辐照技术在高反射EVA胶膜生产中的应用

2020-03-20

双玻组件由于具有高耐候性、高阻水性和高生命周期发电量等优异特性,已经成为光伏发展的一种方向。双玻组件常常用聚烯烃进行封装,乙烯-醋酸乙烯酯树脂作为现有聚烯烃封装材料中最常用的材料,非常适合作为双玻太阳能组件中的封装膜。胶膜不仅可以缓冲玻璃受到的冲击,而且可以保护玻璃后侧非常脆的光伏电池片。相较于普通EVA胶膜,添加了钛白粉的EVA胶膜可提升双玻组件功率7~10W,因此更受组件厂青睐。目前市场上添加了钛白粉的EVA胶膜硫化速率较快,因为这样不仅可以提高封装效率,降低能耗,而且层压之后溢胶少,界面清晰。但是这在生产过程中容易出现焦烧和晶点,且产生5%~15%不能回收利用的边料。硫化速率慢的胶膜缺陷在于封装效果差,会产生大量溢胶和褶皱现象,组件成品率较低。但是其优点是边料可以全部回收利用。2018年光伏“531新政”后,政府取消了补贴,企业压力陡增,降本的需求迫在眉睫。

电子辐照技术是指将电子加速器产生的电子射线能量转移给被辐照物质,使被辐照物质的性能改变,这项技术广泛应用在热缩管和电线电缆等领域。辐射交联后,聚合物的形状虽然没有改变,但其内部已经发生了交联反应,有了适当的交联度,进而聚合产品的稳定性和耐热性得到提高。生产中可以先加工硫化速率慢的EVA 胶膜,保证边料的全部回收利用,再进行电子束辐照,改善胶膜的性能。综上,文章考察了不同电子束流强度对胶膜预交联度、硫化速率、剥离强度和封装效果的影响。

1 实验部分

1.1 实验仪器及材料

PCT-35F型高压加速老化试验机,东莞泓进检测仪器有限公司;WDT-W-20A型电子万能试验机,承德精密试验仪器有限公司;UR-2010SD型无转子硫化仪,优肯科技股份有限公司;BSL1122OC型半自动太阳电池组件层压机,秦皇岛博硕光电设备股份有限公司;DG型电子加速器,中广核达胜加速器技术有限公司。

高反射率EVA太阳能封装胶膜(白膜),型号B601W,常州百佳年代薄膜科技股份有限公司。

1.2 实验步骤

将EVA胶膜放入电子加速器中进行辐照加工,加工速度17m/min,束流强度4~12mA。将辐照后的胶膜置于高压加速老化试验机中进行湿热老化,条件设定为120℃,100%相对湿度,分别放置24h和48h后取出。硫化测试条件为:145℃,12min,摇摆角度0.5°。其他按GB/T 29848—2013《光伏组件封装用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 电子辐照对预交联度的影响

图1所示为不同电子束流强度对预交联度的影响。从图中可以看出,胶膜的预交联度随着束流强度的增加而变大。起初预交联度增长缓慢,到达一定强度后,预交联度开始快速增加。电子束流辐照胶膜,高分子链不断被打断,打断后的高分子链成为了自由基。由于自由基不稳定,相互之间会重新组合,原来的链状分子结构交联后导致了三维网状结构的形成。随着能量的增加,被打断的高分子链越来越多,自由基也增多,重新组合后导致交联度不断增加。电子束流强度由6~7mA,9~10mA转变中,预交联度出现了突变。辐照的大部分能量会转化为热能,由于聚合物对热量传递是低效的,以致所吸收的能量可导致相当高的温升。高温会促进过氧化物的分解,使得交联反应继续进行。由于不同束流强度下的胶膜预交联度差异较大,后续实验分别对束流强度为4mA(1.8%),8mA(11.2%)和12mA(23.1%)的胶膜进行性能研究。

2.2 电子辐照对硫化速率的影响

图2所示为不同电子束流强度对硫化速率的影响。从图2中可以看出,随着束流强度的增加,胶膜的硫化速度也变快了。束流强度为4mA时,焦烧时间TS1比未辐照的快了38s。8mA和12mA的硫化速率比较接近,焦烧时间TS1比未辐照的快了约71s。当束流强度到达一定值后,硫化速率趋于稳定。曲线中最低转矩逐渐增大,表明胶膜的流动性在不断降低。生产中可以使用硫化慢的配方,保证生产加工的安全性,然后通过电子辐照调节胶膜硫化速率。

2.3 电子辐照对剥离强度的影响

图3所示为不同电子束流强度对剥离强度的影响。从图3中可以看出,辐照后胶膜的剥离强度都有不同程度的衰减。随着束流强度的增加,胶膜剥离强度的衰减程度越来越大。其中12mA的衰减最明显,初始剥离强度就减少了28N/m,老化后的剥离强度分别衰减了12N/m(24h)和15N/m(48h)。偶联剂在胶膜和玻璃之间形成共价键,从而改善了界面性能,提高界面的黏合性。随着束流强度的增加,造成破坏的共价键也增多,导致界面之间的黏合能力不断下降。

2.4 不同束流强度对辐照白膜封装效果的影响

图4所示为不同束流强度辐照白膜的封装效果。从图4中可以看出,束流强度4mA的胶膜,汇流条和焊带上的溢白较多。预交联度低,胶膜的流动性还是比较大。束流强度8mA的胶膜,封装效果较好。束流强度12mA的胶膜,有少量溢胶,电池片出现了开裂现象。预交联度较高,流动性差,胶膜固化,封装过程中对电池片的压力过大。

3 结 论

实验结果表明,随着电子束流强度的增加,EVA胶膜的预交联度和硫化速率得到了提高,剥离强度出现不同程度的衰减,层压效果也有好有坏。当电子束流强度为8mA 时,EVA 胶膜获得最佳性能。

辐照技术的应用,为EVA胶膜生产中遇到的问题提供了新的解决方法,为企业节约了成本,提高了企业竞争力。

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