光伏背板是光伏組件中重要組成部分，起著保護、絕緣、阻隔水汽等作用，它的好壞直接決定光伏電池的使用壽命以及轉(zhuǎn)化效率。然而光伏背板作為光伏組件的最外層材料，在實際使用過程中會受到環(huán)境因素如光、熱、氧、液體介質(zhì)等作用使材料發(fā)生老化，進(jìn)而影響其使用性能。目前業(yè)內(nèi)對光伏組件的使用壽命要求為25年，這就要求光伏背板需提供持續(xù)保障，因此，人們設(shè)計出一些加速老化試驗方法如濕熱加速老化試驗、紫外加速老化試驗和高低溫老化試驗等，在短時間內(nèi)模擬戶外的老化情況，以此考察背板的耐老化性能。

      目前，對背板老化性能的評測主要是通過單一不同的加速老化試驗方法考察背板相應(yīng)的耐老化性能，例如采用濕熱加速老化試驗進(jìn)行2000 h 或3000 h 的老化試驗來模擬背板在戶外抵抗?jié)駸崂匣那闆r。本文主要選用3 款不同廠家、不同型號的背板( A、B、C) ，分別進(jìn)行單一加速老化試驗以及不同組合的序列老化試驗，比較、分析不同老化試驗后背板材料的老化情況。

1 試驗

      1. 1 試驗材料與儀器

      1. 1. 1 試驗材料

      光伏背板: 市場主流的3 款不同廠家不同型號的背板，分別為背板A、背板B 和背板C。

      1. 1. 2 試驗儀器

      紫外老化試驗箱; 恒溫恒濕試驗箱; 高低溫交變箱; 色差儀。

      1. 2 單一加速老化試驗

      1. 2. 1 紫外老化試驗

      將背板A、背板B和背板C放入紫外老化試驗箱中進(jìn)行老化(UV)，照射面為空氣面，試驗條件為: 溫度60℃，累積輻照量為180kWh /m2 ( 其中UVA約為93%，UVB為7%) 。

      1. 2. 2 濕熱老化試驗

      將背板A、背板B 和背板C 放入恒溫恒濕老化箱中進(jìn)行老化( DH) ，試驗條件為: 溫度( 85 ± 2) ℃，濕度( 85±5) %，累積老化時間為3000h。

      1. 2. 3 冷熱循環(huán)老化試驗

      將背板A、背板B和背板C放入高低溫交變箱中進(jìn)行老化( TC) ，試驗條件為在溫度－40～85℃的條件下進(jìn)行高低溫交變試驗，其中要求在-40℃和85℃的溫度下至少保持10min，溫變速率不超過100℃/h，一次循環(huán)周期不超過6h，共進(jìn)行300個循環(huán)周期。

      1. 3 不同序列老化試驗

      設(shè)計了3 組不同序列老化試驗，具體如表1所示。

      將背板A、背板B和背板C分別按上述3組序列老化試驗進(jìn)行老化。

      1. 4 黃色指數(shù)測試

      采用色差儀對老化前后背板空氣面及EVA 粘結(jié)面的黃色指數(shù)進(jìn)行測試，計算老化前后背板材料的黃變。

2 結(jié)果與分析

      高分子材料在使用過程中，會因受到光、熱、氧、水分等環(huán)境因素的作用而老化，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，甚至失去其優(yōu)良的使用價值。在發(fā)生老化的過程中，高分子材料會伴隨顏色發(fā)黃的現(xiàn)象，即黃變。所以黃變不僅影響高分子材料的外觀，而且還是其結(jié)構(gòu)與性能發(fā)生變化的重要信號，所以本文通過測定老化前后背板材料的黃色指數(shù)比較不同老化方式對背板材料老化的影響。

      經(jīng)單一加速老化試驗后背板材料的黃色指數(shù)變化情況如圖1 所示。

圖1 單一加速老化試驗后背板黃變

      從圖1 可以看出，在三種不同單一加速老化試驗中，濕熱老化對背板材料影響相對較大; 根據(jù)背板國標(biāo)GB /T 31034 － 2014，每項單一加速老化試驗項目均嚴(yán)于國標(biāo)要求，且三款不同背板產(chǎn)品經(jīng)不同加嚴(yán)老化測試后，其黃變指數(shù)變化范圍均小于3，符合國標(biāo)要求。

      圖2 為經(jīng)序列老化試驗一、序列老化試驗二、序列老化試驗三后背板外觀的黃變情況。

      圖3 為序列老化試驗一、試驗二和試驗三后背板材料的黃色指數(shù)變化情況。

圖3 序列老化試驗后背板黃變

      從圖2、圖3可以看出，不同廠家的背板經(jīng)不同的序列老化試驗后外觀黃變情況出現(xiàn)明顯差異。A背板雙面及B背板空氣面經(jīng)不同序列老化試驗后背板的外觀良好; B 背板EVA 粘結(jié)面經(jīng)序列老化試驗三后外觀黃變嚴(yán)重; C 背板空氣面經(jīng)序列老化試驗二、試驗三后外觀黃變嚴(yán)重，EVA 粘結(jié)面經(jīng)序列老化試驗一、試驗三后外觀黃變嚴(yán)重。

      通過本次試驗發(fā)現(xiàn)，雖然單一加速老化試驗的試驗強度較大，但三款背板均能通過測試，而在不同的序列老化試驗中，每項老化測試的強度僅為單一加速老化試驗強度的1 /3 或不足1 /3，但疊加后卻使不同的背板材料發(fā)生不同程度的老化黃變，區(qū)分出三款背板耐老化性能的優(yōu)劣。這主要是當(dāng)進(jìn)行單一老化試驗時，如UV 老化，在紫外光照射下，高分子材料中的大分子鏈會產(chǎn)生斷鍵或交聯(lián)而導(dǎo)致材料降解，但高分子結(jié)構(gòu)對紫外光的吸收速度較小，而且多數(shù)背板材料中會添加TiO2作為光屏蔽劑，它能反射或吸收紫外光，阻止紫外光深入聚合物內(nèi)部，從而使聚合物得到保護，這就使得一些背板材料在紫外光的照射下老化程度較低，耐UV 老化性能較好。但進(jìn)行序列老化試驗時，當(dāng)經(jīng)紫外光輻照后，發(fā)生光降解的部分會產(chǎn)生一定的親水基團，在隨后進(jìn)行的濕熱老化試驗中，這些親水基團會促進(jìn)材料原有的水降解反應(yīng)，同時溫度的變化會影響高分子鏈的熱運動，還會影響高分子材料中添加劑的擴散速度，從而影響其老化降解速度。而且每種材料的結(jié)構(gòu)、成分也不盡相同，故對不同的序列老化試驗表現(xiàn)出不同的耐老化能力。

3 結(jié)論

      通過背板單一加速老化試驗及序列老化試驗對比，發(fā)現(xiàn)序列老化試驗的試驗強度雖不高，但對背板老化程度的影響較大，而且不同的序列老化試驗對背板材料的老化產(chǎn)生不同的影響。

      背板在戶外使用，經(jīng)歷的老化過程是多重、復(fù)雜的，單憑單一加速老化試驗無法模擬實際的老化過程，無法對不同背板的耐老化性能做出準(zhǔn)確判定，因此需建立更加有效的序列老化試驗來評測背板的耐老化性能，篩選出性能優(yōu)異的背板，使背板可提供持續(xù)保障。

光伏背板是光伏組件中重要組成部分，起著保護、絕緣、阻隔水汽等作用，它的好壞直接決定光伏電池的使用壽命以及轉(zhuǎn)化效率。然而光伏背板作為光伏組件的最外層材料，在實際使用過程中會受到環(huán)境因素如光、熱、氧、液體介質(zhì)等作用使材料發(fā)生老化，進(jìn)而影響其使用性能。目前業(yè)內(nèi)對光伏組件的使用壽命要求為25年，這就要求光伏背板需提供持續(xù)保障，因此，人們設(shè)計出一些加速老化試驗方法如濕熱加速老化試驗、紫外加速老化試驗和高低溫老化試驗等，在短時間內(nèi)模擬戶外的老化情況，以此考察背板的耐老化性能。

      目前，對背板老化性能的評測主要是通過單一不同的加速老化試驗方法考察背板相應(yīng)的耐老化性能，例如采用濕熱加速老化試驗進(jìn)行2000 h 或3000 h 的老化試驗來模擬背板在戶外抵抗?jié)駸崂匣那闆r。本文主要選用3 款不同廠家、不同型號的背板( A、B、C) ，分別進(jìn)行單一加速老化試驗以及不同組合的序列老化試驗，比較、分析不同老化試驗后背板材料的老化情況。

1 試驗

      1. 1 試驗材料與儀器

      1. 1. 1 試驗材料

      光伏背板: 市場主流的3 款不同廠家不同型號的背板，分別為背板A、背板B 和背板C。

      1. 1. 2 試驗儀器

      紫外老化試驗箱; 恒溫恒濕試驗箱; 高低溫交變箱; 色差儀。

      1. 2 單一加速老化試驗

      1. 2. 1 紫外老化試驗

      將背板A、背板B和背板C放入紫外老化試驗箱中進(jìn)行老化(UV)，照射面為空氣面，試驗條件為: 溫度60℃，累積輻照量為180kWh /m2 ( 其中UVA約為93%，UVB為7%) 。

      1. 2. 2 濕熱老化試驗

      將背板A、背板B 和背板C 放入恒溫恒濕老化箱中進(jìn)行老化( DH) ，試驗條件為: 溫度( 85 ± 2) ℃，濕度( 85±5) %，累積老化時間為3000h。

      1. 2. 3 冷熱循環(huán)老化試驗

      將背板A、背板B和背板C放入高低溫交變箱中進(jìn)行老化( TC) ，試驗條件為在溫度－40～85℃的條件下進(jìn)行高低溫交變試驗，其中要求在-40℃和85℃的溫度下至少保持10min，溫變速率不超過100℃/h，一次循環(huán)周期不超過6h，共進(jìn)行300個循環(huán)周期。

      1. 3 不同序列老化試驗

      設(shè)計了3 組不同序列老化試驗，具體如表1所示。

      將背板A、背板B和背板C分別按上述3組序列老化試驗進(jìn)行老化。

      1. 4 黃色指數(shù)測試

      采用HunterLab色差儀對老化前后背板空氣面及EVA 粘結(jié)面的黃色指數(shù)進(jìn)行測試，計算老化前后背板材料的黃變。

2 結(jié)果與分析

      高分子材料在使用過程中，會因受到光、熱、氧、水分等環(huán)境因素的作用而老化，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，甚至失去其優(yōu)良的使用價值。在發(fā)生老化的過程中，高分子材料會伴隨顏色發(fā)黃的現(xiàn)象，即黃變。所以黃變不僅影響高分子材料的外觀，而且還是其結(jié)構(gòu)與性能發(fā)生變化的重要信號，所以本文通過測定老化前后背板材料的黃色指數(shù)比較不同老化方式對背板材料老化的影響。

      經(jīng)單一加速老化試驗后背板材料的黃色指數(shù)變化情況如圖1 所示。

圖1 單一加速老化試驗后背板黃變

      從圖1 可以看出，在三種不同單一加速老化試驗中，濕熱老化對背板材料影響相對較大; 根據(jù)背板國標(biāo)GB /T 31034 － 2014，每項單一加速老化試驗項目均嚴(yán)于國標(biāo)要求，且三款不同背板產(chǎn)品經(jīng)不同加嚴(yán)老化測試后，其黃變指數(shù)變化范圍均小于3，符合國標(biāo)要求。

      圖2 為經(jīng)序列老化試驗一、序列老化試驗二、序列老化試驗三后背板外觀的黃變情況。

      圖3 為序列老化試驗一、試驗二和試驗三后背板材料的黃色指數(shù)變化情況。

圖3 序列老化試驗后背板黃變

      從圖2、圖3可以看出，不同廠家的背板經(jīng)不同的序列老化試驗后外觀黃變情況出現(xiàn)明顯差異。A背板雙面及B背板空氣面經(jīng)不同序列老化試驗后背板的外觀良好; B 背板EVA 粘結(jié)面經(jīng)序列老化試驗三后外觀黃變嚴(yán)重; C 背板空氣面經(jīng)序列老化試驗二、試驗三后外觀黃變嚴(yán)重，EVA 粘結(jié)面經(jīng)序列老化試驗一、試驗三后外觀黃變嚴(yán)重。

      通過本次試驗發(fā)現(xiàn)，雖然單一加速老化試驗的試驗強度較大，但三款背板均能通過測試，而在不同的序列老化試驗中，每項老化測試的強度僅為單一加速老化試驗強度的1 /3 或不足1 /3，但疊加后卻使不同的背板材料發(fā)生不同程度的老化黃變，區(qū)分出三款背板耐老化性能的優(yōu)劣。這主要是當(dāng)進(jìn)行單一老化試驗時，如UV 老化，在紫外光照射下，高分子材料中的大分子鏈會產(chǎn)生斷鍵或交聯(lián)而導(dǎo)致材料降解，但高分子結(jié)構(gòu)對紫外光的吸收速度較小，而且多數(shù)背板材料中會添加TiO2作為光屏蔽劑，它能反射或吸收紫外光，阻止紫外光深入聚合物內(nèi)部，從而使聚合物得到保護，這就使得一些背板材料在紫外光的照射下老化程度較低，耐UV 老化性能較好。但進(jìn)行序列老化試驗時，當(dāng)經(jīng)紫外光輻照后，發(fā)生光降解的部分會產(chǎn)生一定的親水基團，在隨后進(jìn)行的濕熱老化試驗中，這些親水基團會促進(jìn)材料原有的水降解反應(yīng)，同時溫度的變化會影響高分子鏈的熱運動，還會影響高分子材料中添加劑的擴散速度，從而影響其老化降解速度。而且每種材料的結(jié)構(gòu)、成分也不盡相同，故對不同的序列老化試驗表現(xiàn)出不同的耐老化能力。

3 結(jié)論

      通過背板單一加速老化試驗及序列老化試驗對比，發(fā)現(xiàn)序列老化試驗的試驗強度雖不高，但對背板老化程度的影響較大，而且不同的序列老化試驗對背板材料的老化產(chǎn)生不同的影響。

      背板在戶外使用，經(jīng)歷的老化過程是多重、復(fù)雜的，單憑單一加速老化試驗無法模擬實際的老化過程，無法對不同背板的耐老化性能做出準(zhǔn)確判定，因此需建立更加有效的序列老化試驗來評測背板的耐老化性能，篩選出性能優(yōu)異的背板，使背板可提供持續(xù)保障。

Q-Lab戶外曝曬測試

• 天然佛羅里達(dá)風(fēng)化（如海南）：佛羅里達(dá)亞熱帶地區(qū)暴露于陽光，高溫和大量水分中。大多數(shù)材料應(yīng)經(jīng)過自然的佛羅里達(dá)基準(zhǔn)暴露。即使完成自然測試可能要花費數(shù)月或數(shù)年的時間，但結(jié)果是最真實的，并提供了加速測試的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

• 亞利桑那州的自然風(fēng)化（如甘肅新疆）：亞利桑那州的沙漠暴露缺乏水分，但比佛羅里達(dá)州具有更多的紫外線，極Duan的溫度波動也可能引起熱沖擊。

• Q-TRAC天然陽光聚光器：在短短的一年內(nèi)，標(biāo)本在佛羅里達(dá)州就可,以接受5年的自然陽光。

• 亞利桑那州和佛羅里達(dá)州的Q-Lab代表了陽光和濕氣的世界標(biāo)準(zhǔn)。它們可以最實際地預(yù)測產(chǎn)品性能。雖然某些曝光測試可能需要數(shù)年才能完成，但有些技術(shù)可以在短期內(nèi)獲得有用的數(shù)據(jù)。

Q-SUN氙弧燈測試儀

• Q-SUN氙弧燈測試儀可再現(xiàn)包括紫外線，可見光和紅外光在內(nèi)的所有陽光。它對于測試染料，顏料，紡織品，油墨和室內(nèi)材料特別有用。但是，氙弧本質(zhì)上不如熒光燈穩(wěn)定，并且噴水不如QUV測試儀的冷凝周期實際。

• 全光譜陽光：氙弧燈產(chǎn)生全光譜的陽光。借助光學(xué)濾鏡，Q-SUN測試儀可以通過窗玻璃暴露條件來復(fù)制日光和陽光。

• 濕度和濕度：Q-SUN測試儀非常適合對濕度敏感材料（如紡織品，油墨，化妝品和藥品）進(jìn)行光穩(wěn)定性測試。

QUV加速耐候測試儀

• QUV耐候性測試儀既快速又經(jīng)濟。熒光紫外線燈可以最佳模擬太陽紫外線。但是，QUV缺乏測試某些材料所需的更長波長。

• 短波紫外線：QUV測試儀可在短波紫外線區(qū)域提供最佳的陽光模擬，使其成為測試耐用材料（如涂料，屋頂和塑料）的理想選擇。它的熒光紫外線燈光譜穩(wěn)定，可提高重現(xiàn)性和可重復(fù)性。

• 凝結(jié)：QUV測試儀的凝結(jié)系統(tǒng)（相對濕度100％）是最有效的室外濕氣侵蝕加速措施。水分滲透可能會導(dǎo)致?lián)p壞，例如油漆起泡。

常見的人工光老化試驗方法

熒光紫外燈

熒光紫外線燈可以使很多產(chǎn)品加速損壞。由于它所產(chǎn)生的光照存在地球表面，而且是自然日光中沒有的輻射能量，所以熒光裝置可能引發(fā)非自然的破壞。另外，由于沒有較長波長的光譜能量，對較長波長的UV能量敏感的材料可能不會像曝曬在自然日光下那樣變化。鑒于熒光紫外線燈的這些特征，適宜作為一個紫外篩選裝置，在質(zhì)量控制中使用。常見的UV燈管有UVA-340, UVA-351, UVB-313等三種類型較多。其中，UVA-340最為接近自然光的紫外光部分，波長在315nm-400nm之間，模擬狀態(tài)最之好。其次，UVB-313燈管的紫外光部分強于自然光部分，波長在280nm-315nm之間，并且含有部分自然光中基本沒有的短波紫外光，所以UVB-313比較適用于對比試驗。

碳弧燈

封閉式碳弧燈是1918年首先使用在紡織品曝曬色牢度試驗。碳電極的成分，決定其光譜能量分布SPD。其主要能量集中在3個很窄的波帶中。光譜上與日光燈存在較大的差異。

開放式碳弧燈（日光碳弧燈）

最之早始于1933年，主要用于涂料工業(yè)中。其碳棒成分的改變，是光譜能量分布（SPD）在模擬日光方面有明顯的改進(jìn)。但與日光的SPD相比，在350nm和500nm之間差別很大。

金屬鹵素?zé)?/p>

金屬鹵素?zé)羰且环N利用金屬鹵化物通電實現(xiàn)的氣體放電燈。MIL-STD-810F中描述該種光源“為要求關(guān)注熱效應(yīng)的試驗提供了一種很好的光源”。金屬鹵素?zé)舻墓庾V能量分布與地球表面接收到的太陽光很相似，油漆對紅外區(qū)域的模擬性，控制黑板（非絕緣黑板）溫度、黑標(biāo)（絕緣黑板）溫度，試驗箱內(nèi)溫度來控制試驗條件中的溫度條件。各標(biāo)準(zhǔn)一般會在試驗條件中對其中一種或兩種溫度提出要求。

常見的人工光老化試驗方法

1. 熒光紫外燈：熒光紫外燈可以使許多產(chǎn)品加速損壞。由于它所產(chǎn)生的光照存在地球表面，而且是自然日光中沒有的輻射能量，所以熒光裝置可能引發(fā)非自然的破壞。另外， 由于沒有較長波長的光譜能量， 對較長波長的UV 能量敏感的材料可能不會像曝曬在自然日光下那樣變化。鑒于熒光紫外燈的這些特征， 適宜作為一個紫外篩選裝置， 在質(zhì)量控制中使用。常用的UV 燈管有UVA-340， UVA-351， UVB-313等幾種類型。其中， UVA-340 最為接近自然光的紫外光部分，波長在315nm-400nm之間， 模擬狀況最之好； UVB-313 燈管的紫外光部分強于自然光紫外部分， 波長在280nm-315nm之間并且含有部分自然光中基本沒有的短波紫外光， 所以UVB-313 比較適用于對比試驗。

2. 碳弧燈：封閉式碳弧燈 1918年首先使用在紡織品曝曬色牢度試驗。碳電極的成分，決定其光譜能量分布（SPD）。其主要能量集中在3個很窄的波帶中，光譜上與日光燈存在較大的差異。

3. 開放式碳弧燈（日光碳弧燈）：最之早始于1933年，主要用于涂料工業(yè)中。其碳棒成分的改變，使SPD在模擬日光方面有明顯的改進(jìn)。但與日光的SPD相比，在350nm和500nm之間差別很大。

4. 金屬鹵素?zé)簦航饘冫u素?zé)羰且环N利用金屬鹵化物通電實現(xiàn)的氣體放電燈。MIL-STD-810F 中描述該種光源“為要求關(guān)注熱效應(yīng)的試驗提供了一種很好的光源”。金屬鹵素?zé)舻墓庾V能量分布與地球表面接收到的太陽光很相似，尤其對紅外區(qū)域的模擬性，控制黑板(非絕緣黑板) 溫度、黑標(biāo)(絕緣黑板)溫度、試驗箱內(nèi)溫度來控制試驗條件中的溫度條件。各標(biāo)準(zhǔn)一般會在試驗條件中對其中一種或兩種溫度提出要求。

GB/T2423.3-2006 《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分 試驗方法 試驗Cab 恒定濕熱試驗》 恒溫恒濕試驗箱試驗的嚴(yán)酷等級由試驗持續(xù)時間、溫度、相對濕試驗共同決定。除非相關(guān)規(guī)范規(guī)定，試驗的溫度、相對濕度應(yīng)從下面的組合中選擇： 

1、溫度：30±2℃ 相對濕度：93±3%RH --Temperature: 30±2℃, relative humidity: 93±3%RH

2、溫度：30±2℃ 相對濕度：85±3%RH-Temperature: 30±2℃, relative humidity: 85±3%RH 

3、溫度：40±2℃ 相對濕度：93±3%RH-Temperature: 40±2℃, relative humidity: 93±3%RH

4、溫度：40±2℃ 相對濕度：85±3%RH-Temperature: 40±2℃, relative humidity: 85±3%RH

推薦的持續(xù)時間為：12h、16h、24h、和2天、4天、10天、21天或56天. 考慮到測試時的絕之對誤差、溫度漸變以及工作空間內(nèi)的溫差，本部分規(guī)定的溫度容差為±2K。為了維持恒溫恒濕試驗箱內(nèi)的相對濕度在規(guī)定的容差范圍內(nèi)，必須保持恒溫恒濕試驗箱內(nèi)的任意兩點在任何時間內(nèi)其溫度差異盡可能的小。若溫差超過1K，則不能達(dá)到所需的濕度條件。短期的溫度波動也必須保持在±0.5K范圍內(nèi)以維持所要求的濕度條件。