太陽能背板（膜）對外界水蒸氣阻隔性能的監(jiān)測方案

　　摘要：水蒸氣透過率是表征太陽能背板（膜）對外界水蒸氣（濕氣）阻隔性能的重要性能指標(biāo)，可有效監(jiān)測太陽能背板對內(nèi)部電池組件的保護(hù)性能的強(qiáng)弱，避免太陽能電池在外界環(huán)境下被氧化。本文利用濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司自主研發(fā)制造的W3/330水蒸氣透過率測試系統(tǒng)對太陽能背板（膜）進(jìn)行水蒸氣透過率測試，并簡述了設(shè)備的參數(shù)、適用范圍及試驗(yàn)過程，從而為太陽能設(shè)備生產(chǎn)行業(yè)如何驗(yàn)證太陽能背板材料對外界濕氣的阻隔性提供參考。

　　關(guān)鍵詞：水蒸氣透過率、阻濕性、水蒸氣阻隔性、太陽能背板（膜）、太陽能電池、電池氧化、水蒸氣透過率測試系統(tǒng)

1、意義

　　太陽能設(shè)備中核心部件即太陽能電池板，它可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，使得可再生能源與清潔能源被開發(fā)利用。而目前太陽能產(chǎn)品使用年限大多被要求需滿足25年以上，因此其關(guān)鍵組件太陽能電池背板（本文簡稱太陽能背板）必須對內(nèi)部光伏組件的電池片具有*的保護(hù)作用。太陽能電池模組一般由“光伏玻璃-EVA膠膜-太陽能電池板-EVA膠膜-背板”疊合于鋁合金框內(nèi)，現(xiàn)在常用的太陽能背板材料主要有TPT背板、BBF背板、TPE背板、EVA背板等，其中TPT背板的阻隔性較高，其為PVF（或PVDF）/PET/PVF（PVDF）的三層復(fù)合膜。

　　因太陽能電池模組長期放置在室外，所以背板必須具有*的絕緣性、阻水性、耐老化等性能，同時應(yīng)具有較高的剝離強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度及良好的熱收縮率等性能，其中zui重要的指標(biāo)是水蒸氣透過率，即對外界濕氣的阻隔性指標(biāo)。如果背板（膜）的水蒸氣透過率較大，即對外界空氣中水蒸氣（濕氣）的阻隔性較差，則濕氣會滲入背板至太陽能背板內(nèi)部，使得EVA所擁有的粘結(jié)性能發(fā)生劣變，導(dǎo)致背板與EVA脫離，導(dǎo)致更多的濕氣接觸到電池片而使電池片被氧化。本文采用濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司自主研制的W3/330水蒸氣透過率測試系統(tǒng)對太陽能背板（膜）進(jìn)行水蒸氣透過率測試，以求驗(yàn)證太陽能背板材料對外界濕氣的阻隔性如何。

圖1  太陽能背板材料

2、現(xiàn)狀

　　目前，國內(nèi)有關(guān)軟塑材料水蒸氣透過率的測試方法有稱重法(杯式法)、電解法、濕度法與紅外法，可參考的方法標(biāo)準(zhǔn)有GB 1037-1988《塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗(yàn)方法 杯式法》、GB/T 16928-1997《包裝材料試驗(yàn)方法 透濕率》、GB/T 21529-2008《塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測定——電解傳感器法》、GB/T 30412-2013《塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測定 濕度傳感器法》(已發(fā)布，2014年12月1號實(shí)施)。

　　本文采用電解法測試肉松包裝的水蒸氣透過率，所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 21529-2008《塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測定——電解傳感器法》。

3、試驗(yàn)樣品

　　某品牌太陽能電池背板（膜）。

4、試驗(yàn)設(shè)備

　　本文采用的試驗(yàn)設(shè)備為Labthink蘭光W3/330水蒸氣透過率測試系統(tǒng)。

圖3  W3/330水蒸氣透過率測試系統(tǒng)

4.1 試驗(yàn)原理

W3/330采用電解傳感器法測試原理，具有穩(wěn)定相對濕度的氮?dú)庠诒∧さ囊粋?cè)流動，干燥氮?dú)庠诒∧さ牧硪粋?cè)流動；由于濕度梯度的存在，水蒸氣會從高濕側(cè)穿過薄膜擴(kuò)散到低濕側(cè)；在低濕側(cè)，透過的水蒸氣被流動的干燥氮?dú)鈹y帶至傳感器，進(jìn)入傳感器時會產(chǎn)生同比例的電信號，通過對傳感器電信號的分析計算，從而得出試樣的水蒸氣透過率等參數(shù)。對于包裝容器而言，干燥氮?dú)鈩t在容器內(nèi)流動，容器外側(cè)處于高濕狀態(tài)。

4.2 設(shè)備參數(shù)

• 薄膜類試樣的常規(guī)測試范圍0.001 ~ 40 g/(m²·24h)，可擴(kuò)展至0.01 ~ 1000 g/(m²·24h)，分辨率為0.001 g/(m²·24h)；容器類試樣的測試范圍為0.0001 ~ 0.2 g/(pkg·24h)，分辨率為0.00001 g/(pkg·24h)。
• 試驗(yàn)的溫度范圍為15℃ ~ 55℃，控溫精度為±0.1℃；濕度范圍為0%RH、35%RH ~ 90%RH、RH，控濕精度為±1%RH。
• 設(shè)備配置了三個測試腔，三個測試腔均可獨(dú)立設(shè)計，試驗(yàn)過程互不干擾，試驗(yàn)結(jié)果獨(dú)立顯示。
• 系統(tǒng)zui多可支持10臺儀器并行連接，建立30個試樣同時試驗(yàn)的系統(tǒng)。
• 提供標(biāo)準(zhǔn)膜用于系統(tǒng)校準(zhǔn)，保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和通用性。
• 可與氧氣透過率測試系統(tǒng)搭配，組成混合測試系統(tǒng)，由一臺計算機(jī)統(tǒng)一控制，實(shí)現(xiàn)水蒸氣、氧氣透過率同時測試的、便捷的試驗(yàn)方法。

4.3 適用范圍

(1) 本設(shè)備適用于薄膜類、片材類、紙張、紙板及其復(fù)合材料類、容器類等包裝件的水蒸氣透過率的測試。其中薄膜類包括各種塑料薄膜、塑料復(fù)合膜、紙塑復(fù)合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁箔復(fù)合膜、玻纖鋁箔紙復(fù)合膜等；片材類包括各種工程塑料、橡膠、建材等片狀材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材等；紙張、紙板及其復(fù)合材料類包括紙張、紙板等，如煙包鍍鋁紙、紙鋁塑復(fù)合片材等；該設(shè)備還可擴(kuò)展用于太陽能背板、液晶顯示屏膜、醫(yī)藥泡罩、藥品塑料瓶、無菌護(hù)創(chuàng)膜、汽車油箱、電池塑料外殼等特殊包裝件水蒸氣透過率的測試。

容器類包括塑料、橡膠、紙、紙塑復(fù)合、玻璃、金屬等材料做成的瓶、袋、罐、盒、桶的水蒸氣透過率測試，如可樂瓶、花生油桶、利樂包裝、真空包裝袋、金屬包裝袋、金屬三片罐、塑料化妝品軟管包裝、牙膏軟管包裝、果凍杯等。

(2) 本設(shè)備符合GB/T 21529、ISO 15106-3、DIN 53122-2、YBB 00092003等多項國家和標(biāo)準(zhǔn)。

5、試驗(yàn)過程

(1) 用裁樣器從試樣表面裁取108 mm × 108 mm的樣品3片。

(2) 將3片樣品分別裝夾在儀器的3個測試腔上，擰緊測試腔。

(3) 設(shè)置樣品厚度、試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)濕度等參數(shù)信息。

(4) 調(diào)節(jié)氮?dú)獾膲毫Γ箿y試腔內(nèi)的濕度達(dá)到設(shè)定值，并通過氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)旋鈕，使上、下腔內(nèi)的氮?dú)饬髁窟_(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。

(5) 點(diǎn)擊開始試驗(yàn)選項，試驗(yàn)開始。儀器自動記錄試驗(yàn)過程中低濕側(cè)的水分子含量變化，并計算出zui終的試驗(yàn)結(jié)果。

圖4 試樣裝夾過程

6、試驗(yàn)結(jié)果

　　3個樣品的水蒸氣透過率測試值分別為：1.2405 g/(m²·24h)、1.3114 g/(m²·24h)、1.3075 g/(m²·24h)。

7、結(jié)論

　　W3/330水蒸氣透過率測試系統(tǒng)是專業(yè)用于薄膜、片材、容器對外界水蒸氣阻隔性能的檢測設(shè)備，具有檢測精度高、測試結(jié)果重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，通過對太陽能背板（膜）水蒸氣透過率的測試可有效監(jiān)控太陽能電池的使用期限。除水蒸氣透過率檢測設(shè)備外，Labthink蘭光還可為您提供可測試太陽能背板（膜）拉伸性能及剝離強(qiáng)度的拉力試驗(yàn)機(jī)等物理機(jī)械強(qiáng)度性能的檢測設(shè)備，有關(guān)設(shè)備的具體信息您可登陸濟(jì)南蘭光公司查看或致電咨詢。愈了解，愈信任！濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司愿借此與行業(yè)中的企事業(yè)單位增進(jìn)技術(shù)交流與合作。