4.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和脆化溫度對EVA性能的影響

從圖3可以看出，在0℃以上，EVA還保持著相當(dāng)好的彈性。低于0℃，EVA的剛性明顯上升;低于-20C后，開始產(chǎn)生玻璃化轉(zhuǎn)變，此時可以認(rèn)為EVA已經(jīng)基本喪失了彈性，進(jìn)入完全剛性狀態(tài);當(dāng)環(huán)境溫度在低于-70℃后，EVA材料已經(jīng)完全脆化，已經(jīng)喪失了作為封裝材料用的保護(hù)性能。

當(dāng)EVA材料發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變后，也就是說EVA材料喪失了彈性后，此時的EVA作為封裝材料僅剩下抗機(jī)械沖擊性能。此時如果材料或者組件部發(fā)生彎曲、變形，那么它對材料還有一定的保護(hù)性能;但一旦有變形發(fā)生，EVA材料就很容易發(fā)生斷裂。此時被封裝在EVA內(nèi)部的電池片材料盡管仍有一定的撓性，但由于被EVA失去了彈性，電池片被“凍結(jié)”在EVA中，隨著EVA發(fā)生的斷裂也會隨之產(chǎn)生隱裂，乃至斷裂。

在極度低溫的環(huán)境下，往往還伴隨著大風(fēng)和暴雪。此時的光伏組件正經(jīng)歷著難以想像的動態(tài)機(jī)械載荷;若加以數(shù)厘米乃至數(shù)十厘米的積雪，那么還要承受更嚴(yán)重的靜態(tài)機(jī)械載荷，光伏組件因此而產(chǎn)生的彎曲和動態(tài)形變，將對EVA材料產(chǎn)生致命的影響，進(jìn)而引起電池片的致命裂紋。

5.其它封裝材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及脆化溫度

用于光伏組件封裝的材料除了常用的EVA外，還有大家熟知的聚烯烴和有機(jī)硅。根據(jù)陶氏化學(xué)提供的資料，陶氏Enlight封裝膠膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-40℃，與EVA相似。有機(jī)硅材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-68℃，脆化溫度低于-100℃，遠(yuǎn)低于一般的塑料材料。在地球上可能出現(xiàn)的環(huán)境溫度下，有機(jī)硅都能保持良好的彈性。像我國近日如此低溫的天氣中，如果用有機(jī)硅材料作為光伏組件的封裝材料，是完全能夠抵御因低溫造成的電池片隱裂、材料本身斷裂的。

6.低溫對其它組件材料的影響

在組件的材料清單中，還有背板、接線盒、連接器、、邊框密封材料、光伏電纜都含有有機(jī)材料。

對于背板，結(jié)構(gòu)中的主要材料是PET和含氟材料。PET的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為150℃，脆化溫度約-70℃;含氟材料PVDF的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約39℃，無論是PVF還是PVDF，脆化溫度都在-70℃以下。由于含氟材料較薄，低溫性能低于當(dāng)前的極端低溫應(yīng)該問題不大。對于PET成分，在背板結(jié)構(gòu)中厚度最大，是主要的承受應(yīng)力材料，由于其玻璃化溫度很高，脆化溫度在-70℃，當(dāng)前的極端低溫下，PET材料的彈性已經(jīng)大大降低，承受變形的能力也大大降低。不過，由于背板只是在外層作為一種機(jī)械保護(hù)材料，不用過于擔(dān)心對電池片的影響，只需考慮其低溫下的機(jī)械強(qiáng)度是否還能經(jīng)受風(fēng)沙的沖擊，會不會產(chǎn)生材料的隱裂、磨損。

接線盒材料包括盒體、螺母等，材料通常有PPE、PPO、PA66、改性ABS、聚苯硫醚PPS、聚砜PSF、聚醚醚酮PEEK等。不同材料的脆化溫度不一樣，但一般都在-40℃以下，經(jīng)歷過HF、TC等測試。且接線盒體積較小、變形小，影響應(yīng)該不大。

邊框密封材料，一般都是采用硅膠做邊框密封，其-69℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度足以展現(xiàn)優(yōu)異的彈性。只要常溫下的動態(tài)、靜態(tài)機(jī)械載荷試驗可以通過，應(yīng)該也沒有問題。對于最近出現(xiàn)的一種替代有機(jī)硅膠的丁基膠帶材料，由于其含有橡膠成分，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度也較低，可以咨詢供應(yīng)商，了解更進(jìn)一步的信息。

對于光伏電纜，只要是適用于北方地區(qū)的電纜，都可以使用。

7.極低氣溫下組件的機(jī)械載荷性能

極低氣溫對不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和脆化溫度的封裝材料有不同的影響。低溫引起材料的彈性降低，會進(jìn)一步導(dǎo)致抗機(jī)械載荷性能的下降，從而導(dǎo)致電池片耐機(jī)械載荷性能的下降。某企業(yè)曾經(jīng)做過不同溫度下的動態(tài)機(jī)械載荷，不同封裝材料表現(xiàn)出的性能有明顯的差異。

圖4：不同溫度下，EVA、有機(jī)硅封裝組件的機(jī)械載荷電池片隱裂及裂紋長度測試

從圖中看出，當(dāng)環(huán)境溫度常溫或較高溫度時，EVA和有機(jī)硅封裝材料一樣有良好的彈性，靜態(tài)及動態(tài)機(jī)械載荷性能差不多。但在-20℃以下時，EVA封裝的組件在機(jī)械載荷測試中產(chǎn)生的電池片隱裂遠(yuǎn)高于有機(jī)硅封裝的組件。這也進(jìn)一步說明了極低溫度下EVA的彈性確實有明顯的下降甚至消失，對電池片的保護(hù)作用大大降低，在產(chǎn)生形變的過程中其剛性、脆性反而對促使了電池片隱裂的產(chǎn)生。

結(jié)語

極端惡劣氣候?qū)τ诖蟛糠值貐^(qū)或許是不用多考慮的。但在我國的北方、西北地區(qū)，出現(xiàn)-20℃以下的氣溫及大雪、大風(fēng)并不會是偶然的。對于全球來說，俄羅斯、美國北部、加拿大、歐洲北部等，極端低溫和風(fēng)雪更是常事。在這些特殊環(huán)境下，如果考慮機(jī)械載荷的影響，封裝材料的選擇將變得非常重要。如果再考慮風(fēng)沙地區(qū)低溫對背板的影響，或許對于傳統(tǒng)背板組件和雙玻組件的選擇也要慎重考慮。綜合上述因素，用液體硅膠封裝的雙玻組件可能在這些極端惡劣地區(qū)會有很好的應(yīng)用;退一步來說，我們的組件性能測試還要考慮低溫機(jī)械載荷這一項。

此次極端低溫天氣之后，相關(guān)電站業(yè)主和研究機(jī)構(gòu)也可以針對特定地區(qū)的光伏電站展開更全面的調(diào)查，了解傳統(tǒng)組件在不同區(qū)域?qū)O端低溫天氣的適用性，進(jìn)而出臺相關(guān)的性能評價技術(shù)要求和認(rèn)證規(guī)范，對特定地區(qū)給出差異化的產(chǎn)品測試認(rèn)證方案，以滿足該地區(qū)光伏電站建設(shè)的選型要求。