TRƯỚC Polyvinyl butyral (PVB) là vật liệu đóng gói nền tảng trong ngành năng lượng mặt trời trong nhiều thập kỷ, tuy nhiên các yêu cầu cụ thể của PVB loại quang điện thường bị hiểu nhầm — ngay cả bởi các nhóm mua sắm có kinh nghiệm tìm nguồn cung ứng phim PVB kiến trúc tiêu chuẩn. Yêu cầu về hiệu suất đặt ra đối với vật liệu đóng gói bên trong mô-đun năng lượng mặt trời nghiêm ngặt hơn đáng kể so với kính an toàn nhiều lớp và việc chọn sai loại hoặc nhà cung cấp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất mô-đun, yêu cầu bảo hành và hiệu suất năng lượng lâu dài. Hướng dẫn này giải thích những điểm khác biệt của PVB cấp quang điện, cách thức hoạt động của nó so với các chất đóng gói cạnh tranh và thông số kỹ thuật nào quan trọng nhất khi đánh giá nhà cung cấp.
Điều gì tạo nên "Cấp quang điện" của PVB - và tại sao nó khác với PVB tiêu chuẩn
Phim PVB kiến trúc tiêu chuẩn — lớp xen kẽ được sử dụng trong kính chắn gió nhiều lớp và kính xây dựng — được thiết kế để đạt được hiệu suất cơ học: chống va đập, bám dính vào kính và giảm âm thanh. PVB cấp quang điện có chung hóa chất polymer cơ bản nhưng được xây dựng và xử lý để đáp ứng một loạt yêu cầu hiệu suất hoàn toàn khác do môi trường vận hành bên trong mô-đun năng lượng mặt trời điều khiển.
Sự khác biệt cơ bản nhất là truyền dẫn quang. Chất đóng gói mô-đun năng lượng mặt trời phải truyền phần ánh sáng tới tối đa có thể tới bề mặt tế bào, đặc biệt là trong phạm vi bước sóng 350–1200nm nơi tế bào silicon chuyển đổi ánh sáng thành điện năng. PVB kiến trúc tiêu chuẩn được tối ưu hóa để mắt người nhìn rõ, bao phủ quang phổ nhìn thấy hẹp hơn; PVB cấp quang điện được thiết kế đặc biệt để giảm thiểu sự hấp thụ và tán xạ trên toàn bộ quang phổ liên quan đến mặt trời, với các cấp chất lượng cao đạt được độ truyền qua trên 91% trong phạm vi tới hạn.
Khả năng chống ẩm là điểm khác biệt quan trọng thứ hai. PVB vốn có tính hút ẩm - nó hấp thụ nước từ khí quyển - và trong các ứng dụng lắp kính tiêu chuẩn, điều này được quản lý thông qua việc bịt kín các cạnh. Bên trong mô-đun năng lượng mặt trời dự kiến hoạt động ngoài trời trong 25–30 năm, hơi ẩm xâm nhập qua chất bao bọc gây ra hiện tượng ăn mòn, tách lớp và suy giảm điện năng của tế bào. PVB loại quang điện được pha chế với các chất phụ gia chống ẩm và xử lý bề mặt giúp giảm đáng kể tốc độ truyền hơi nước (WVTR) so với các loại kiến trúc, mặc dù nó vẫn cao hơn EVA (ethylene-vinyl acetate) về mặt tuyệt đối.
Hiệu suất cách điện là lĩnh vực phân kỳ chính thứ ba. Chất bao bọc trong mô-đun năng lượng mặt trời là lớp điện môi chính giữa mạch tế bào mang dòng điện và khung mô-đun hoặc cấu trúc lắp đặt. Yêu cầu về điện trở suất thể tích đối với loại quang điện PVB cao hơn đáng kể so với phim kiến trúc, thường vượt quá 10¹³ Ω·cm và phải được duy trì trong phạm vi nhiệt độ hoạt động và sau các thử nghiệm lão hóa tăng tốc.
Lớp quang điện PVB so với EVA so với POE: So sánh hiệu suất
PVB loại quang điện cạnh tranh chủ yếu với chất đóng gói EVA và chất đàn hồi polyolefin (POE) trên thị trường mô-đun năng lượng mặt trời. Mỗi vật liệu đều có điểm mạnh và điểm yếu riêng biệt khiến nó ít nhiều phù hợp với các loại mô-đun và môi trường hoạt động cụ thể.
| Tài sản | PVB cấp PVB | Tiêu chuẩn EVA | POE |
|---|---|---|---|
| Truyền ánh sáng | ≥91% | 90–92% | 91–93% |
| Chống ẩm | Trung bình | Trung bình | Tuyệt vời |
| Điện trở PID | Tuyệt vời | Kém-Trung bình | Tốt |
| Kháng màu vàng | Tốt | Trung bình (acetic acid risk) | Tuyệt vời |
| Quá trình cán | Tiêu chuẩn (không có liên kết chéo) | Yêu cầu xử lý liên kết ngang | Yêu cầu xử lý liên kết ngang |
| Chi phí vật liệu tương đối | Trung bình–High | Thấp | Cao |
Ưu điểm thực tế quan trọng nhất của PVB cấp quang điện so với EVA là khả năng chống suy thoái do điện thế (PID) - một chế độ hỏng hóc trong đó điện áp cao giữa các tế bào và khung mô-đun điều khiển sự di chuyển ion qua chất bao bọc, gây ra tình trạng mất điện nghiêm trọng và nhanh chóng. Độ dẫn ion tương đối cao của EVA khiến nó dễ bị PID trong cấu hình hệ thống điện áp cao; Điện trở suất thể tích cao hơn và độ linh động ion thấp hơn của PVB làm cho nó có khả năng chống chịu cao hơn đáng kể. Đối với các dự án quy mô tiện ích có điện áp hệ thống 1500V hoặc lắp đặt ở vùng khí hậu ẩm ướt, sự khác biệt này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất năng lượng dài hạn và khả năng thanh toán.
Ưu điểm quan trọng thứ hai của PVB là quy trình cán màng. EVA và POE yêu cầu chu trình xử lý liên kết ngang nhiệt trong quá trình cán màng — thường là 12–20 phút ở 145–155°C — điều này hạn chế công suất trên dây chuyền sản xuất mô-đun. PVB liên kết với kính và tấm nền thông qua độ bám dính vật lý mà không cần liên kết ngang, cho phép chu kỳ cán màng nhanh hơn và loại bỏ nguy cơ xử lý không hoàn toàn, đây là một vấn đề về chất lượng đã biết với EVA trong môi trường sản xuất thông lượng cao.
Thông số kỹ thuật chính cho phim PVB cấp quang điện
Khi đánh giá các nhà cung cấp PVB cấp quang điện hoặc so sánh các bảng dữ liệu sản phẩm, các thông số sau đây có trọng lượng nhất trong việc xác định liệu màng có đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất và độ bền của mô-đun hay không.
Thuộc tính quang học
Độ truyền qua trọng lượng mặt trời phải được nêu rõ trong phạm vi 350–1200nm và được đo theo tiêu chuẩn xác định (IEC 61646 hoặc tương đương). Giá trị khói mù - thước đo tán xạ ánh sáng - phải dưới 1% đối với các ứng dụng đóng gói phía trước; sương mù tăng cao làm giảm bức xạ hiệu quả tới bề mặt tế bào và làm giảm công suất mô-đun. Bước sóng cắt tia cực tím và tải chất ổn định tia cực tím xác định mức độ màng chống lại sự phân hủy quang học và ố vàng trong thời gian hoạt động của mô-đun - thường được chỉ định là duy trì độ truyền qua trên 88% sau 1000 giờ tiếp xúc với tia cực tím theo tiêu chuẩn IEC 61215.
Tính chất điện
Điện trở suất ở nhiệt độ vận hành (thường được kiểm tra ở 85°C và độ ẩm tương đối 85% sau khi điều hòa) là thông số kỹ thuật điện chính. Các giá trị dưới 10¹² Ω·cm ở nhiệt độ và độ ẩm cao cho thấy rủi ro PID tăng cao và sẽ không đủ tiêu chuẩn cho các ứng dụng điện áp cao. Độ bền điện môi - điện áp mà màng có thể chịu được trên một đơn vị độ dày trước khi bị hỏng - phải đáp ứng các yêu cầu IEC 60664 đối với loại điện áp hệ thống của thiết kế mô-đun dự kiến.
Tính chất cơ học và độ bám dính
Độ bền bong tróc đối với kính và vật liệu tấm nền (được đo bằng thử nghiệm bong tróc 90° hoặc 180° sau khi cán mỏng và sau khi lão hóa bằng nhiệt ẩm) xác nhận rằng độ bám dính được duy trì theo thời gian. Độ bền bong tróc tối thiểu là 40 N/cm đối với thủy tinh sau 1000 giờ ở nhiệt độ ẩm (85°C/85%RH) là ngưỡng thường được sử dụng. Độ giãn dài khi đứt và độ bền kéo xác định mức độ chất bao bọc chịu được ứng suất cơ nhiệt trong chu kỳ nhiệt độ - liên quan đến nguy cơ nứt tế bào trong các mô-đun sử dụng tế bào khổ mỏng hoặc khổ lớn.
Các ứng dụng trong đó PVB cấp quang điện có lợi thế rõ ràng
Trong khi EVA chiếm ưu thế về tổng khối lượng chất đóng gói năng lượng mặt trời do chi phí thấp hơn, thì loại quang điện PVB lại có lợi thế về hiệu suất thực sự trong một số danh mục ứng dụng cụ thể.
- Quang điện tích hợp trong tòa nhà (BIPV): Các mô-đun được sử dụng làm thành phần kính kiến trúc - mặt tiền, cửa sổ mái, mái che và lan can - phải đáp ứng cả tiêu chuẩn về kết cấu kính và yêu cầu về hiệu suất điện. PVB là vật liệu xen kẽ được thiết lập cho kính nhiều lớp kết cấu và PVB loại quang điện cho phép các nhà sản xuất BIPV sử dụng các quy trình cán màng quen thuộc và lộ trình chứng nhận kính đồng thời đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất mô-đun năng lượng mặt trời.
- Hệ thống quy mô tiện ích điện áp cao: Các dự án hoạt động ở điện áp hệ thống DC 1000V hoặc 1500V phải đối mặt với rủi ro PID cao, đặc biệt ở vùng khí hậu ẩm ướt. Điện trở suất thể tích vượt trội của loại quang điện PVB trực tiếp giải quyết rủi ro này mà không yêu cầu lớp phủ chống PID bổ sung hoặc các biện pháp giảm thiểu ở cấp hệ thống.
- Xây dựng mô-đun kính thủy tinh: Mô-đun kính đôi - ngày càng phổ biến nhờ độ bền và khả năng hai mặt - yêu cầu chất bao bọc liên kết chắc chắn với kính ở cả hai mặt. Độ bám dính tốt của PVB với kính và khả năng tương thích với thiết bị sản xuất kính nhiều lớp tiêu chuẩn khiến nó trở nên phù hợp tự nhiên cho các công trình kính-kính, đặc biệt là trong phân khúc BIPV và mô-đun cao cấp.
- Mô-đun màng mỏng: Một số công nghệ màng mỏng nhất định - bao gồm CdTe và silicon vô định hình - trước đây đã sử dụng chất đóng gói PVB do cân nhắc tính tương thích với hóa học tế bào và nhu cầu về quy trình cán mỏng để tránh sự thoát khí của axit axetic liên quan đến liên kết ngang EVA.
Chứng nhận chất lượng và tiêu chuẩn kiểm tra để xác minh
Tuyên bố về chất lượng của nhà cung cấp đối với PVB cấp quang điện phải được chứng minh bằng dữ liệu thử nghiệm của bên thứ ba chứ không chỉ bằng bảng dữ liệu sản phẩm. Khung chứng nhận và thử nghiệm liên quan bao gồm các tiêu chuẩn và chương trình sau.
IEC 61215 và IEC 61730 là các tiêu chuẩn đánh giá mô-đun chính và vật liệu đóng gói được sử dụng trong các mô-đun được chứng nhận phải tồn tại trong nhiệt độ ẩm, chu trình nhiệt, tiếp xúc với tia cực tím và các trình tự tải cơ học được xác định trong các tiêu chuẩn này mà không bị tách lớp, ố vàng quá mức hoặc hỏng điện môi. Các nhà cung cấp vật liệu có thể cung cấp dữ liệu thử nghiệm từ các mô-đun được xây dựng bằng phim của họ đã vượt qua các trình tự này - thay vì chỉ thử nghiệm ở cấp độ vật liệu - sẽ cung cấp bằng chứng mạnh mẽ hơn về hiệu suất hiện trường.
IEC 62716 bao gồm thử nghiệm khả năng kháng amoniac, liên quan đến lắp đặt quang điện nông nghiệp, nơi amoniac trong khí quyển tăng cao làm tăng tốc độ ăn mòn của bề mặt chất bao bọc và tế bào. Không phải tất cả các màng PVB cấp quang điện đều được chế tạo để kháng amoniac, vì vậy các dự án hướng tới môi trường nông nghiệp hoặc chăn nuôi nên xác minh sự tuân thủ một cách rõ ràng.
Kiểm tra điện trở PID theo IEC TS 62804 đo tổn thất điện năng trong điều kiện căng thẳng điện áp cao. Yêu cầu báo cáo thử nghiệm cho thấy mức tổn thất điện năng dưới 5% sau quy trình thử nghiệm tiêu chuẩn cho bất kỳ màng PVB cấp quang điện nào đang được xem xét cho các ứng dụng hệ thống điện áp cao. Các màng không có dữ liệu này không được coi là có khả năng kháng PID chỉ dựa trên các giá trị điện trở suất của vật liệu.
Tiêu chí đánh giá nhà cung cấp cho PVB cấp quang điện
Với một số nhà cung cấp khu vực và toàn cầu đang cạnh tranh trên thị trường PVB cấp quang điện, việc phân biệt giữa chúng đòi hỏi phải nhìn xa hơn các con số về hệ số truyền qua và điện trở suất.
- Tính nhất quán theo từng đợt: Các đặc tính quang và điện phải nhất quán giữa các lô sản xuất. Yêu cầu chứng chỉ chất lượng cấp lô (CoA) và, nếu có thể, kiểm tra hồ sơ kiểm soát chất lượng sản xuất để phát hiện sự sai lệch thông số kỹ thuật theo thời gian. Độ dày màng không nhất quán - biến đổi sản xuất phổ biến nhất - ảnh hưởng trực tiếp đến tính đồng nhất của áp suất cán và hiệu suất quang học cục bộ.
- Khả năng hỗ trợ kỹ thuật: Các thông số cán PVB cấp quang điện - cấu hình nhiệt độ, chu trình chân không, áp suất ép - khác với EVA và cần có sự hỗ trợ của nhà cung cấp trong quá trình đánh giá quy trình. Các nhà cung cấp có đội ngũ kỹ thuật ứng dụng chuyên dụng và các khuyến nghị về quy trình cán màng được ghi lại giúp giảm thời gian và chi phí đánh giá chất lượng dây chuyền sản xuất.
- Sự ổn định của chuỗi cung ứng: Nguồn cung nhựa PVB tập trung ở một số ít nhà sản xuất toàn cầu. Đánh giá xem nhà cung cấp chất đóng gói của bạn có đảm bảo được các thỏa thuận cung cấp nhựa dài hạn hay tích hợp ngược để bảo vệ khỏi tình trạng thiếu nguyên liệu thô hay không — một rủi ro đã xảy ra đối với nhiều nhà cung cấp chất đóng gói trong thời gian gián đoạn chuỗi cung ứng năm 2021–2022.
- Tài liệu tương thích: Yêu cầu dữ liệu kiểm tra khả năng tương thích cho loại tế bào cụ thể của bạn (PERC đơn tinh thể, TOPCon, HJT hoặc màng mỏng), vật liệu tấm nền và chất bịt kín khung. Sự không tương thích giữa chất bao bọc và vật liệu liền kề là nguyên nhân đã biết nhưng chưa được ghi chép đầy đủ gây ra hiện tượng bong tróc và ăn mòn tại hiện trường.
PVB cấp quang điện không phải là vật liệu hàng hóa - khoảng cách về hiệu suất giữa màng được sản xuất nhất quán, có công thức tốt và màng thay thế chất lượng thấp hơn chỉ trở nên rõ ràng sau nhiều năm vận hành tại hiện trường, đến thời điểm đó, chi phí bảo hành và danh tiếng có thể vượt quá đáng kể mức tiết kiệm chi phí vật liệu ban đầu. Trình độ chuyên môn kỹ lưỡng của nhà cung cấp, dựa trên dữ liệu thử nghiệm tiêu chuẩn hóa và kiểm toán sản xuất, là cách đáng tin cậy nhất để quản lý rủi ro này trước khi nó lan đến hiện trường.
