基封端改性，这也是3款背板耐水解老化能力不同的主要原因［4］。而A背板中间层为改性聚烯烃（PO），其不含酯键，也不会发生上述水解反应，其耐水解老化能力更优。

3.2PCT老化前后的CTI值测试

聚合物绝缘材料的耐漏电起痕性，与本身材料的结构有很大关系［5］。因此，不同材料结构的背板，其CTI会存在差异，材料的老化也会对CTI造成影响。表2给出了不同背板在老化前后的CTI测试数据。对比表2中CTI数值，可看出老化前A、D这两款背板的绝缘等级为I类，B、C这2款背板的绝缘等级为II类。A款背板在PCT老化96h后，CTI仍≥600V，仍然为I类绝缘材料。含有E层的背板，在层压过程中由于E层软化、流动会变薄甚至部分消失，因此去掉背板E层进行CTI测试，更有意义。A背板不包含E层的情况下，CTI≥600V为I类绝缘材料，经过PCT96h老化后，依然为I类绝缘材料。B背板在PCT24h后由II类降为III类，C背板在PCT96h后由II类降为III类材料，D背板在PCT24h后由I类降为II类材料。B、C、D这3款PET聚酯为中间层的背板在PCT老化后，由于内层的部分老化和PET的水解，使得材料绝缘等级降低。目前，IEC61730中并未要求测试背板老化后的相对漏电起痕，如果光伏组件设计时是按照高等级材料的爬电距离进行设计，在使用过程中，随着背板老化绝缘等级降低，光伏组件的爬电距离将不能满足安全使用要求，为光伏组件的继续使用带来安全隐患。在CTI测试中，绝缘材料表面会形成碳化腐蚀痕迹。图2为CTI测试图片（上图为老化前，下图为老化后），可看出B、C、D这3款背板PCT老化前后测试，电腐蚀痕迹明显，A背板老化前后CTI测试仅有轻微腐蚀痕迹。对比表3中腐蚀深度数据表，也可看出B、C、D这3款背板的电腐蚀通常会穿透3~5层背板，腐蚀深度会达到0.9~1.7mm。 

4结论

本文研究了PCT加速老化对不同背板CTI的影响。3款以PET聚酯为中间层的背板，材料的绝缘等级会随背板的老化而降低，而非PET中间层的APE型背板在老化前后都能保持I类绝缘材料等级。绝缘材料等级降低会影响光伏组件的爬电距离，建议组件厂商在进行组件爬电距离设计时，需要考虑到太阳能背板在长期使用过程中因材料老化造成绝缘等级降低。避免光伏组件在初始时按照高等级绝缘材料设计爬电距离，使用过程中因材料老化等级降低而引起光伏组件发生安全问题。

［参考文献］

［3］梁宏陆，王莉，杨辉，等.不同湿热老化条件对光伏背板性能的影响［J］.信息记录材料，2015，（6）：24—27.

［4］魏文良，于兰平，薛峰.用于光伏电池背板的抗老化PET薄膜研制［J］.聚酯工业，2010，23（5）：17—20.

［5］俞赞琪.聚合物绝缘材料的漏电起痕性［J］.绝缘材料，2005，38（3）：48—51.

作者：陈国清 倪志春 黄伟 赵若斐 李淳慧 黄永杰 单位：中利腾晖光伏科技有限公司