چه چیزی باعث می شود فیلم بین لایه ای PVB درجه فتوولتائیک برای ماژول های خورشیدی ضروری باشد؟

از آنجایی که صنعت انرژی خورشیدی جهانی به سمت راندمان بالاتر ماژول، عمر طولانی‌تر و هزینه پایین‌تر انرژی (LCOE) پیش می‌رود، علم مواد پشت هر لایه از یک ماژول فتوولتائیک تحت نظارت روزافزونی قرار گرفته است. در میان مواد محصورکننده مورد استفاده در ساخت ماژول خورشیدی، فیلم پلی وینیل بوتیرال درجه فتوولتائیک (PVB) نقش مهم و رو به رشدی را ایفا کرده است - به ویژه در پیکربندی ماژول شیشه ای-شیشه ای، فتوولتائیک یکپارچه ساختمان (BIPV)، و کاربردهایی که شفافیت نوری، حفاظت مکانیکی و مقاومت درازمدت در برابر آب و هوا باید به دست آید. درک اینکه فیلم لایه‌ای PVB درجه PV چیست، چگونه کار می‌کند و چه چیزی مواد با کیفیت بالا را از جایگزین‌های کالا متمایز می‌کند، دانش ضروری برای تولیدکنندگان ماژول، مهندسان مواد و متخصصان تدارکاتی است که در زمینه انرژی خورشیدی کار می‌کنند.

فیلم بین لایه PVB درجه فتوولتائیک چیست؟

پلی وینیل بوتیرال (PVB) یک رزین ترموپلاستیک است که از واکنش پلی وینیل الکل با بوتیرآلدئید تولید می شود. در شکل فیلم خود، PVB برای چندین دهه به عنوان لایه میانی در شیشه های ایمنی معماری چند لایه استفاده شده است، جایی که دو یا چند شیشه شیشه را به هم متصل می کند و از شکستن آنها به قطعات خطرناک در اثر ضربه جلوگیری می کند. فیلم لایه‌ای PVB درجه فتوولتائیک یک نوع فرمول‌بندی شده خاص از این ماده است که برای نیازهای محصورسازی ماژول خورشیدی به جای لعاب معماری بهینه شده است.

تمایز بین PVB استاندارد معماری و PVB درجه فتوولتائیک صرفاً برچسب تجاری نیست - منعکس کننده تفاوت های معنی دار در فرمول است. PVB درجه PV برای دستیابی به گذر نوری بالاتر در طول موج های مورد استفاده توسط سلول های فتوولتائیک (معمولاً 350 تا 1100 نانومتر برای سیلیکون کریستالی)، نرخ انتقال بخار آب کمتر برای محافظت از فلزی شدن سلول حساس در برابر خوردگی ناشی از رطوبت، افزایش عمر مفید UV در طول 5 سال و افزایش پایداری سرویس UV در طول 5 سال طراحی شده است. سطوح شیشه ای و سلولی تحت شرایط چرخه حرارتی که در تاسیسات خورشیدی در فضای باز با آن مواجه می شوند. PVB معماری استاندارد، که در درجه اول برای مقاومت در برابر ضربه و عملکرد ایمنی در لعاب فرموله شده است، به طور قابل اعتمادی این الزامات خاص فتوولتائیک را بدون فرمول بندی مجدد برآورده نمی کند.

خواص فیزیکی و شیمیایی کلیدی فیلم PVB درجه PV

عملکرد یک لایه لایه PVB درجه PV در یک ماژول تکمیل شده به مجموعه ای از خواص مواد مرتبط با هم بستگی دارد که باید به طور همزمان بهینه شوند. فیلمی که در یک بعد برتری دارد اما در بعد دیگر کوتاه می آید ممکن است همچنان منجر به تخریب یا شکست ماژول در طول عمر طراحی ۲۵ تا ۳۰ ساله مورد انتظار از تاسیسات خورشیدی تجاری شود.

مشخصات مقاومت حجمی در زمینه ماژول های PV شایسته توجه ویژه است. برخلاف PVB معماری، که برای ارائه عایق الکتریکی لازم نیست، PVB درجه PV باید مقاومت الکتریکی بالایی را بین سلول‌های خورشیدی و قاب ماژول حفظ کند - به ویژه برای ماژول‌های لایه نازک و در سیستم‌هایی که تخریب ناشی از پتانسیل (PID) یک خطر است. برخی از فرمول‌های PVB درجه PV شامل افزودنی‌های خاصی هستند که مقاومت در برابر حجم بالا را حتی پس از قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض دما و رطوبت بالا حفظ می‌کنند و یکی از مکانیسم‌های تخریب کلیدی مشاهده شده در ماژول‌های قدیمی را بررسی می‌کنند.

PVB در مقابل EVA در مقابل POE: انتخاب پوشش مناسب برای ماژول های خورشیدی

PVB یکی از سه نوع فیلم محصور کننده اصلی است که در تولید ماژول فتوولتائیک در کنار اتیلن وینیل استات (EVA) و پلی الفین الاستومر (POE) استفاده می شود. هر ماده دارای مشخصات عملکردی متمایز است و انتخاب بین آنها به معماری ماژول، محیط برنامه و الزامات عملکرد بستگی دارد.

PVB در مقابل EVA

EVA از لحاظ تاریخی به دلیل هزینه کم، ویژگی‌های لایه‌بندی به خوبی درک شده و سازگاری گسترده با طرح‌های ماژول استاندارد، محصورکننده غالب در صنعت خورشیدی بوده است. با این حال، EVA محدودیت‌هایی دارد که PVB مستقیماً به آنها رسیدگی می‌کند. EVA نسبت به تولید اسید استیک حساس است زیرا تحت قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش و دمای بالا تجزیه می شود - اسید استیک خوردگی تماس های سلول نقره ای را تسریع می کند و می تواند باعث تغییر رنگ کپسولانت شود و خروجی ماژول را در طول زمان کاهش دهد. PVB در هنگام تجزیه اسید استیک تولید نمی‌کند و در تماس با متالیزاسیون سلولی از نظر شیمیایی پایدارتر می‌شود. PVB همچنین دارای انتقال بخار آب کمتری نسبت به گریدهای استاندارد EVA است که عملکرد سد رطوبتی بهتری را در محیط‌های مرطوب ارائه می‌کند.

موازنه این است که PVB در فرم خشک نشده خود رطوبت بیشتری نسبت به EVA دارد و به شرایط نگهداری رطوبت کنترل شده - معمولاً زیر 30٪ رطوبت نسبی - برای جلوگیری از جذب رطوبت قبل از ورقه ورقه شدن نیاز دارد. جذب رطوبت قبل از لمینیت می تواند باعث تشکیل حباب و شکست چسبندگی در ماژول تکمیل شده شود. EVA نسبت به شرایط ذخیره سازی حساسیت کمتری دارد، که لجستیک را در محیط های کمتر کنترل شده ساده می کند.

PVB در مقابل POE

محصورکننده‌های POE در سال‌های اخیر سهم بازار قابل‌توجهی را به دست آورده‌اند، به‌ویژه در ماژول‌های شیشه‌ای-شیشه‌ای و فن‌آوری‌های سلول ناهمگون (HJT)، به دلیل نرخ انتقال بخار آب بسیار پایین، مقاومت حجمی بالا، و مقاومت در برابر تخریب ناشی از پتانسیل. در این ابعاد عملکرد، POE به طور کلی با PVB قابل مقایسه و در برخی موارد برتر است. با این حال، POE هزینه مواد اولیه بالاتری نسبت به PVB دارد، به پنجره فرآیند لایه‌کاری متفاوتی نیاز دارد (معمولاً فشار کمتر و زمان چرخه طولانی‌تر نسبت به PVB)، و داده‌های میدانی طولانی‌مدت کمتری نسبت به PVB دارد، که بیش از 50 سال در شیشه‌های چند لایه معماری و بیش از 20 سال در ماژول‌های خورشیدی استفاده شده است.

PVB مزیت خاصی نسبت به POE در کاربردهای BIPV و ماژول شیشه-شیشه دارد که در آن عملکرد ایمنی پس از لمینیت یک الزام قانونی است. شیشه‌های چند لایه PVB دارای یک چارچوب گواهی‌نامه ایمنی تثبیت‌شده بر اساس EN 14449 و ANSI Z97.1 هستند، و ماژول‌های BIPV با استفاده از لایه‌های PVB می‌توانند به جای واجد شرایط بودن یک ماده کاملاً جدید تحت مقررات محصولات ساختمانی، به این پایه گواهی‌نامه اشاره کنند - یک مزیت معنی‌دار در شرایط تجاری و نظارتی.

نقش لایه میانی PVB در ساخت ماژول شیشه-شیشه

معماری ماژول شیشه-شیشه - با استفاده از دو لایه شیشه ای که رشته سلول را ساندویچ می کند به جای ورقه جلوی شیشه ای و ورق پشتی پلیمری - یکی از بخش های بازار خورشیدی با سریع ترین رشد است که به دلیل قابلیت اطمینان بلندمدت برتر، عملکرد دو وجهی، و الزامات زیبایی شناسی برنامه هایی از جمله نصب روی پشت بام، نماهای خورشیدی، کنسروهای خورشیدی و نور خورشیدی هدایت می شود. فیلم بین لایه‌ای PVB به دلایل فنی و کاربردی مخصوصاً برای ماژول‌های شیشه-شیشه مناسب است.

از نقطه نظر فنی، PVB یک پیوند چسبنده شیمیایی با سطوح شیشه ای در سطح مولکولی از طریق گروه های هیدروکسیل در پلیمر تشکیل می دهد که با گروه های سیلانول روی سطح شیشه واکنش می دهند - همان ترکیب شیمیایی پیوندی که PVB را به کپسولانت انتخابی در شیشه های چند لایه ساختاری تبدیل می کند. این پیوند در چرخه حرارتی از نظر مکانیکی قوی‌تر و بادوام‌تر از پیوند چسبنده‌ای است که توسط EVA یا POE با شیشه ایجاد می‌شود، که در درجه اول ماهیتی مکانیکی دارد تا شیمیایی. در ماژول‌های شیشه-شیشه‌ای که طی ۲۵ سال در معرض چرخه‌های انبساط و انقباض حرارتی مکرر قرار می‌گیرند، چسبندگی شیمیایی PVB نسبت به موادی که به تنهایی به چسبندگی فیزیکی تکیه می‌کنند، مقاومت لایه‌پوشی را با اطمینان‌تر حفظ می‌کند.

به طور خاص برای کاربردهای BIPV، استفاده از لایه‌های PVB به ماژول‌های خورشیدی اجازه می‌دهد تا در اکثر حوزه‌های قضایی به عنوان شیشه ایمنی طبقه‌بندی شوند. یک ماژول نمای ساختمان یا واحد شیشه های سقفی حاوی سلول های خورشیدی باید همان الزامات لعاب ایمنی را مانند شیشه های معماری معمولی برآورده کند - در جای خود باقی بماند و در صورت شکستن به قطعات خطرناک تکه تکه نشود. عملکرد ایمنی تثبیت شده شیشه‌های چند لایه PVB که از طریق چندین دهه آزمایش و تجربه میدانی در صنعت معماری مستند شده است، به ماژول‌های BIPV با استفاده از لایه‌های PVB اجازه می‌دهد مستقیماً به این چارچوب گواهی دسترسی داشته باشند و فرآیندهای مجوز ساختمان و تأیید محصول را ساده‌تر کنند.

الزامات فرآیند لمینیت برای فیلم PVB درجه PV

فرآیند لمینیت برای فیلم لایه‌ای PVB درجه PV در تولید ماژول خورشیدی از چندین جنبه مهم با فرآیند لایه‌برداری EVA که اکثر تولیدکنندگان ماژول برای اجرای آن تنظیم شده‌اند متفاوت است، و این تفاوت‌ها باید در توسعه فرآیند و مشخصات تجهیزات درک و در نظر گرفته شوند.

لمینیت PVB یک فرآیند ترموپلاستیک است تا یک فرآیند ترموست. EVA در طول ورقه ورقه شدن تحت یک واکنش اتصال متقابل شیمیایی قرار می گیرد که آن را از یک ماده ترموپلاستیک به یک ماده ترموست تبدیل می کند و برای دستیابی به چگالی کامل اتصال متقابل نیاز به زمان پخت به دقت کنترل شده در دما دارد. PVB به سادگی تحت گرما و فشار جریان می یابد و باند می شود، سپس در هنگام خنک شدن جامد می شود - هیچ واکنش پختی برای مدیریت وجود ندارد، و بنابراین روند تغییرات دمای لمیناتور سریع تر و راحت تر از پردازش EVA است. شرایط معمول لمینت PVB 145-155 درجه سانتیگراد در فشار 0.8-1.2 بار، با زمان کل دوره لمینیت 8-15 دقیقه بسته به ضخامت ماژول و طراحی لمینت است.

با این حال، ماهیت ترموپلاستیک PVB همچنین به این معنی است که ماژول تکمیل شده باید با دقت در دماهای بالا - به ویژه در طول فاز خنک‌سازی پس از لایه‌کاری - کار شود، زیرا لایه میانی PVB در دمای تقریباً 60 تا 70 درجه سانتی‌گراد نرم و قابل تغییر شکل می‌ماند. سیستم های جابجایی ماژول باید به گونه ای طراحی شوند که در طول خنک شدن، تمام قسمت ماژول را به طور یکنواخت پشتیبانی کنند و از بارهای نقطه ای که می توانند لایه میانی نرم را قبل از جامد شدن به ابعاد نهایی تغییر شکل دهند، اجتناب کنند. این نیاز برای خنک‌سازی کنترل‌شده برای ماژول‌های محصور شده با EVA، که در آن مواد ترموست متصل به هم یکپارچگی مکانیکی خود را در دماهای بالا حفظ می‌کنند، کمتر مهم است.

استانداردهای تست دوام و قابلیت اطمینان طولانی مدت

فیلم لایه‌ای PVB درجه PV باید دوام طولانی‌مدت را تحت تنش‌های محیطی که در تاسیسات خورشیدی در فضای باز مواجه می‌شود - تابش UV، چرخه حرارتی، رطوبت، و بارگذاری مکانیکی نشان دهد. چارچوب آزمایش صلاحیت اولیه برای ماژول‌های فتوولتائیک و مواد محصورکننده آن‌ها توسط IEC 61215 (ماژول‌های سیلیکون کریستالی) و IEC 61730 (شرایط ایمنی ماژول)، با آزمایش‌های مواد محصورکننده خاص که در پروتکل‌های تست سطح ماژول ارجاع شده‌اند، تعریف شده است.

• تست گرمای مرطوب (IEC 61215، 1000 ساعت در 85 درجه سانتیگراد / 85٪ RH): این تست پیری تسریع شده، سخت‌ترین تست دوام استاندارد برای محصورکننده‌های ماژول است. لایه های PVB باید چسبندگی به شیشه، شفافیت نوری و خواص عایق الکتریکی را پس از 1000 ساعت قرار گرفتن در معرض مداوم حفظ کنند. فرمول‌های PVB درجه PV ممتاز اکنون در دسترس هستند که آزمایش‌های گرمای مرطوب طولانی‌مدت 2000 ساعت را پشت سر می‌گذارند و حاشیه اضافی را برای ماژول‌های در نظر گرفته شده برای استقرار مناطق گرمسیری با رطوبت بالا فراهم می‌کنند.
• تست چرخه حرارتی (IEC 61215، 200 چرخه از 40- تا 85 درجه سانتی گراد): چرخه حرارتی مکرر بر پیوند چسب بین لایه PVB و هر دو سطح شیشه و سلول فشار می آورد. هر گونه لایه لایه شدن، ترک خوردگی یا تخریب نوری مشاهده شده پس از آزمایش به منزله شکست است. ضریب عدم تطابق انبساط حرارتی بین PVB و شیشه باید از طریق فرمولاسیون مدیریت شود تا تنش برشی در فصل مشترک در طول چرخه به حداقل برسد.
• آماده سازی UV و تست UV (IEC 61215): قرار گرفتن در معرض دوز تعریف شده UV معادل چندین ماه تابش در فضای باز برای تسریع مکانیسم های تخریب فتوشیمیایی استفاده می شود. زرد شدن محصور کننده - که به عنوان افزایش در شاخص زردی اندازه گیری می شود - حالت تخریب اولیه است که نظارت می شود. فرمولاسیون PVB درجه PV شامل تثبیت کننده های UV و آنتی اکسیدان هایی است که به طور خاص برای به حداقل رساندن زردی تحت قرار گرفتن طولانی مدت در معرض UV انتخاب شده اند.
• آزمایش تخریب ناشی از پتانسیل (PID) (IEC TS 62804): تست PID یک تنش ولتاژ بالا را بین سلول‌های ماژول و قاب در یک محیط مرطوب اعمال می‌کند تا مقاومت ماژول در برابر کاهش توان ناشی از مهاجرت یون از طریق کپسولانت را ارزیابی کند. مقاومت با حجم بالا در لایه میانی PVB، دفاع اولیه در سطح مواد در برابر PID است، و فرمول‌های PVB درجه PV با مقاومت بالا به طور خاص برای بهبود مقاومت PID در پیکربندی‌های سیستم ولتاژ بالا توسعه یافته‌اند.

انتخاب فیلم PVB درجه PV: آنچه خریداران باید ارزیابی کنند

برای تولیدکنندگان ماژول و تیم‌های تهیه مواد که فیلم میان‌لایه PVB درجه PV را از تامین‌کنندگان مختلف ارزیابی می‌کنند، معیارهای عملی زیر باید مبنای فرآیند صلاحیت و انتخاب باشد:

• برگه های اطلاعات کامل مواد را با روش های آزمایش مشخص شده درخواست کنید: ضریب عبور، شاخص زردی، انتقال بخار آب، مقاومت پوسته شدن و مقادیر مقاومت حجمی، همگی باید به استانداردهای آزمایشی خاص (ASTM، ISO یا IEC) ارجاع داده شوند تا اینکه به عنوان ادعاهای تأیید نشده بیان شوند. مقادیر آزمایشی به‌دست‌آمده بر روی نمونه‌های چند لایه به جای فیلم به تنهایی، بیشتر به عملکرد ماژول واقعی مرتبط هستند.
• بررسی الزامات ذخیره سازی و جابجایی: محدوده رطوبت ذخیره سازی مورد نیاز، عمر مفید از تاریخ تولید و مشخصات بسته بندی را تأیید کنید. فیلم PVB که از عمر مفید خود فراتر رفته یا در رطوبت بالا ذخیره شده باشد، رطوبت بیشتری را نشان می دهد که کیفیت لایه لایه را به خطر می اندازد.
• ارزیابی سازگاری پنجره فرآیند لمینیت: دستورالعمل های دقیق فرآیند لمینیت را درخواست کنید و تأیید کنید که پارامترهای دما، فشار و زمان توصیه شده فیلم با تجهیزات لمیناتور موجود شما سازگار است. پنجره های فرآیند باریک خطر لمینیت خارج از مشخصات در تولید را افزایش می دهد.
• داده های صلاحیت در سطح ماژول را بررسی کنید: تامین کنندگان پیشرو فیلم PVB داده های تست IEC 61215 و IEC 61730 در سطح ماژول را برای ماژول های لایه بندی شده با فیلم خود در شرایط تعریف شده ارائه می دهند. این داده‌ها از ویژگی‌های مواد در سطح فیلم به تنهایی معنی‌دارتر هستند و شواهد مستقیمی از عملکرد صلاحیت ماژول ارائه می‌دهند.
• قابلیت اطمینان زنجیره تامین و سازگاری لات به لات را ارزیابی کنید: برای تولید ماژول با حجم بالا، سازگاری خواص فیلم از لات به لات به اندازه مقادیر مطلق ویژگی مهم است. داده‌های تغییرات لات به لات را درخواست کنید و تأیید کنید که تأمین‌کننده سیستم‌های مدیریت کیفیت و اسناد ردیابی را مطابق با ISO 9001 یا گواهی معادل آن ایجاد کرده است.