編者按：光伏組件背板材料不會永遠存在，背板是用作電氣絕緣并物理屏蔽太陽能電池板背面的塑料層，也是最外層，紫外線、陣風(fēng)、大雨、污染等都會讓背板的使用壽命逐漸減短。
2009年，奧地利老牌材料制造商Isovolta向光伏界推出了成本相對低廉且經(jīng)過第三方權(quán)威認證的共擠型3A背板，又稱尼龍背板。在當(dāng)時動輒十幾元/瓦的組件價格面前，在氟膜供不應(yīng)求、背板路線之爭尚不明確、輔材差異化策略以及低成本因素等考量下，Isovolta做出的這個全新的結(jié)構(gòu)性變革- 3A背板，獲得了眾多組件廠商的青睞，其中不乏Top10一線組件廠商。
然而，使用了3A背板的光伏電站在安裝一年后背板表面已經(jīng)出現(xiàn)大量微裂紋，投運四年后背板開裂比例已經(jīng)超過40%。2016年前后，全球有數(shù)GW級的光伏電站受影響，包括國內(nèi)的西部電站和海外如南非的電站事故，嚴(yán)重影響電站的投資收益。
盡管3A背板留下了一堆爛攤子給了下游組件企業(yè)，但在設(shè)計之初沒有哪家企業(yè)會拿自己的產(chǎn)品和品牌聲譽開玩笑，十年前Isovolta也必然考慮過這個問題。
那為何3A背板一敗涂地，從此退出光伏江湖呢？
美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院經(jīng)過多年的研究，終于解開了3A背板開裂的秘密。
3A背板本應(yīng)值得信賴
Isovolta最初推出3A背板時，‘A’選用的是尼龍12，而尼龍12實際上是一款適用戶外使用環(huán)境、耐候性能非常優(yōu)異的材料，從材料端分析是不應(yīng)該出現(xiàn)這些問題的。
而創(chuàng)建于1949年的Isovolta，是電氣絕緣材料、復(fù)合材料和合成材料的國際領(lǐng)先制造商，具有多年的絕緣材料研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗，也是世界最大、最主要的絕緣材料生產(chǎn)企業(yè)之一。
可以想象，即便趨利使然，2009年起Isovolta開始進軍光伏背板產(chǎn)業(yè)時也應(yīng)該是信心滿滿。作為一家老牌材料企業(yè)，Isovolta對材料的選擇應(yīng)該不是冒然的，其選用的尼龍材料組合，必然也基于其多年的材料領(lǐng)域應(yīng)用研發(fā)經(jīng)驗，并采用了通行的IEC標(biāo)準(zhǔn)進行測試。
2010年，Isovolta光伏業(yè)務(wù)部門剝離成立Isovoltaic，并在蘇州成立依索(蘇州)合成材料有限公司，大力推廣3A背板。2010年-2014年，正是中國本土背板企業(yè)崛起，傳統(tǒng)PVF背板代表企業(yè)臺虹逐漸衰退之際。憑借低廉的背板價格和材料領(lǐng)域的商譽背書，Isovoltaic一度在海外背板供應(yīng)商的市場份額中處于領(lǐng)先地位。
成本低廉、材料可靠、信譽背書、歐洲出身……自2011年起，Isovoltaic的背板逐漸開始被組件廠接受，并開始批量應(yīng)用在光伏電站上。
盡管3A背板在安裝一年后開始出現(xiàn)微裂紋，但Isovoltaic認為這在他們的技術(shù)可控范圍之內(nèi)：一種新材料在面世的過程中總會出現(xiàn)一些要改進的地方。但從2015年起，戶外運行了4-5年的電站背板開始出現(xiàn)大面積的開裂，讓Isovoltaic應(yīng)接不暇。索賠帶來的壓力已經(jīng)不會給它更多的反思時間和空間，Isovoltaic最終攤牌宣告破產(chǎn)。
3A背板緣何如此不堪？
有一些研究文獻認為，導(dǎo)致開裂問題的原因可能是3A背板中加了玻璃纖維，因為背板開裂的方向和玻璃纖維方向一致，所以有說法認為開裂是由于玻璃纖維刺破背板外層引起的。
也有說法認為，尼龍材料本身耐候條件就不如含氟材料。酰胺類材料吸水性大，影響尺寸穩(wěn)定性和電性能，必須采用纖維增強來降低樹脂吸水率，使其能在高溫、高濕下工作。
材料研究者認為，尼龍材料耐光性較差，在長期偏高溫環(huán)境下會與空氣中的氧發(fā)生氧化作用,開始時顏色變褐，繼而發(fā)生開裂。
但對于尼龍材料本身的爭論，以及所用的玻璃纖維增強材料的討論，Isovoltaic作為材料專家已經(jīng)做過深入的分析和研究，并在各個場合針對業(yè)界的質(zhì)疑用其試驗數(shù)據(jù)來說明尼龍材料用于背板的可靠性。對此，業(yè)界似乎也無法反駁。
但無論如何，3A背板終究還是開裂了。Isovoltaic也因此破產(chǎn)，行業(yè)也無人再對3A背板感興趣，自然也就沒人知道3A背板到底因何開裂。
兇手已死，受害人不再追究，一樁兇案從此無人提起。
時隔多年，3A背板開裂的元兇，最近被美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院NIST的顧曉紅女士揭秘。
3A背板，竟然輸給豬隊友？
與鉆石不同，光伏組件背板材料不會永遠存在，背板是用作電氣絕緣并物理屏蔽太陽能電池板背面的塑料層，也是最外層，紫外線、陣風(fēng)、大雨、污染等都會讓背板的使用壽命逐漸減短。
如果在外部放置足夠長的時間，則任何基于塑料的背板材料都會崩塌，不同背板材料的降解速度不一樣，有些塑料的降解速度比其他塑料快得多。
而，3A背板的開裂，比組件商承諾的25年來得更是早了很多。
為了弄清聚酰胺降解問題的根源，NIST顧曉紅女士和她的團隊一直在研究環(huán)境因素和太陽能電池板結(jié)構(gòu)之間的相互作用，這些塑料如何被加速降解過程。
研究人員從全球各地(包括美國，中國，泰國和意大利)獲取了背板樣品，都是來自于使用了3-6年出現(xiàn)明顯過早開裂跡象的組件。
通過仔細檢查破裂的聚酰胺材料背板，顧曉紅和她的同事發(fā)現(xiàn)背板中的裂紋通常首先在某些特征附近出現(xiàn)，例如藍色或黑色發(fā)電太陽能電池之間的網(wǎng)格狀空間，并最終傳播到整個片材。
研究人員拿著老化的背板進行了一系列的化學(xué)和機械測試，檢查整個背板厚度范圍的降解方式和嚴(yán)重程度。結(jié)果表明，開裂最嚴(yán)重的區(qū)域就是剛度最大的區(qū)域。但奇怪的是，最脆的區(qū)域在背板的內(nèi)側(cè)，并非暴露于空氣的背板外層。
與暴露的外層相比，封閉的內(nèi)部質(zhì)量為何會降解更快？是否因為正面的陽光更強烈，紫外線更多？
但正面透過玻璃、再透過兩層封裝材料后，紫外線難道比直接暴露在空氣中的背面更厲害嗎？
很顯然，紫外線并非3A背板降解的直接元兇！
顧曉紅和她的團隊推測，是否是因為封裝材料的降解，產(chǎn)生了破壞性的化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)朝著背板遷移，加速了背板的衰變？如果是封裝材料引起，那為何太陽能電池間隙區(qū)域更容易形成裂紋，電池片背后的區(qū)域裂紋較少呢？
研究人員認為，如果是正面的封裝材料在陽光(包括紫外光)的照射下，更容易產(chǎn)生破壞性的化學(xué)物質(zhì)，那么正面封裝材料，包括電池片間隙中的封裝材料在陽光照射下產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)這些化學(xué)物質(zhì)沿著電池片的間隙向下遷移，就可以解釋為什么電池片間隙的背板更容易降解了。
研究人員認為乙酸是導(dǎo)致背板降解的主要嫌疑人，因為它對聚酰胺有害。通常認為，尼龍與玻璃纖維親合性十分良好，無毒性，但不可長期與酸堿接觸。
而作為封裝材料的聚合物EVA(稱為乙烯乙酸乙烯酯)在水汽、紫外線、溫度的作用下會發(fā)生降解，過程中會產(chǎn)生乙酸。
為了檢驗他們的假設(shè)，研究人員將幾根聚酰胺試條放入醋酸瓶中，然后在五個月后分析了與放入空氣或水中的聚酰胺相比較它們的降解情況。
在顯微鏡下，暴露于乙酸的塑料條的表面上出現(xiàn)了裂紋，這些裂紋反映了降解的背板裂紋，看上去比在空氣或水中的裂紋要嚴(yán)重得多?；瘜W(xué)分析表明，在暴露于乙酸的聚酰胺樣品其降解產(chǎn)物較高，這進一步證明了酸會加速背板材料的降解。
而EVA通常只有在水汽存在時才會發(fā)生水解，產(chǎn)生醋酸，正常的UV老化降解并不會產(chǎn)生酸。那么封裝在組件內(nèi)部的EVA，其接觸的水汽是從哪里來的呢？
研究認為，所有背板都有一定的水汽透過率，而3A背板也不例外。尼龍本身的吸水性強，盡管玻璃纖維會降低其吸水性。這些水分接觸到EVA后，在電池片間隙的EVA材料由于接受了更強的光照，相比與電池片背面的EVA更容易產(chǎn)生水解。
這也解釋了為何裂紋更多地發(fā)生在電池片的間隙。
這項研究強調(diào)了EVA封裝材料和聚酰胺背板之間的相互作用，研究結(jié)果已發(fā)表在《光伏進展：研究與應(yīng)用》雜志。
3A咸魚，翻案還能翻身嗎？
不怕神一樣的對手，就怕豬一樣的隊友。3A背板，尼龍材料本身或許沒有問題，也沒有死在不同背板技術(shù)路線對手的市場競爭中，卻中毒于同為BOM表中的EVA。
如果弄清了失效的原因，3A背板還有翻身的機會嗎？
對此，白色EVA封裝材料海優(yōu)威公司表示，現(xiàn)在的EVA和2013年前的EVA又有了很大的不同，以前的基本上是UV截止型，而之后包括現(xiàn)在用的基本都是UV透過型。盡管EVA的抗水解能力大大增強，但對于3A背板誰都不敢保證。
那么如果不用EVA，而是采用POE封裝材料呢？
理論上來說，POE封裝材料不會發(fā)生水解，也不會產(chǎn)生讓3A背板中毒的乙酸。但POE用作組件封裝材料，主要是為了改善抗PID性能，并更多地針對雙玻組件而開發(fā)，因而業(yè)內(nèi)在2016年之后開始逐步接受POE。
而Isovoltaic恰好就在2016年，與POE這位神隊友擦肩而過。
但一位組件技術(shù)專家稱，就算是POE也救不了3A。一方面是因為如果不是雙玻的需要，POE的成本遠高于EVA，根本無法在背板組件的BOM中與EVA抗衡；另一方面經(jīng)過多年降本，現(xiàn)在的含氟材料背板成本已經(jīng)非常低，幾乎不會給3A背板留下競爭空間。就算是3A背板的成本還有一點空間，經(jīng)歷了大面積開裂后，誰還敢放著好好的含氟材料不用，去嘗試一款爆雷呢？
【結(jié)語】
逝者已去，3A背板給行業(yè)留下的教訓(xùn)是非常深刻的。盡管如此，背板行業(yè)的各種創(chuàng)新嘗試仍值得肯定，并不能因為出現(xiàn)了事故和問題，就否定了創(chuàng)新的價值。這么多年來背板降本之快，很大程度上來自材料選型的百花齊放，并且這兩年對透明背板的嘗試也很有意義。
回頭想想，3A背板如果在批量應(yīng)用前先經(jīng)過戶外實證，大概很多事故也就可以避免了吧？
假設(shè)2010年參加實證，2013-2014年曝出問題，于是正好邂逅POE……歷史開始重寫……
原標(biāo)題：3A背板失效揭秘 NIST揪出元兇
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