آیا PVB درجه فتوولتائیک بهتر از EVA به عنوان یک محفظه ماژول خورشیدی عمل می کند؟

پلی وینیل بوتیرال (PVB) برای چندین دهه یک ماده محصور کننده پایه در صنعت خورشیدی بوده است، اما الزامات خاص PVB درجه فتوولتائیک اغلب اشتباه گرفته می شود - حتی توسط تیم های تدارکاتی با تجربه تهیه فیلم PVB معماری استاندارد. الزامات عملکردی که بر روی مواد محصورکننده در داخل یک ماژول خورشیدی قرار می‌گیرد به طور قابل‌توجهی سخت‌گیرانه‌تر از شیشه‌های ایمنی چند لایه است و انتخاب درجه یا تامین‌کننده اشتباه مستقیماً بر کارایی ماژول، ادعاهای گارانتی و بازده انرژی طولانی‌مدت تأثیر می‌گذارد. این راهنما توضیح می‌دهد که چه چیزی PVB درجه فتوولتائیک را متمایز می‌کند، چگونه در برابر کپسول‌کننده‌های رقیب عمل می‌کند، و چه پارامترهای فنی در ارزیابی تامین‌کنندگان اهمیت بیشتری دارد.

چه چیزی PVB را "درجه فوتوولتائیک" می کند - و چرا با PVB استاندارد متفاوت است

فیلم استاندارد PVB معماری - لایه میانی مورد استفاده در شیشه‌های جلو و شیشه‌های ساختمانی - برای عملکرد مکانیکی مهندسی شده است: مقاومت در برابر ضربه، چسبندگی به شیشه و تضعیف صدا. PVB درجه فتوولتائیک دارای ترکیب شیمیایی پلیمری پایه یکسانی است، اما برای برآورده کردن مجموعه‌ای از الزامات عملکرد کاملاً متفاوت که توسط محیط عملیاتی داخل یک ماژول خورشیدی هدایت می‌شود، فرمول‌بندی و پردازش می‌شود.

اساسی ترین تفاوت انتقال نوری است. یک محصور کننده ماژول خورشیدی باید حداکثر کسر ممکن از نور تابشی را به سطح سلول منتقل کند، به ویژه در محدوده طول موج 350 تا 1200 نانومتر که در آن سلول های سیلیکونی نور را به الکتریسیته تبدیل می کنند. PVB معماری استاندارد برای وضوح چشم انسان بهینه شده است که طیف مرئی باریک تری را پوشش می دهد. PVB درجه فتوولتائیک به طور خاص برای به حداقل رساندن جذب و پراکندگی در سراسر طیف کامل مربوط به خورشید فرموله شده است، با درجه های باکیفیت بالا که به گذردهی بالای 91 درصد در محدوده بحرانی دست می یابند.

مقاومت در برابر رطوبت دومین متمایز کننده مهم است. PVB ذاتاً رطوبت سنجی است - آب را از جو جذب می کند - و در کاربردهای لعاب استاندارد این امر از طریق آب بندی لبه ها مدیریت می شود. در داخل یک ماژول خورشیدی که انتظار می رود به مدت 25 تا 30 سال در فضای باز کار کند، نفوذ رطوبت از طریق محصورکننده باعث خوردگی سلول، لایه لایه شدن و تخریب الکتریکی می شود. PVB درجه فتوولتائیک با افزودنی های مانع رطوبت و تیمارهای سطحی فرموله شده است که به طور قابل توجهی نرخ انتقال بخار آب (WVTR) را در مقایسه با گریدهای معماری کاهش می دهد، اگرچه به صورت مطلق بالاتر از EVA (اتیلن-وینیل استات) باقی می ماند.

عملکرد عایق الکتریکی سومین حوزه اصلی واگرایی است. محصور کننده در یک ماژول خورشیدی، لایه دی الکتریک اولیه بین مدار سلول حامل جریان و قاب ماژول یا ساختار نصب است. الزامات مقاومتی حجمی برای PVB درجه فتوولتائیک به طور قابل‌توجهی بیشتر از فیلم معماری است، معمولاً بیش از 10¹3 Ω·cm است و باید در محدوده دمای عملیاتی و پس از آزمایش‌های پیری تسریع شده حفظ شود.

درجه فتوولتائیک PVB در مقابل EVA در مقابل POE: مقایسه عملکرد

PVB درجه فتوولتائیک عمدتاً با محصورکننده های EVA و الاستومر پلی الفین (POE) در بازار ماژول های خورشیدی رقابت می کند. هر ماده دارای نقاط قوت و ضعف متمایز است که آن را کم و بیش برای انواع ماژول ها و محیط های عملیاتی خاص مناسب می کند.

مهم‌ترین مزیت عملی PVB درجه فتوولتائیک نسبت به EVA مقاومت آن در برابر تخریب ناشی از پتانسیل (PID) است - یک حالت خرابی که در آن ولتاژ بالا بین سلول‌ها و قاب ماژول باعث مهاجرت یون‌ها از طریق کپسول‌کننده می‌شود و باعث از دست دادن شدید و سریع برق می‌شود. رسانایی یونی نسبتاً بالای EVA باعث می شود که در تنظیمات سیستم ولتاژ بالا نسبت به PID حساس باشد. مقاومت حجمی بالاتر و تحرک کمتر یونی PVB آن را به طور قابل ملاحظه ای مقاوم تر می کند. برای پروژه های در مقیاس شهری با ولتاژ سیستم 1500 ولت یا تأسیسات در آب و هوای مرطوب، این تمایز مستقیماً بر بازده انرژی بلندمدت و قابلیت بانکی تأثیر می گذارد.

دومین مزیت مهم PVB فرآیند لمینیت آن است. EVA و POE به یک چرخه درمان اتصال عرضی حرارتی در طول لمینیت نیاز دارند - معمولاً 12 تا 20 دقیقه در دمای 145-155 درجه سانتیگراد - که باعث محدود شدن توان در خط تولید ماژول می شود. PVB از طریق چسبندگی فیزیکی بدون اتصال عرضی به شیشه و صفحه پشتی می‌چسبد، چرخه‌های لمینیت سریع‌تر را امکان‌پذیر می‌کند و خطر درمان ناقص را حذف می‌کند، که یک مشکل کیفیت شناخته شده با EVA در محیط‌های تولیدی با توان بالا است.

مشخصات فنی کلیدی برای فیلم PVB درجه فتوولتائیک

هنگام ارزیابی تامین‌کنندگان PVB درجه فتوولتائیک یا مقایسه برگه‌های اطلاعات محصول، پارامترهای زیر بیشترین وزن را در تعیین اینکه آیا یک فیلم الزامات عملکرد و دوام ماژول را برآورده می‌کند، دارد.

خواص نوری

عبور وزنی خورشیدی باید برای محدوده 350-1200 نانومتر بیان شود و بر اساس یک استاندارد تعریف شده (IEC 61646 یا معادل آن) اندازه گیری شود. مقدار مه - معیاری برای پراکندگی نور - برای کاربردهای کپسوله‌کننده در سمت جلو باید کمتر از 1٪ باشد. مه بالا تابش موثری را که به سطح سلول می رسد کاهش می دهد و خروجی ماژول را کاهش می دهد. طول موج قطع UV و بارگذاری تثبیت کننده اشعه ماوراء بنفش تعیین می کند که فیلم چقدر در برابر تخریب نوری و زرد شدن در طول عمر عملیاتی ماژول مقاومت می کند - که معمولاً به عنوان حفظ انتقال بالای 88٪ پس از 1000 ساعت قرار گرفتن در معرض UV بر اساس IEC 61215 مشخص می شود.

خواص الکتریکی

مقاومت حجمی در دمای عملیاتی (معمولاً در 85 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 85 درصد پس از تهویه آزمایش می شود) مشخصات الکتریکی اولیه است. مقادیر کمتر از 10¹² Ω·cm در دما و رطوبت بالا نشان دهنده خطر PID بالا است و باید برای کاربردهای ولتاژ بالا رد صلاحیت شود. قدرت دی الکتریک - ولتاژی که فیلم می تواند در واحد ضخامت قبل از شکست تحمل کند - باید الزامات IEC 60664 را برای کلاس ولتاژ سیستم طراحی ماژول مورد نظر برآورده کند.

خواص مکانیکی و چسبندگی

استحکام لایه برداری به شیشه و مواد ورقه پشتی (که با آزمایش لایه برداری 90 درجه یا 180 درجه بعد از لمینیت و پس از پیری حرارت مرطوب اندازه گیری می شود) تأیید می کند که چسبندگی در طول زمان حفظ می شود. حداقل استحکام لایه برداری 40 نیوتن بر سانتی متر به شیشه پس از 1000 ساعت گرمای مرطوب (85 درجه سانتیگراد / 85٪ RH) یک آستانه معمول است. ازدیاد طول در هنگام شکست و استحکام کششی تعیین می‌کند که محصورکننده چقدر تنش ترمومکانیکی را در طول چرخه دما تحمل می‌کند - مربوط به خطر ترک خوردگی سلولی در ماژول‌هایی که از سلول‌های نازک یا با فرمت بزرگ استفاده می‌کنند.

کاربردهایی که در آن PVB درجه فتوولتائیک مزیت آشکاری دارد

در حالی که EVA به دلیل هزینه کمتر، بر حجم کلی محصورکننده خورشیدی غالب است، PVB درجه فتوولتائیک دارای یک مزیت عملکرد واقعی در چندین دسته کاربردی خاص است.

• فتوولتائیک یکپارچه ساختمان (BIPV): ماژول های مورد استفاده به عنوان عناصر شیشه ای معماری - نماها، نورگیرها، سایبان ها و نرده ها - باید هم استانداردهای لعاب سازه و هم الزامات عملکرد الکتریکی را برآورده کنند. PVB ماده بین لایه ای ایجاد شده برای شیشه های چند لایه ساختاری است و PVB درجه فتوولتائیک به سازندگان BIPV اجازه می دهد تا از فرآیندهای لمینیت آشنا و مسیرهای گواهی شیشه استفاده کنند در حالی که الزامات عملکرد ماژول خورشیدی را به طور همزمان برآورده می کنند.
• سیستم های ولتاژ بالا مقیاس شهری: پروژه هایی که در ولتاژهای سیستم 1000 ولت یا 1500 ولت DC کار می کنند، با خطر PID بالا، به ویژه در آب و هوای مرطوب، مواجه هستند. مقاومت حجمی برتر PVB درجه فتوولتائیک مستقیماً این خطر را بدون نیاز به پوشش‌های ضد PID اضافی یا اقدامات کاهش سطح سیستم برطرف می‌کند.
• ساخت ماژول شیشه-شیشه: ماژول‌های دو شیشه‌ای - که به دلیل دوام و قابلیت دو وجهی‌شان به طور فزاینده‌ای محبوب هستند - به محفظه‌ای نیاز دارند که به طور قابل اعتمادی از هر دو طرف به شیشه بچسبد. چسبندگی ثابت PVB به شیشه و سازگاری آن با تجهیزات استاندارد تولید شیشه چند لایه، آن را برای سازه های شیشه-شیشه، به ویژه در بخش های BIPV و ماژول های ممتاز، مناسب می کند.
• ماژول های لایه نازک: برخی از فناوری‌های لایه نازک - از جمله CdTe و سیلیکون آمورف - به دلیل ملاحظات سازگاری با شیمی سلولی و نیاز به فرآیندهای لایه‌بندی که از خروج گاز استیک مرتبط با اتصال عرضی EVA جلوگیری می‌کند، از لحاظ تاریخی از کپسول‌های PVB استفاده کرده‌اند.

گواهینامه کیفیت و استانداردهای تست برای تأیید

ادعاهای کیفیت تامین‌کننده برای PVB درجه فتوولتائیک باید با داده‌های تست شخص ثالث، نه فقط برگه‌های اطلاعات محصول، اثبات شود. چارچوب گواهینامه و آزمایش مربوطه شامل استانداردها و برنامه های زیر است.

IEC 61215 و IEC 61730 استانداردهای اولیه صلاحیت ماژول هستند و مواد محصور کننده مورد استفاده در ماژول های تایید شده باید در برابر گرمای مرطوب، چرخه حرارتی، قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش و توالی بار مکانیکی تعریف شده در این استانداردها بدون لایه برداری، زردی بیش از حد، یا خرابی دی الکتریک زنده بمانند. تامین کنندگان مواد که می توانند داده های آزمایشی را از ماژول های ساخته شده با فیلم خود ارائه دهند که این توالی ها را پشت سر گذاشته اند - به جای آزمایش های سطح ماده به تنهایی - شواهد قوی تری از عملکرد میدانی ارائه می دهند.

IEC 62716 تست مقاومت آمونیاک را پوشش می دهد، مربوط به تاسیسات PV کشاورزی که در آن آمونیاک بالا در اتمسفر خوردگی سطوح محصور کننده و سلول را تسریع می کند. همه فیلم‌های PVB درجه فتوولتائیک برای مقاومت در برابر آمونیاک فرموله نشده‌اند، بنابراین پروژه‌هایی که محیط‌های کشاورزی یا دامداری را هدف قرار می‌دهند باید به صراحت انطباق را تأیید کنند.

تست مقاومت PID طبق IEC TS 62804 تلفات توان را در شرایط تنش ولتاژ بالا اندازه گیری می کند. گزارش‌های آزمایشی را درخواست کنید که افت توان کمتر از 5% را پس از پروتکل تست استاندارد برای هر فیلم PVB درجه فتوولتائیک در نظر گرفته شده برای کاربردهای سیستم ولتاژ بالا نشان دهد. فیلم‌های بدون این داده‌ها را نباید تنها بر اساس مقادیر مقاومت ماده، مقاوم در برابر PID فرض کرد.

معیارهای ارزیابی تامین کننده برای PVB درجه فتوولتائیک

با وجود چندین تامین‌کننده جهانی و منطقه‌ای که در بازار PVB درجه فتوولتائیک با هم رقابت می‌کنند، تمایز بین آنها مستلزم نگاهی فراتر از اعداد انتقال سرفصل و مقاومت است.

• سازگاری دسته به دسته: خواص نوری و الکتریکی باید در کلت های تولیدی سازگار باشد. درخواست گواهی‌های کیفیت در سطح لات (CoA) و در صورت امکان، سوابق کنترل کیفیت تولید را برای تغییر مشخصات در طول زمان ممیزی کنید. ضخامت فیلم ناسازگار - رایج ترین تنوع تولید - به طور مستقیم بر یکنواختی فشار لایه لایه و عملکرد نوری محلی تأثیر می گذارد.
• قابلیت پشتیبانی فنی: پارامترهای لایه لایه PVB درجه فتوولتائیک - مشخصات دما، سیکل خلاء، فشار پرس - با EVA متفاوت است و در طول صلاحیت فرآیند نیاز به پشتیبانی تامین کننده دارد. تامین کنندگان با تیم های اختصاصی مهندسی برنامه و توصیه های مستند فرآیند لمینیت، زمان و هزینه صلاحیت خط تولید را کاهش می دهند.
• پایداری زنجیره تامین: عرضه رزین PVB در میان تعداد کمی از تولیدکنندگان جهانی متمرکز است. ارزیابی کنید که آیا تامین کننده ی کپسولان شما توافق نامه های تامین رزین بلندمدت یا یکپارچه سازی عقب مانده ای را تضمین کرده است که در برابر کمبود مواد خام محافظت می کند - خطری که برای چندین تامین کننده کپسوله ساز در طول اختلالات زنجیره تامین 2021-2022 تحقق یافته است.
• اسناد سازگاری: داده‌های تست سازگاری را برای نوع سلول خاص خود (PERC تک کریستالی، TOPCon، HJT یا لایه نازک)، مواد ورق پشتی و درزگیر قاب درخواست کنید. ناسازگاری بین مواد محصور کننده و مواد مجاور یک علت شناخته شده اما مستند نشده برای لایه برداری میدان و شکست خوردگی است.

PVB درجه فتوولتائیک یک ماده کالایی نیست - شکاف عملکردی بین یک فیلم فرموله شده و به طور مداوم ساخته شده و یک جایگزین با کیفیت پایین تنها پس از سالها عملیات میدانی قابل مشاهده است، که در آن زمان گارانتی و هزینه های شهرت می تواند به طور قابل توجهی از صرفه جویی در هزینه اولیه مواد بیشتر شود. صلاحیت کامل تامین کننده، مبتنی بر داده های تست استاندارد و ممیزی های تولید، مطمئن ترین راه برای مدیریت این ریسک قبل از رسیدن به میدان است.