【干货】光伏背板最强保护材料之比较探讨

摘要

通过落沙试验、PCT老化测试结果表明：(1)S膜的耐磨性优于PVF;(2)S膜经过PCT300H老化后，TD向和MD向断裂伸长率分别为：371.2%、254.2%优于PVF的87.9%、135.1%;(3)水蒸气透过率S膜初始值仅为18.1g/㎡.24h，经过PCT300H老化后仅上升了3.2 g/㎡.24h，优于PVF膜

关键字：S膜，PVF，落沙，PCT

1 前言

2015年全球新增光伏装机量达59GW，据Apricum的报告显示，至2020年全球年装机量可达92GW。随着年装机量的不断增长，光伏电站的质量问题频现，涉及光伏背板的问题如：开裂、破损、分层、变色。

氟膜以其优异的耐紫外、耐湿热、耐化学溶剂、耐磨性等性能并具有良好的绝缘阻燃性，成为光伏背板最可靠的外层的保护材料。

目前PVDF膜的加工工艺为吹膜、流延二种，其中由于吹膜工艺在制备过程中将膜进行了双向拉伸取向，MD向和TD向的力学性能均衡稳定。而流延工艺只有MD向进行了拉伸取向，TD向并未拉伸取向，所以流延法制备的PVDF膜TD向的力学性能差，容易断裂。PVF膜采用“糊式加工法”加工难度高、成本高并且上游原材料被垄断，几乎无降价的空间。

作为光伏背板界耐候性最好的两种材料PVDF、PVF，到底哪一种材料更强，能更好的保护光伏组件，延长电站的使用寿命，保证业主的收益，本文通过PCT老化并测试用单层吹膜工艺制备的PVDF膜、PVF膜的耐磨性、水蒸气透过率和断裂伸长率3个性能来考察、比较两种材料的强弱。

2.实验部分

2.1实验材料

杭州福膜吹膜法制备的PVDF膜(30μm，单层结构)，以下简称S膜

进口PVF膜(38μm，单层结构)，以下简称PVF

标准沙(粒径0.25~0.65mm)

2.2 主要仪器及设备

落沙耐磨试验仪： 上海魅宇QML

高压加速老化试验机：正航PCT试验箱PCT-550

QUV紫外线老化箱： Q-LAB公司

水蒸气透过率测试仪：permatran-w

2.3 性能测试

因本文试验中所用的测试方法为光伏行业通用方法，不再赘述，相关可参考标准GB/T 31034-2014。

3.测试结果

3.1 耐磨性能的比较

图1 S膜和PVF的耐磨性能比较

由图1可知，在初始状态下，S膜的耗沙量367L大于PVF的350L。PCT96H后，S膜略低于PVF。但经过QUV200KWH老化实验后S膜：317L，PVF：291L，耐磨性远好于PVF。

薄膜的磨损的发生主要有三个步骤：

A、 与沙子接触接触的高分子材料发生形变，这与高分子的结晶度相关;

B、 沙子与膜面相对运动的摩擦力;

C、 与沙子接触的膜面高分子链发生断裂，取决于材料本身的韧性和强度。

D、 最后膜被磨损和转移到沙子上

高分子的结晶度越高，分子间作用力越强，内聚能越高，强度越高，耐磨性越好，反之，分子间作用力越弱、内聚能越低，耐磨性越差。PVDF[-CH2-CF2-]-分子中由于二个F原子的存在使得其的内聚力远高于PVF[-CH2-CHF-]-分子的内聚力，所以S膜尽管厚度比PVF膜的厚度薄8μm，但耐磨性依然强于PVF膜。

同时，由于C-F的键能高达485KJ/mol，极耐UV光老化，即高分子材料含氟量越高，越耐UV老化。S膜中PVDF分子的氟含量59%高于PVF分子的氟含量41%，所以QUV200KWH老化后，S膜的耐磨性依然好于PVF膜的耐磨性。

3.2 湿热老化性能分析

图2 S膜和PVF的湿热老化后断裂伸长率变化(MD)

图3 S膜和PVF的湿热老化后断裂伸长率变化(TD)

由图2、图3可知，MD、TD向的断裂伸长率S膜全面优于PVF。主要由于S膜的吹膜工艺中使膜进行双向拉伸，从而形成“井”字形晶型结构，并且PVDF分子59%的含氟量，使S膜具有优异的耐湿热性能。

3.3 阻水性能比较

图4 S膜和PVF的阻水性能比较(TD)

由图4可知，S膜的水蒸气透过率初始值为18.1g/㎡.24h，经过PCT300H后为21.3g/㎡.24h，比PVF低18.5g/㎡.24h。

4结论

通过落沙试验、PCT老化测试结果表明：(1)由于内聚力和含氟量高的原因，S膜的耐磨性优于PVF;(2)S膜经过PCT300H老化后，TD向和MD向断裂伸长率分别为：371.2%、254.2%优于PVF的87.9%、135.1%;(3)水蒸气透过率S膜初始值仅为18.1g/㎡.24h，经过PCT300H老化后仅上升了3.2 g/㎡.24h，可以有效降低光伏背板的水蒸气透过率。

杭州福膜用吹膜法制成的PVDF膜(30μm，单层)性能全面超越进口PVF膜，是光伏组件的最可靠保护层。但由于吹膜法工艺的复杂性很难为一般企业所掌握，目前全球仅有2家公司掌握用吹膜制备光伏用PVDF膜的方法，但随着行业的不断发展进步，吹膜法制备PVDF膜加工工艺会在光伏行业越来越流行并为光伏电站提供可靠的保护。