CN103063923B - 一种光伏组件封装用eva胶膜的体积电阻率测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏组件封装用EVA胶膜的体积电阻率测试方法，按以下步骤进行：1）制作样品：在EVA胶膜的上、下表面分别设置辅助电极，得到样品；2）测试电阻：通过高绝缘体积电阻率测定仪对样品进行测试，读取测试电阻；3）计算体积电阻率：根据公式1计算出样品中EVA胶膜的体积电阻率的大小；或者是根据公式2计算出样品中EVA胶膜的相对体积电阻率的大小；公式1为：ρ1=RS/L=Rρ密度S2/m；公式2为：ρ2=R/m。本发明所述的测试方法具有测量误差小、测量精确度高和操作简单的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏组件封装用EVA胶膜的体积电阻率测试方法，也可用于其它高体积电阻率材料的体积电阻率测试，属于测量技术领域。
背景技术
近年来，随着光伏行业的快速发展，对光伏组件的质量要求越来越高，测试的项目也是越来越多，如湿漏电、电位诱导衰减（PID）等电学性能也是重点测试项目，而组件中的封装材料EVA也正是影响其电性能的重要因素，因此目前迫切需要一种较准确的测量手段来表征EVA胶膜的体积电阻率大小。
目前，EVA胶膜的电阻主要采用高绝缘体积电阻率测定仪测试，将EVA胶膜层压成厚度均匀的样品（如图1所示），将其放在测定仪的正负电极之间，同时加上保护环进行测试（如图2所示），电化一定时间后，读出EVA的电阻，最后测量EVA的厚度，根据体积电阻率公式ρ＝RS/L(Ω.cm)计算出材料的体积电阻率，其中，S为测量电极面积（cm 2），L为试样厚度（cm），R为体积电阻（Ω）。该测试方法虽然能比较出体积电阻率差异较大的样品，但存在三个问题影响其测试精度：一是EVA为柔性绝缘材料，很难达到非常平整的要求，因此EVA与测试电极接触时难免会存在接触紧密程度不一，并且样品伴随着一定形变，从而EVA胶膜表面与测试电极之间就存在着极高的接触电阻，当接触电阻与EVA自身电阻接近或更大时，这时测试就不能比较出不同样品之间的差异；二是在计算体积电阻率时，需要测量样品的厚度，在制样过程中样品很难保证厚度完全一致，因此在计算过程中会进一步加大测量误差，从而影响EVA胶膜体积电阻率大小的评估；三是由于绝缘材料自身的特性，在测试中材料体内流过的电流会沿电极边缘形成一弯曲轨迹产生“边缘效应”，使得电极区域增大（如图3所示）。为削弱这种影响一般会增加环形电极来削弱该现象，但或多或少还是会存在一定影响。
准确评估出EVA胶膜的体积电阻率大小，可以帮助光伏组件厂家减少实验次数，选用合适的EVA胶膜，也可用于组件生产的过程控制，保证组件的质量稳定。另外对于EVA胶膜生产厂家来说，也有利于他们控制产品质量，因此本发明中的测试方法具有非常现实的作用，有利于光伏行业的进一步发展，同时也可用于其它高体积电阻率材料的体积电阻率测试。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的EVA胶膜的体积电阻率测试方法存在测量误差大、测量精确度低和操作麻烦的问题，提供一种光伏组件封装用EVA胶膜的体积电阻率测试方法，本测试方法采用常规的高绝缘体积电阻率测定仪，要点在于用铝箔、铜片或其它良导体在EVA表面制作辅助电极，减少了EVA表面与测量电极之间存在的极高的接触电阻，同时引入了EVA胶膜单位重量的相对体积电阻率计算方法来评价其相对绝缘性大小，可以有效减少测试误差，准确评估材料的体积电阻率差异，具有测量误差小、测量精确度高和操作简单的特点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种光伏组件封装用EVA胶膜的体积电阻率测试方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
1）制作样品：在EVA胶膜的上、下表面分别设置辅助电极，得到样品；
2）测试电阻：通过高绝缘体积电阻率测定仪对样品进行测试，读取测试电阻；
3）计算体积电阻率：根据公式1计算出样品中EVA胶膜的体积电阻率的大小；或者是根据公式2计算出样品中EVA胶膜的相对体积电阻率的大小；或者是根据公式1计算出样品中EVA胶膜的体积电阻率的大小、根据公式2计算出样品中EVA胶膜的相对体积电阻率的大小；
公式1为：ρ1=RS/L=Rρ密度S2/m，其中，ρ1为样品中EVA胶膜的体积电阻率，R为样品的测试电阻，S为样品的表面积，L为样品中EVA胶膜的厚度，ρ密度为EVA固化后的密度，m为样品中EVA胶膜的质量；
公式2为：ρ2=R/m，其中，ρ2为样品中EVA胶膜的相对体积电阻率，R为样品的测试电阻，m为样品中EVA胶膜的质量。
实现本发明的目的还可以通过采取如下技术方案达到：
优选的，在步骤1）中，所述辅助电极为铝箔、锡片、铜箔、铁片或银箔等具有良导电率的材料。其中辅助电极的厚度不影响电阻测试，厚度控制在0.2±0.02mm具有一定的硬度不易变形，有利于制样，而过厚会造成不必要的浪费，也可根据实际情况进行适当调节。
优选的，在步骤1）中，样品的制作方法为：将辅助电极、EVA胶膜、辅助电极按自上而下的顺序叠好，放入层压机中，并在四周放置控制厚度的模框，在设定的层压条件下层压、冷却、修边，制得测试样品，要求样品厚度均匀，无气泡。其中EVA胶膜的厚度并不影响测试，厚度统一控制在2.0±0.2mm较好，有利于制得厚度均匀的样品，也可根据实际情况适当调节。
优选的，层压条件为：层压温度140℃，抽气6min，加压1min，保压15min。
优选的，在步骤1）中，所述的辅助电极完全覆盖在EVA胶膜的表面。样品表面积不影响测试，面积可控制在25 cm2较利于制样及测试，也便于产品测试结果比较，也可根据实际情况适当调节。
优选的，当步骤1）所述样品制备完成后，将样品贮存在温度为23±2℃的带有干燥剂的器皿中调节24h，然后再进行步骤2）的测试电阻操作。
优选的，在步骤2）中，测试电阻的方法为：将样品放在高绝缘体积电阻率测定仪的正负电极之间，在100V、电化时间120S的测试条件下进行测试，最后读取测试电阻。
优选的，当采用公式1计算样品中EVA胶膜的体积电阻率时，需要先分别测量出样品的表面积S和样品中EVA胶膜的厚度L。
优选的，当采用公式2计算样品中EVA胶膜的相对体积电阻率时，需要先在样品制作前称得辅助电极的重量，当样品制作完成后称得样品总重量，将样品总重量减去辅助电极的重量即可得到EVA胶膜的质量m。
本发明的有益效果在于：
1、本发明结合EVA胶膜粘接力好的特点，将具有良导电率的辅助电极通过层压紧密粘附在EVA表面，从而大大降低了材料表面与测量电极之间的接触电阻，电极区域完全由辅助电极的面积来决定，完全消除了“电边缘效应”，且无需使用环形保护电极，进一步提高了测试精度。
2、本发明引入了相对体积电阻率的计算方式，采用相对体积电阻率计算公式评估EVA胶膜体积电阻率时，不需要测试胶膜的厚度，只需在样品层压前称得辅助电极的质量，样品层压完成后扣除辅助电极的质量即可得到EVA胶膜的质量，能更加简单准确的评估出EVA胶膜的相对体积电阻率大小。
3、本发明中所涉及到的体积电阻率测试方法由于消除了EVA表面与测试电极之间的接触电阻，并且消除了测试时的电流边缘效应，因此其测试的体积电阻率会更加准确，更加接近实际组件的湿绝缘电阻的变化规律，能够更加准确的评估不同EVA胶膜的体积电阻率差异以及其对组件电学性能的影响。而采用相对体积电阻率的计算方式，与体积电阻率计算出的结果反应出的规律相近，由于其计算过程更加简单，有利于企业产品的过程控制。
综上所述，本发明中的体积电阻率测试方式更加科学、简便，有利于光伏企业的技术进步以及产品质量控制，能够促进光伏行业的进一步发展。
附图说明
图1为现有技术中的EVA胶膜的结构示意图。
图2为现有技术中EVA胶膜体积电阻率测试的电极连接示意图。
图3为现有技术所述体积电阻测试中的“电边缘效应”示意图。
图4为本发明所述带辅助电极的EVA胶膜的制样结构示意图。
图5为本发明所述带辅助电极的EVA胶膜体积电阻率测试的电极连接示意图。
图6为本发明的实施例2-7的测试结果相对实施例1的测试结果的倍率关系图。
在图1-图5中，1为EVA胶膜，2为辅助电极，3为正负电极，4为保护环。
在图6中，a为采用常规方法测试的体积电阻率，b为湿绝缘电阻，c为采用辅助电极的体积电阻率，d为采用辅助电极的相对体积电阻率。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
实施例1:
一、本发明所述的光伏组件封装用EVA胶膜的体积电阻率测试方法，按以下步骤进行：
1、制作样品：
1-1、采用广州鹿山新材料股份有限公司生产的EVA胶膜G102-1厚度0.5mm，将EVA胶膜用美工刀裁成5cm×5cm的大小5块样品。采用0.2±0.02mm厚铝箔制作为5×5cm的辅助电极(25cm2)。
1-2、将辅助电极2、EVA胶膜1、辅助电极2按自上而下的顺序叠好，放入层压机中，并在四周放置控制厚度的模框，在层压温度140℃，抽气6min，加压1min，保压15min的工艺条件下进行层压、冷却、修边，制得测试样品（如图4所述），要求样品厚度均匀，无气泡。将样品贮存在温度为23±2℃的带有干燥剂的器皿中调节24h。
2）测试电阻：采用高绝缘体积电阻率测定仪对样品进行测试，按照附图5所示的电极连接方式，将样品放置于测定仪的正负电极3之间，按100V、电化时间120S的测试条件测试电阻，读取测试电阻为：2.64×1010（Ω）。
3）计算体积电阻率：
3-1、根据公式1计算出样品中EVA胶膜的体积电阻率为1.32×1013(Ω.cm)；公式1为：ρ1=RS/L，其中，ρ1为样品中EVA胶膜的体积电阻率，样品的测试电阻R为2.64×1010，样品的表面积S为25cm2，L为样品中EVA胶膜的厚度L为0.5mm。
3-2、根据公式2计算出样品中EVA胶膜的相对体积电阻率为2.13×1010（Ω/g）；公式2为：ρ2=R/m，其中，ρ2为样品中EVA胶膜的相对体积电阻率，R为样品的测试电阻2.64×1010，m为样品中EVA胶膜的质量1.24g。
二、湿绝缘电阻测试：
将上述EVA胶膜，用于正常组件的生产，制备出规格为1580mm×808mm×45mm的光伏组件5块，参照IEC61215标准进行湿漏电测试，测试出组件的湿绝缘电阻为74（MΩ），结果见表1。
湿绝缘电阻测试是为评价组件在潮湿工作条件下的绝缘性能，验证雨、雾、露水或溶雪的湿气不能进入组件内部电路的工作部分，如果湿气进入在该处可能会引起腐蚀、漏电、功率衰减或安全事故，组件该性能与EVA有较大的关系，测试结果越高可以表明组件具有更高的耐湿渗透能力，具有更长的使用寿命。通常该项测试参照IEC61215，在装有指定标准溶液的浅槽或容器中进行测试。
三、采用常规方法测试的体积电阻率：
采用上述的EVA胶膜，厚度0.5mm。将EVA胶膜1用美工刀裁成5cm×5cm的大小，在层压温度140℃，抽气6min，加压1min，保压15min的工艺条件下层压，制得厚度均匀的5块样品（如附图1所示），采用高绝缘体积电阻率测定仪，按照附图2所示的电极连接方式，将样品1放置于测定仪的正负电极3之间，同时加上保护环4进行测试，按100V、电化时间120S的测试条件测试出电阻，最后根据体积电阻率计算公式ρ1=RS/L计算出体积电阻率为1.27×1014，结果见表1。
实施例2:
采用广州鹿山新材料股份有限公司生产的EVA胶膜G103-1，厚度0.5mm。按照实施例1的相同制样方式和工艺，分别测试出采用辅助电极的体积电阻率、采用辅助电极的相对体积电阻率和湿绝缘电阻，结果见表1。
采用上述EVA胶膜，厚度0.5mm。按照实施例1的相同制样方式和工艺，测试出采用常规方法测试的体积电阻率，结果见表1。
实施例3:
采用广州鹿山新材料股份有限公司生产的EVA胶膜G104-1，厚度0.5mm。按照实施例1的相同制样方式和工艺，分别测试出采用辅助电极的体积电阻率、采用辅助电极的相对体积电阻率和湿绝缘电阻，结果见表1。
采用上述EVA胶膜，厚度0.5mm。按照实施例1的相同制样方式和工艺，测试出采用常规方法测试的体积电阻率，结果见表1。
实施例4:
采用DOW生产的聚烯烃胶膜ENLIGHT，厚度0.5mm。按照实施例1的相同制样方式和工艺，分别测试出采用辅助电极的体积电阻率、采用辅助电极的相对体积电阻率和湿绝缘电阻，结果见表1。
采用上述聚烯烃胶膜，厚度0.5mm。按照实施例1的相同制样方式和工艺，测试出采用常规方法测试的体积电阻率，结果见表1。
实施例5:
采用可乐丽公司生产的PVB胶膜TROSIFOL,厚度0.5mm。按照实施例1的相同制样方式和工艺，分别测试出采用辅助电极的体积电阻率、采用辅助电极的相对体积电阻率、湿绝缘电阻，结果见表1。
采用上述PVB胶膜，厚度0.5mm。按照实施例1的相同制样方式和工艺，测试出采用常规方法测试的体积电阻率，结果见表1。
实施例6:
采用杜邦公司生产的离子聚合物胶膜PV5400，厚度0.5mm。按照实施例1的相同制样方式和工艺，分别测试出采用辅助电极的体积电阻率、采用辅助电极的相对体积电阻率、湿绝缘电阻，结果见表1。
采用上述离子聚合物胶膜，厚度0.5mm。按照实施例1的相同制样方式和工艺，测试出采用常规方法测试的体积电阻率，结果见表1。
实施例7:
采用广州鹿山新材料股份有限公司生产的EVA胶膜EV1050G1，厚度0.5mm。按照实施例1的相同制样方式和工艺，分别测试出采用辅助电极的体积电阻率、采用辅助电极的相对体积电阻率、湿绝缘电阻，结果见表1。
采用广州鹿山新材料股份有限公司生产的EVA胶膜EV1050G1，厚度0.5mm。按照实施例1的相同制样方式和工艺，测试出采用常规方法测试的体积电阻率，结果见表1。
实施例8:
采用实施例4中的EVA胶膜，将0.2±0.02mm厚铜箔制作为5×5cm的辅助电极(25cm2)，按照附图4所示的制样结构，在层压温度140℃，抽气6min，加压1min，保压15min的工艺条件下层压、冷却、修边，制得厚度均匀的5块样品，采用高绝缘体积电阻率测定仪按照附图5所示的电极连接方式，按100V、电化时间120S的测试条件测试出电阻，最后根据本发明中涉及到的公式1计算出体积电阻率，根据公式2计算出相对体积电阻率大小，结果见表1。
实施例9:
采用实施例4中的EVA胶膜，将0.2±0.02mm厚铁片制作为5×5cm的辅助电极(25cm2)，按照附图4所示的的制样结构，在层压温度140℃，抽气6min，加压1min，保压15min的工艺条件下层压、冷却、修边，制得厚度均匀的5块样品，采用高绝缘体积电阻率测定仪按照附图5所示的电极连接方式，按100V、电化时间120S的测试条件测试出电阻，最后根据本发明中涉及到的公式1计算出体积电阻率，根据公式2计算出相对体积电阻率大小，结果见表1。
表1 各实施例的测试结果对比表
为了便于分析表1中不同材料的测试结果，将实施例1-7中的数据以相对结果来表示，即以实施1的结果为基准，计算其它实施例测试结果相对实施例1测试结果的倍率关系，得到结果如图6所示。从图6可以看到，常规方法测试不同样品的体积电阻率差别相对较小，较难准确对比他们的结果，与组件的湿绝缘电阻结果也相差甚远。采用辅助电极测试的体积电阻率差别较大，最大超过60倍，可以明显区分出不同样品体积电阻率的差异，同时与组件的湿绝缘值的大小变化规律更为接近。另外，采用辅助电极的体积电阻率和相对体积电阻率的计算方式的结果基本一致，也可表明用相对值来表征材料体积电阻率的大小是准确的。
对比实施例7、8、9的测试结果，发现其体积电阻率和相对体积电阻率测试结果相差并不是特别大，表明采用不同良导体的辅助电极不会影响测试结果。
本发明中所涉及到的体积电阻率测试方法由于消除了EVA表面与测试电极之间的接触电阻，并且消除了测试时的电流边缘效应，因此其测试的体积电阻率会更加准确，更加接近实际组件的湿绝缘电阻的变化规律，能够更加准确的评估不同EVA胶膜的体积电阻率差异以及其对组件电学性能的影响。而采用相对体积电阻率的计算方式，与体积电阻率计算出的结果反应出的规律相近，由于其计算过程更加简单，有利于企业产品的过程控制。综上所述，本发明中的体积电阻率测试方式更加科学、简便，有利于光伏企业的技术进步以及产品质量控制，能够促进光伏行业的进一步发展。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种光伏组件封装用EVA胶膜的相对体积电阻率测试方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
1）制作样品：在EVA胶膜的上、下表面分别设置辅助电极，得到样品；样品的制作方法为：将辅助电极、EVA胶膜、辅助电极按自上而下的顺序叠好，放入层压机中，并在四周放置控制厚度的模框，在设定的层压条件下层压、冷却、修边，制得样品；
2）测试电阻：通过高绝缘体积电阻率测定仪对样品进行测试，读取测试电阻；
3）计算相对体积电阻率：根据公式2计算出样品中EVA胶膜的相对体积电阻率的大小；
公式2为：ρ
2
=R/m，其中，ρ
2
为样品中EVA胶膜的相对体积电阻率，R为样品的测试电阻，m为样品中EVA胶膜的质量。
2.根据权利要求1所述的一种光伏组件封装用EVA胶膜的相对体积电阻率测试方法，其特征在于：在步骤1）中，所述辅助电极为铝箔、锡片、铜箔、铁片或银箔。
3.根据权利要求1所述的一种光伏组件封装用EVA胶膜的相对体积电阻率测试方法，其特征在于：层压条件为：层压温度140℃，抽气6min，加压1min，保压15min。
4.根据权利要求1所述的一种光伏组件封装用EVA胶膜的相对体积电阻率测试方法，其特征在于：在步骤1）中，所述的辅助电极完全覆盖在EVA胶膜的表面。
5.根据权利要求1所述的一种光伏组件封装用EVA胶膜的相对体积电阻率测试方法，其特征在于：当步骤1）所述样品制备完成后，将样品贮存在温度为23±2℃的带有干燥剂的器皿中调节24h，然后再进行步骤2）的测试电阻操作。
6.根据权利要求1所述的一种光伏组件封装用EVA胶膜的相对体积电阻率测试方法，其特征在于：在步骤2）中，测试电阻的方法为：将样品放在高绝缘体积电阻率测定仪的正负电极之间，在100V、电化时间120S的测试条件下进行测试，最后读取测试电阻。
7.根据权利要求1所述的一种光伏组件封装用EVA胶膜的相对体积电阻率测试方法，其特征在于：当采用公式2计算样品中EVA胶膜的相对体积电阻率时，需要先在样品制作前称得辅助电极的重量，当样品制作完成后称得样品总重量，将样品总重量减去辅助电极的重量即可得到EVA胶膜的质量m。
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