PVB เกรดเซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพเหนือกว่า EVA ในฐานะสารห่อหุ้มโมดูลแสงอาทิตย์หรือไม่

Polyvinyl butyral (PVB) เป็นวัสดุห่อหุ้มพื้นฐานในอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์มานานหลายทศวรรษ แต่ข้อกำหนดเฉพาะของ PVB เกรดเซลล์แสงอาทิตย์มักถูกเข้าใจผิด แม้แต่โดยทีมจัดซื้อที่มีประสบการณ์ในการจัดหาฟิล์ม PVB สถาปัตยกรรมมาตรฐานก็ตาม ความต้องการด้านประสิทธิภาพสำหรับวัสดุห่อหุ้มภายในโมดูลแสงอาทิตย์นั้นเข้มงวดกว่ากระจกนิรภัยแบบลามิเนตอย่างมาก และการเลือกเกรดหรือซัพพลายเออร์ที่ไม่ถูกต้องจะส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของโมดูล การเรียกร้องการรับประกัน และผลผลิตพลังงานในระยะยาว คู่มือนี้จะอธิบายสิ่งที่ทำให้ PVB เกรดเซลล์แสงอาทิตย์แตกต่างออกไป ประสิทธิภาพของ PVB เทียบกับสารห่อหุ้มของคู่แข่ง และพารามิเตอร์ทางเทคนิคใดที่สำคัญที่สุดในการประเมินซัพพลายเออร์

อะไรทำให้ PVB เป็น "เกรดไฟฟ้าโซลาร์เซลล์" และเหตุใดจึงแตกต่างจาก PVB มาตรฐาน

ฟิล์ม PVB สำหรับสถาปัตยกรรมมาตรฐาน — ชั้นระหว่างชั้นที่ใช้ในกระจกบังลมแบบลามิเนตและกระจกอาคาร — ได้รับการออกแบบมาเพื่อประสิทธิภาพเชิงกล: ความต้านทานแรงกระแทก การยึดเกาะกับกระจก และการลดทอนเสียง PVB เกรดเซลล์แสงอาทิตย์ใช้เคมีโพลีเมอร์พื้นฐานเหมือนกัน แต่ได้รับการคิดค้นและประมวลผลเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ซึ่งขับเคลื่อนโดยสภาพแวดล้อมการทำงานภายในโมดูลแสงอาทิตย์

ความแตกต่างพื้นฐานที่สุดคือการส่งผ่านแสง สารห่อหุ้มแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะต้องส่งสัดส่วนแสงตกกระทบที่เป็นไปได้สูงสุดไปยังพื้นผิวเซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงความยาวคลื่น 350–1200 นาโนเมตร ซึ่งเซลล์ซิลิคอนแปลงแสงเป็นไฟฟ้า PVB สถาปัตยกรรมมาตรฐานได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อความชัดเจนต่อสายตามนุษย์ ซึ่งครอบคลุมสเปกตรัมที่มองเห็นได้แคบลง PVB เกรดเซลล์แสงอาทิตย์ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อลดการดูดกลืนและการกระเจิงในสเปกตรัมที่เกี่ยวข้องกับพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมด โดยมีเกรดคุณภาพสูงที่มีการส่งผ่านมากกว่า 91% ในช่วงวิกฤต

การต้านทานต่อความชื้นเป็นตัวสร้างความแตกต่างที่สำคัญอันดับสอง PVB มีความสามารถในการดูดความชื้นโดยธรรมชาติ — โดยจะดูดซับน้ำจากบรรยากาศ — และในการใช้งานกระจกมาตรฐาน จะได้รับการจัดการผ่านการปิดผนึกที่ขอบ ภายในแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่คาดว่าจะทำงานกลางแจ้งเป็นเวลา 25-30 ปี ความชื้นที่ซึมผ่านสารห่อหุ้มทำให้เกิดการกัดกร่อนของเซลล์ การแยกตัว และการเสื่อมสภาพทางไฟฟ้า PVB เกรดไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ถูกกำหนดสูตรด้วยสารเติมแต่งกั้นความชื้นและการปรับสภาพพื้นผิวที่ลดอัตราการส่งผ่านไอน้ำ (WVTR) ลงอย่างมากเมื่อเทียบกับเกรดสถาปัตยกรรม แม้ว่าจะยังคงสูงกว่า EVA (เอทิลีน-ไวนิลอะซิเตต) ในแง่สัมบูรณ์ก็ตาม

ประสิทธิภาพของฉนวนไฟฟ้าเป็นประเด็นสำคัญอันดับที่สามของความแตกต่าง สารห่อหุ้มในแผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นชั้นไดอิเล็กทริกหลักระหว่างวงจรเซลล์ที่มีกระแสไฟฟ้ากับกรอบโมดูลหรือโครงสร้างการติดตั้ง ข้อกำหนดด้านความต้านทานต่อปริมาตรสำหรับ PVB เกรดเซลล์แสงอาทิตย์นั้นสูงกว่าฟิล์มสถาปัตยกรรมอย่างมาก โดยทั่วไปจะเกิน 10¹³ Ω·cm และต้องได้รับการบำรุงรักษาตลอดช่วงอุณหภูมิในการทำงานและหลังการทดสอบการเร่งอายุ

PVB เกรดไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ เทียบกับ EVA เทียบกับ โพ: การเปรียบเทียบประสิทธิภาพ

PVB เกรดพลังงานแสงอาทิตย์แข่งขันกับสารห่อหุ้ม EVA และโพลีโอเลฟินอีลาสโตเมอร์ (POE) เป็นหลักในตลาดแผงเซลล์แสงอาทิตย์ วัสดุแต่ละชนิดมีจุดแข็งและจุดอ่อนที่แตกต่างกัน ซึ่งทำให้เหมาะสมกับประเภทโมดูลและสภาพแวดล้อมการทำงานเฉพาะไม่มากก็น้อย

ข้อได้เปรียบในทางปฏิบัติที่สำคัญที่สุดของ PVB เกรดเซลล์แสงอาทิตย์ที่เหนือกว่า EVA คือความต้านทานต่อการย่อยสลายที่อาจเกิดขึ้น (PID) ซึ่งเป็นโหมดความล้มเหลวที่แรงดันไฟฟ้าสูงระหว่างเซลล์และเฟรมโมดูลขับเคลื่อนการอพยพของไอออนผ่านสารห่อหุ้ม ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานอย่างรุนแรงและรวดเร็ว ค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกที่ค่อนข้างสูงของ EVA ทำให้ไวต่อ PID ในการกำหนดค่าระบบไฟฟ้าแรงสูง ความต้านทานต่อปริมาตรที่สูงขึ้นและการเคลื่อนตัวของไอออนที่ลดลงของ PVB ทำให้มีความทนทานมากขึ้นอย่างมาก สำหรับโครงการระดับสาธารณูปโภคที่มีแรงดันไฟฟ้าของระบบ 1500V หรือการติดตั้งในสภาพอากาศชื้น ความแตกต่างนี้ส่งผลโดยตรงต่อผลผลิตพลังงานในระยะยาวและความสามารถในการหมุนเวียน

ข้อได้เปรียบที่สำคัญประการที่สองของ PVB คือกระบวนการเคลือบ EVA และ POE ต้องใช้วงจรการบ่มการเชื่อมขวางด้วยความร้อนในระหว่างการเคลือบ — โดยทั่วไปจะใช้เวลา 12–20 นาทีที่ 145–155°C — ซึ่งจะจำกัดปริมาณงานในสายการผลิตโมดูล PVB ยึดติดกับกระจกและแผ่นด้านหลังผ่านการยึดเกาะทางกายภาพโดยไม่มีการเชื่อมขวาง ช่วยให้รอบการเคลือบเร็วขึ้น และลดความเสี่ยงของการแข็งตัวที่ไม่สมบูรณ์ ซึ่งเป็นปัญหาด้านคุณภาพที่ทราบกันดีอยู่แล้วกับ EVA ในสภาพแวดล้อมการผลิตที่มีปริมาณงานสูง

ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิคที่สำคัญสำหรับฟิล์ม PVB เกรดไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

เมื่อประเมินซัพพลายเออร์ PVB เกรดเซลล์แสงอาทิตย์หรือเปรียบเทียบเอกสารข้อมูลผลิตภัณฑ์ พารามิเตอร์ต่อไปนี้มีน้ำหนักมากที่สุดในการพิจารณาว่าฟิล์มจะตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพและความทนทานของโมดูลหรือไม่

คุณสมบัติทางแสง

ควรระบุการส่งผ่านแบบถ่วงน้ำหนักด้วยแสงอาทิตย์สำหรับช่วง 350–1200 นาโนเมตร และวัดตามมาตรฐานที่กำหนด (IEC 61646 หรือเทียบเท่า) ค่าหมอกควัน — การวัดการกระเจิงของแสง — ควรต่ำกว่า 1% สำหรับการใช้งานสารห่อหุ้มด้านหน้า หมอกควันที่เพิ่มขึ้นจะช่วยลดการฉายรังสีที่มีประสิทธิผลที่ไปถึงพื้นผิวเซลล์และลดเอาต์พุตของโมดูลลง ความยาวคลื่นที่ตัดด้วยรังสียูวีและการโหลดสารเพิ่มความคงตัวของรังสียูวีจะกำหนดว่าฟิล์มต้านทานการย่อยสลายด้วยแสงและการเหลืองได้ดีเพียงใดตลอดอายุการใช้งานของโมดูล ซึ่งโดยทั่วไปจะระบุไว้เป็นการรักษาการส่งผ่านแสงที่สูงกว่า 88% หลังจากได้รับรังสียูวี 1,000 ชั่วโมงตาม IEC 61215

คุณสมบัติทางไฟฟ้า

ความต้านทานต่อปริมาตรที่อุณหภูมิใช้งาน (โดยทั่วไปทดสอบที่ 85°C และความชื้นสัมพัทธ์ 85% หลังการปรับสภาพ) เป็นข้อกำหนดทางไฟฟ้าเบื้องต้น ค่าที่ต่ำกว่า 10¹² Ω·cm ที่อุณหภูมิและความชื้นสูงขึ้น บ่งชี้ถึงความเสี่ยงของ PID ที่เพิ่มขึ้น และควรถูกตัดสิทธิ์สำหรับการใช้งานไฟฟ้าแรงสูง ความเป็นฉนวน - แรงดันไฟฟ้าที่ฟิล์มสามารถทนได้ต่อความหนาของหน่วยก่อนที่จะพัง - ควรเป็นไปตามข้อกำหนด IEC 60664 สำหรับระดับแรงดันไฟฟ้าของระบบของการออกแบบโมดูลที่ต้องการ

คุณสมบัติทางกลและการยึดเกาะ

ความแข็งแรงในการลอกของกระจกและวัสดุแผ่นด้านหลัง (วัดโดยการทดสอบการลอกที่ 90° หรือ 180° หลังการเคลือบและหลังจากการบ่มด้วยความร้อนชื้น) ยืนยันว่าการยึดเกาะจะคงอยู่ตลอดเวลา ความแข็งแรงลอกขั้นต่ำที่ 40 นิวตัน/ซม. ต่อกระจกหลังจากผ่านความร้อนชื้น 1000 ชั่วโมง (85°C/85%RH) เป็นเกณฑ์ที่ใช้กันทั่วไป การยืดตัวที่จุดแตกหักและความต้านทานแรงดึงเป็นตัวกำหนดว่าสารห่อหุ้มจะรองรับความเค้นทางความร้อนเชิงกลได้ดีเพียงใดในระหว่างการหมุนเวียนของอุณหภูมิ ซึ่งเกี่ยวข้องกับความเสี่ยงในการแตกร้าวของเซลล์ในโมดูลที่ใช้เซลล์รูปแบบบางหรือขนาดใหญ่

การใช้งานที่ PVB เกรดไฟฟ้าโซลาร์เซลล์มีข้อได้เปรียบที่ชัดเจน

แม้ว่า EVA จะครองปริมาณสารห่อหุ้มพลังงานแสงอาทิตย์โดยรวมเนื่องจากมีต้นทุนที่ต่ำกว่า แต่ PVB เกรดเซลล์แสงอาทิตย์ก็ยังคงมีข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพอย่างแท้จริงในการใช้งานหลายประเภทโดยเฉพาะ

• พลังงานแสงอาทิตย์แบบบูรณาการในอาคาร (BIPV): โมดูลที่ใช้เป็นองค์ประกอบกระจกสถาปัตยกรรม เช่น ด้านหน้าอาคาร สกายไลท์ หลังคา และราวบันได ต้องเป็นไปตามมาตรฐานกระจกโครงสร้างและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพทางไฟฟ้า PVB เป็นวัสดุชั้นระหว่างชั้นที่จัดตั้งขึ้นสำหรับกระจกลามิเนตที่มีโครงสร้าง และ PVB เกรดเซลล์แสงอาทิตย์ช่วยให้ผู้ผลิต BIPV สามารถใช้กระบวนการเคลือบที่คุ้นเคยและเส้นทางการรับรองกระจก ขณะเดียวกันก็ปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของโมดูลแสงอาทิตย์ไปพร้อมๆ กัน
• ระบบสาธารณูปโภคไฟฟ้าแรงสูง: โครงการที่ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าของระบบ 1000V หรือ 1500V DC เผชิญกับความเสี่ยง PID ที่เพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพอากาศชื้น ความต้านทานต่อปริมาตรที่เหนือกว่าของ PVB เกรดเซลล์แสงอาทิตย์จัดการความเสี่ยงนี้ได้โดยตรง โดยไม่ต้องมีการเคลือบ anti-PID เพิ่มเติมหรือมาตรการบรรเทาผลกระทบในระดับระบบ
• โครงสร้างโมดูลกระจก-แก้ว: โมดูลกระจกสองชั้น ซึ่งได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้นในด้านความทนทานและความสามารถแบบสองหน้า จำเป็นต้องมีสารห่อหุ้มที่ยึดติดกับกระจกทั้งสองด้านได้อย่างน่าเชื่อถือ การยึดเกาะที่ดีของ PVB กับกระจกและความเข้ากันได้กับอุปกรณ์การผลิตกระจกลามิเนตมาตรฐาน ทำให้ PVB เหมาะอย่างยิ่งสำหรับโครงสร้างกระจก-แก้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วน BIPV และโมดูลระดับพรีเมียม
• โมดูลฟิล์มบาง: เทคโนโลยีฟิล์มบางบางอย่าง รวมถึง CdTe และซิลิคอนอสัณฐาน เคยใช้สารห่อหุ้ม PVB ในอดีต เนื่องจากการพิจารณาความเข้ากันได้กับเคมีของเซลล์ และความจำเป็นในกระบวนการเคลือบที่หลีกเลี่ยงการปล่อยก๊าซกรดอะซิติกที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมขวางของ EVA

การรับรองคุณภาพและมาตรฐานการทดสอบที่ต้องตรวจสอบ

การกล่าวอ้างคุณภาพซัพพลายเออร์สำหรับ PVB เกรดเซลล์แสงอาทิตย์ควรได้รับการพิสูจน์ด้วยข้อมูลการทดสอบของบุคคลที่สาม ไม่ใช่เพียงเอกสารข้อมูลผลิตภัณฑ์ กรอบการรับรองและการทดสอบที่เกี่ยวข้องประกอบด้วยมาตรฐานและโปรแกรมดังต่อไปนี้

IEC 61215 และ IEC 61730 เป็นมาตรฐานคุณสมบัติโมดูลหลัก และวัสดุห่อหุ้มที่ใช้ในโมดูลที่ได้รับการรับรองจะต้องทนทานต่อความร้อนชื้น การหมุนเวียนของความร้อน การสัมผัสรังสียูวี และลำดับภาระทางกลที่กำหนดไว้ในมาตรฐานเหล่านี้ โดยไม่มีการแยกชั้น สีเหลืองมากเกินไป หรือความล้มเหลวของอิเล็กทริก ซัพพลายเออร์วัสดุที่สามารถให้ข้อมูลการทดสอบจากโมดูลที่สร้างขึ้นด้วยฟิล์มของตนที่ผ่านลำดับเหล่านี้ แทนที่จะทำการทดสอบระดับวัสดุเพียงอย่างเดียว จะให้หลักฐานที่ชัดเจนยิ่งขึ้นเกี่ยวกับประสิทธิภาพภาคสนาม

IEC 62716 ครอบคลุมการทดสอบความต้านทานแอมโมเนีย ซึ่งเกี่ยวข้องกับการติดตั้ง PV ทางการเกษตร โดยที่แอมโมเนียในชั้นบรรยากาศที่เพิ่มขึ้นจะช่วยเร่งการกัดกร่อนของสารห่อหุ้มและพื้นผิวเซลล์ ฟิล์ม PVB เกรดเซลล์แสงอาทิตย์บางรุ่นไม่ได้ถูกกำหนดสูตรสำหรับการต้านทานแอมโมเนีย ดังนั้นโครงการที่กำหนดเป้าหมายไปที่สภาพแวดล้อมทางการเกษตรหรือปศุสัตว์ควรตรวจสอบการปฏิบัติตามข้อกำหนดอย่างชัดเจน

การทดสอบความต้านทาน PID ตาม IEC TS 62804 วัดการสูญเสียพลังงานภายใต้สภาวะความเครียดไฟฟ้าแรงสูง ขอรายงานผลการทดสอบที่แสดงการสูญเสียพลังงานต่ำกว่า 5% หลังจากเกณฑ์วิธีการทดสอบมาตรฐานสำหรับฟิล์ม PVB เกรดเซลล์แสงอาทิตย์ที่อยู่ระหว่างการพิจารณาสำหรับการใช้งานระบบไฟฟ้าแรงสูง ฟิล์มที่ไม่มีข้อมูลนี้ไม่ควรถือว่ามีความทนทานต่อ PID โดยพิจารณาจากค่าความต้านทานของวัสดุเพียงอย่างเดียว

เกณฑ์การประเมินซัพพลายเออร์สำหรับ PVB เกรดไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

ซัพพลายเออร์ระดับโลกและระดับภูมิภาคหลายรายแข่งขันกันในตลาด PVB เกรดเซลล์แสงอาทิตย์ การแยกความแตกต่างระหว่างซัพพลายเออร์เหล่านี้จำเป็นต้องมองข้ามตัวเลขการส่งผ่านและความต้านทานทั่วไป

• ความสอดคล้องแบบแบทช์ต่อแบทช์: คุณสมบัติทางแสงและทางไฟฟ้าจะต้องสอดคล้องกันทั่วทั้งล็อตการผลิต ขอใบรับรองคุณภาพระดับล็อต (CoA) และตรวจสอบบันทึกการควบคุมคุณภาพการผลิตเพื่อดูการเปลี่ยนแปลงของข้อกำหนดเมื่อเวลาผ่านไป ความหนาของฟิล์มไม่สอดคล้องกัน ซึ่งเป็นความแปรปรวนในการผลิตที่พบบ่อยที่สุด ส่งผลโดยตรงต่อความสม่ำเสมอของแรงกดในการเคลือบและประสิทธิภาพการมองเห็นในท้องถิ่น
• ความสามารถในการสนับสนุนด้านเทคนิค: พารามิเตอร์การเคลือบ PVB เกรดไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ — โปรไฟล์อุณหภูมิ รอบสุญญากาศ แรงกด — แตกต่างจาก EVA และต้องการการสนับสนุนจากซัพพลายเออร์ในระหว่างคุณสมบัติของกระบวนการ ซัพพลายเออร์ที่มีทีมวิศวกรรมการใช้งานโดยเฉพาะและคำแนะนำกระบวนการเคลือบเอกสารช่วยลดเวลาและต้นทุนในการรับรองสายการผลิต
• ความมั่นคงของห่วงโซ่อุปทาน: อุปทานเรซิน PVB กระจุกตัวอยู่ในผู้ผลิตเพียงไม่กี่รายทั่วโลก ประเมินว่าซัพพลายเออร์สารห่อหุ้มของคุณมีข้อตกลงในการจัดหาเรซินในระยะยาว หรือการบูรณาการแบบย้อนหลังที่ป้องกันการขาดแคลนวัตถุดิบ ซึ่งเป็นความเสี่ยงที่เกิดขึ้นกับซัพพลายเออร์สารห่อหุ้มหลายรายในช่วงปี 2021-2022 ที่ห่วงโซ่อุปทานหยุดชะงัก
• เอกสารความเข้ากันได้: ขอข้อมูลการทดสอบความเข้ากันได้สำหรับประเภทเซลล์เฉพาะของคุณ (PERC โมโนคริสตัลไลน์, TOPCon, HJT หรือฟิล์มบาง), วัสดุแผ่นหลัง และน้ำยาซีลเฟรม ความไม่เข้ากันระหว่างวัสดุห่อหุ้มและวัสดุที่อยู่ติดกันเป็นสาเหตุที่ทราบแต่ไม่ได้รับการบันทึกไว้ในเอกสารของการแยกชั้นของสนามและความล้มเหลวในการกัดกร่อน

PVB เกรดไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ไม่ใช่วัสดุสำหรับสินค้าโภคภัณฑ์ — ช่องว่างด้านประสิทธิภาพระหว่างฟิล์มที่มีสูตรอย่างดีและผลิตสม่ำเสมอและทางเลือกคุณภาพต่ำจะปรากฏให้เห็นหลังจากใช้งานภาคสนามเป็นเวลาหลายปีเท่านั้น ซึ่งการรับประกัน ณ จุดนั้นและต้นทุนด้านชื่อเสียงสามารถเกินกว่าการประหยัดต้นทุนวัสดุเริ่มแรกได้อย่างมาก การรับรองซัพพลายเออร์อย่างละเอียดซึ่งมีพื้นฐานมาจากข้อมูลการทดสอบที่ได้มาตรฐานและการตรวจสอบการผลิต เป็นวิธีที่น่าเชื่อถือที่สุดในการจัดการความเสี่ยงนี้ก่อนจะเข้าสู่ภาคสนาม