透明背板VS玻璃背板,优劣势全方位剖析!

作者:光伏协会    浏览:13    发布时间:2020-3-5 10:45:41

双面组件是未来的发展方向,这已经得到光伏业内的广泛认可。

然而,随着“大硅片、大尺寸、更高功率”组件成为趋势,传统的双面双玻组件过重给安装增加了不少困难;因此,很多组件企业通过采用2.5mm、2mm的玻璃进行封装,实现降低组件重量、便于安装。

除了降低玻璃厚度之外,也有企业采用了透明背板的方案。

降低玻璃厚度,玻璃-透明背板,两种解决方案有何优缺点?本文基于两种封装方案的深入研究和长期的户外实证监测,将从1)减重效果、2)组件力学性能、3)长期运行的可靠性、4)抗紫外线性能、5)耐盐碱性能、6)易清洁性、7)发电性能,共七个方面对两款产品进行技术比较。

一、两种方案减重效果比较

对于大尺寸硅片组件,采用不同的封装方式,其重量差异如下表所示。

表1 :不同封装方式,不同尺寸组件的重量推算

图1:不同封装方式组件重量随组件面积的变化

从上图可以看出:

对于158.75mm产品,透明背板组件和双玻组件的重量差异为3.3~8.5kg,相当于重了15%~38%!

未来,若组件面积增大到2.7m2 (未来产品根据行业功率上升趋势推算),这一差异增加到6~11.7kg,增重20%~37%。

在实际施工过程,大尺寸组件近2.2m的长度已经给人工安装带来很大难度,若重量再大幅增加,将大大增加安装操作的难度和成本。而采用透明背板,能将双面组件重量控制在30kg左右,确保组件安装的便捷和高效。

二、组件力学性能比较

透明背板组件与双玻组件(2.0mm)的力学性能对比如下图所示。

表2:双面透明背板和双面双玻力学性能对比

从上图可以看出:

1)透明背板组件抗冰雹性能更好

透明背板组件正面是3.2mm的钢化玻璃,与双玻组件采用2.0mm的半钢化玻璃相比,具有更强的应力承受能力和抗冲击性能。

对于有冰雹灾害的地区,采用透明背板组件能够降低组件毁损的风险。

2)双玻组件的抗风压、雪荷载性能更好

双玻组件由于具有对称结构,前后玻璃都对组件的载荷有贡献。因此,在风载和动态载荷测试中表现更优。

部分极高风速超过2400Pa的地区,可以采用双玻带框组件。若采用透明背板组件的话需采取一些特殊的安装方式或增加固定装置。

实际上,雪载5400Pa/风载2400Pa的认证载荷已经能够满足大部分电站设计的要求。因此,在力学性能方面可以说双面透明背板和双面双玻基本持平。

三、长期运行的可靠性比较

1、阻水性能对比

双玻组件一直以优良的阻水性着称,在近海区域、水上项目等湿度较大的环境下,双玻组件的风险较低。

透明背板组件采用双面含氟背板,搭配具有优良阻水性的POE作为封装方案,能够有效保护电池背面不受水汽侵蚀。透明背板外层为杜邦的Tedlar薄膜,具有良好的抗老化、抗腐蚀性能;内层为具有一定厚度的含氟涂层,能够阻挡紫外线,从而确保透明背板良好的抗老化性,在极端环境中保持优异的机械性能。POE是分子链更稳定、分子链上无酸性基团的高分子材料,具有比EVA更优的阻水性能。双面含氟透明背板和POE这一搭配方案使得透明背板双面组件在高达DH3000等加严可靠性测试中也有良好表现,衰减值在4%以内。如下图所示。

图2:双面透明背板组件加严测试衰减值

2、衰减性能对比

对透明背板组件和双玻组件分别进行DH2000测试(2000小时湿热条件下衰减测试)和PID 192h测试(192小时PID效应衰减测试),结果如下图所示。

图3 :双面透明背板和双面双玻的DH2000和PID 192h衰减值对比

从上图可以看出:

在DH2000测试中,透明背板衰减值比双面双玻略高;

测试中,透明背板组件和双玻组件的衰减基本持平,正背面衰减都在4%以内。

可见,对于大部分地区来说,透明背板组件和双玻组件都能够承受30年的湿热及PID等对组件的影响,保持在较低衰减水平。只有在极端湿热的条件下,双玻组件才更具优势。

四、抗紫外线性能比较

对透明背板组件和双玻组件进行紫外线老化测试,结果如下图所示。

图4 :透明背板和2.0mm玻璃在不同波段的透光率

图5 :透明背板组件和双玻组件在UV30kWh后衰减对比

从上图可以看出:

1)透明背板和玻璃在紫外波段的透过率有明显差异:玻璃的透过率为40%~50%,透明背板的透过率小于1%。

2)由于双玻组件普遍采用高透POE,因而无法阻挡背面透射UV对背面封装材料和电池的伤害;

透明背板能够很好的阻隔紫外线,从而能够保护电池和封装材料。

3)在户外实测中,双玻组件的UV衰减是透明背板的一倍以上。因此,在高紫外地区,双面透明背板组件风险更低。

五、耐盐碱性能比较

两种组件的耐盐碱测试结果如下图所示。

图6:玻璃和透明背板耐盐碱测试结果

从上图可以看出:

玻璃的主要成分是硅酸盐,在碱性溶液中有一定的溶解性,在碱性环境中易被腐蚀形成白斑,难以清洗除去。

透明背板不惧盐碱,在大棚、盐碱地、农光互补项目中,透明背板组件风险更低。

六、耐磨性能比较

两种组件的耐磨测试结果如下图所示。

玻璃是一种坚硬的无机材料,不惧风沙磨损。透明背板外层是Tedlar膜,耐受50L以上落砂,可满足沙漠区域30年以上风沙磨损。

七、易清洁性能比较

1、积灰试验

组件户外运行时,表面脏污一般分为三层结构,如下图所示。

图8 :组件表面脏污结构图

透明背板组件背板外层采用透明PVF膜,为F基团,具有极高的电负性,其吸附的表面脏污以C层(主要是浮灰)为主,具有优异抗脏污性能,易于通过雨水冲刷和简单清洗除去,不容易积累,因而对背面发电影响不大,能降低在后期运维过程中背面清理等费用。

玻璃表面亲水,在长期户外使用中,双玻组件背面会有积灰与雨水混合干燥后形成的泥斑,而透明背板表面无明显脏污,如图9。

图9 :户外积灰测试

2、清洗试验

对透明背板和玻璃表面的易清洁性能进行检测,如下图。

图10       透明背板表面为疏水,玻璃表面亲水

从上图可以看出:

透明背板表层是疏水性的Tedlar膜,水滴容易滚落从而带走灰尘。

而玻璃表面是亲水的,水滴会铺张,较难清洗。参照国标GB/T 9780-2005。

仅通过水流冲洗(流速0.3~0.5m/s)10s,透明背板表面的黏着物被清洗干净,而玻璃表面仍有较多残留,如下图所示。

图11 :透明背板和玻璃清洗实验对比

八、发电性能比较

在4个不同的实证项目中,透明背板组件与双玻组件的发电量对比情况如下图。

图12:双面透明背板组件相比双面双玻的发电增益

从上图可以看出:4个不同的实证项目中,透明背板组件都比双面双玻组件有更高的发电量。

将水泥-固定支架(P型)项目的每天辐照量和日均每瓦发电量数据进行分析,可以看到在高辐照量的区域,透明背板的日均单瓦发电量要更高。

图13 :透明背板组件和双玻组件日均单瓦发电量和辐照量关系的对比

通过拟合,也可以看到透明背板拟合函数的斜率更大。因此,在高辐照时,透明背板组件和双玻组件的发电差异值将增大。

透明背板发电量更高的原因在于透明背板具有更低的运行温度。玻璃在3μm以上的红外波段是不透过的,而透明背板能够透过红外,因而能够通过红外辐射进行散热。透明背板组件在散热机理上更加完善,因而能够具有更低的运行温度,如下图所示。

图14 :透明背板Tedlar膜在红外波段的透过率

九、综合分析

从以上分析可以看出,

透明背板组件和双玻组件,在各项性能方面各有优劣势。

通过雷达图将上述几种性能对比进行综合分析,如下图所示。

图15:透明背板组件和双玻组件六项性能对比

从上图可以看到,双玻组件在抗湿热和力学性能方面更优,但是抗UV、抗盐碱、重量和易清洗方面与透明背板组件差距较大,发电量方面也比透明背板组件双面略微逊色。可见,透明背板组件是一款“全能”的组件,各项性能都较为优异。 

综合以上分析,针对两种类型的组件,使用建议如下表:

透明背板作为双面组件的背面封装方式之一已经获得了光伏行业的广泛认可。凭借更轻的重量、更优的发电性能、更低的BOS成本,透明背板双面组件广受客户青睐,晶科swan、tiger系列透明背板双面组件均已突破GW级销量。