CN105115876B - 光伏背板氯离子透过性测试方法及装置 - Google Patents
光伏背板氯离子透过性测试方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了光伏背板氯离子透过性测试方法及装置，装置包括渗透池、透过池、一支电导电极、两片石墨电极以及一台电导率仪，渗透池内盛装有高浓度氯化钠溶液，透过池内盛装有低浓度氯化钠溶液，渗透池和透过池内均设置有搅拌器，渗透池与透过池之间通过横向设置的连接筒相连接，待测的光伏背板竖向插装在连接筒中间，将连接筒隔成相隔绝的左右两部分，相隔绝的左右两部分分别与渗透池和透过池相连通，电导电极位于透过池内，并且靠近光伏背板，电导率仪与电导电极相连接，两片石墨电极分别位于渗透池与透过池内，两片石墨电极均与稳压电源相连接。该装置结构简单，能够快速测试光伏背板的氯离子透过性能。本发明同时公开了测试方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于光伏背板性能的测试方法及设备，具体是指光伏背板氯离子透过性测试方法及装置。
背景技术
众所周知，光伏组件设计使用寿命要求25年以上，因此，对构成组件的配套材料也提出了相应的工作寿命要求。背板作为光伏组件中仅次于电池片的关键材料，位于组件的最外层，对光伏组件起到保护和支撑作用。水蒸汽透过率是衡量光伏背板性能的重要指标。如果背板水蒸汽的透过率较大，对水蒸气的阻隔性不良，则大气中的湿气会透过背板进入到光伏组件内，引起封装胶膜(EVA)的水解，电池片氧化和电池片表面的栅线以及银浆的腐蚀，最终影响光伏组件的发电效率。
目前，行业内普遍关注光伏背板的水汽透过率，对于在海边、海岛应用的光伏组件所处的海洋大气环境中广泛存在的氯离子对光伏组件发电效率衰减的影响甚少关注。单从粒子半径来看，水分子的半径与氯离子的半径大体相当，均在0.2纳米左右，且氯离子为极性粒子，在电场作用下更容易迁移至组件内部，造成组件内栅线或者银浆的腐蚀。尤其是在我国湿热带沿海使用的光伏组件，由于大气中氯离子和水汽的综合作用，对组件发电效率的影响将更为严重。
为了试验研究光伏组件背板材料老化前后氯离子透过性的变化情况，申请人特提出本方法及测试装置。
发明内容
本发明的目的之一在于提供光伏背板氯离子透过性测试装置，该装置结构简单，能够快速测试光伏背板的氯离子透过性能。
本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：光伏背板氯离子透过性测试装置，其特征在于：所述测试装置包括渗透池、透过池、一支电导电极、两片石墨电极以及一台电导率仪，所述渗透池内盛装有高浓度氯化钠溶液，所述透过池内盛装有低浓度氯化钠溶液，所述的渗透池和透过池内均设置有搅拌器，所述渗透池与透过池之间通过横向设置的连接筒相连接，待测的光伏背板竖向插装在连接筒中间，将连接筒隔成相隔绝的左右两部分，相隔绝的左右两部分分别与所述的渗透池和透过池相连通，所述的电导电极位于所述透过池内，并且靠近光伏背板，所述的电导率仪与所述电导电极相连接，用来监测透过池内氯离子透过后引起的溶液电导率变化，所述的两片石墨电极分别位于渗透池与透过池内，并且均位于池内远离光伏背板的一侧，两片石墨电极均与稳压电源相连接，通过稳压电源施以稳定的电场。
本发明中，所述的连接筒为密封垫圈，密封垫圈的左右两侧分别粘接在所述的渗透池和透过池上，所述渗透池和透过池之间还通过横向设置的紧固螺栓相连接，紧固螺栓配合密封垫圈以保证渗透池和透过池内的溶液不渗漏。
本发明中，所述高浓度氯化钠溶液的推荐浓度为10～50g/L，所述低浓度氯化钠溶液的推荐浓度为0.1～0.5mg/L。
本发明中，所述渗透池与透过池均具有顶盖，顶盖上均开设有补液口，通过补液口能够向池中补加氯化钠溶液或去离子水，补充测试过程中的溶液损失。
本发明的测试装置包括盛放氯化钠水溶液的渗透池和透过池，两侧为连通结构，中间由光伏背板隔开，渗透池上粘接有密封垫圈。渗透池和透过池用四根螺栓连接紧固，配合密封垫圈保证测试过程中溶液不渗漏。
本发明的目的之二在于提供光伏背板氯离子透过性测试方法，该测试方法操作简单，易于实施，且能够快速测试光伏背板的氯离子透过性能。
本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：采用上述光伏背板氯离子透过性测试装置进行的测试方法，其特征在于，该测试方法包括如下步骤：
(1)安装好所述测试装置中的各部件，将已安装好待测光伏背板的渗透池置于恒温水浴中，调节恒温水浴温度至测试温度，稳定30分钟，使渗透池中的溶液温度升温至测试温度；
(2)开启渗透池与透过池的搅拌器，保持两侧溶液浓度均匀；
(3)打开稳压电源开关，调节电压至测试电压，然后进行测试；
(4)测试过程中，首先用电导率仪记录透过池溶液的初始电导率，然后用电导率仪连续记录透过池溶液的电导率随时间的变化情况，透过池的溶液电导率需连续测量、记录20h以上，绘制电导率和时间的关系曲线，如图6所示，待透过池溶液t1时刻的电导率与t0时刻的电导率之差与t0时刻的电导率之比小于5％，即：
式中，
σ0——t0时刻透过池中溶液的电导率，单位为微西门子每厘米，μs/cm；
σ1——t1时刻透过池中溶液的电导率，单位为微西门子每厘米，μs/cm；
则认为透过池内的溶液电导率稳定，此时采用离子色谱法对透过池溶液在稳定后的t1时刻和t2时刻的氯离子浓度进行分析，并以标准曲线法计算氯离子的含量，得到t1、t2时刻氯离子的含量分别为C1、C2，依据公式(2)即可获得光伏背板的氯离子透过率，
式中，
CITR——光伏背板的氯离子透过率，单位为克每平方米每24小时，g/m2·24h；
C1——透过池电导率稳定后t1时刻的氯离子质量浓度，单位为克每升，g/L；
C2——透过池电导率稳定后t2时刻的氯离子质量浓度，单位为克每升，g/L；
V——透过池液体总体积，单位为升，L；
S——光伏背板的测试面积，单位为平方米，m2；
t1——测试时间，单位为秒，s；
t2——测试时间，单位为秒，s。
(5)若透过池溶液电导率有变化，待透过池溶液电导率变化稳定后3小时停止试验。若测试过程中透过池溶液电导率始终无变化，则20小时后终止试验，背板氯离子透过性记录为不渗透，或者透过率记录为0。
本发明中，所述步骤(2)中，搅拌器的搅拌速率为200～300r/min。
本发明中，所述步骤(3)中的测试电压为0～40V。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)在光伏背板的渗透性测试要求中，仅仅涉及水蒸气透过性测试和氧气透过性测试，尚未有针对氯离子透过性测试的方法和设备。随着光伏发电应用的日益广泛，在海边、海岛等海洋大气环境下使用的组件，氯离子对其寿命的影响不可忽视。本发明中研制的装置和方法能够简单快速地测试光伏背板的氯离子透过行为。
(2)本发明设计的方法和装置，通过石墨电极和稳压电源在渗透池中施加了电场，更真实地模拟了光伏组件发电过程中背板所处的状态。
(3)光伏组件在不同季节、不同地区使用时，组件表面温度会不同，组件在白天发电和夜晚不发电过程中表面温度也会有较大变化。本发明设计的方法和装置，通过恒温水浴可以让渗透池在测试过程中保持不同的温度，也可以通过调节恒温水浴的温度，改变渗透池中溶液的温度，更好地模拟光伏组件使用过程中背板的状态。
(4)本发明用来测试的背板可以是未经老化的，也可以是老化之后的背板材料，测试结果可以直接对比背板老化前后，氯离子透过性能的差异，也可以通过氯离子透过性能反映背板的耐老化性能。
(5)相比于现有的水蒸气透过性测试方法和氧气透过性测试方法，本发明涉及的装置更为简单、操作方便、价格便宜。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明光伏背板氯离子透过性测试装置；
图2为本发明光伏背板氯离子透过性测试装置中渗透池的俯视图；
图3为本发明光伏背板氯离子透过性测试装置中渗透池的右视图；
图4为本发明光伏背板氯离子透过性测试装置中渗透池盖板的结构图；
图5为本发明光伏背板氯离子透过性测试装置中透过池盖板的结构图；
图6为利用本发明测试装置测得的透过侧氯离子浓度和时间的关系示意图例。
附图标记说明
1、渗透池；2、透过池；3、密封垫圈；4、光伏背板；5、搅拌器；
6、电导电极；7、石墨电极；8、稳压电源；9、电导率仪；10、紧固螺栓孔；
11、渗透池盖板；12、透过池盖板。
具体实施方式
如图1至图5所示的光伏背板氯离子透过性测试装置，该测试装置包括渗透池1、透过池2、一支电导电极6、两片石墨电极7以及一台电导率仪9，渗透池1与透过池2均具有顶盖，其中，渗透池1具有的顶盖为渗透池盖板11，透过池2具有的顶盖为透过池盖板12，渗透池1与透过池2的顶盖上均开设有补液口，通过补液口能够向池中补加氯化钠溶液或去离子水，补充测试过程中的溶液损失，渗透池1内盛装有浓度为30g/L的高浓度氯化钠溶液，透过池2内盛装有浓度为0.1mg/L的低浓度氯化钠溶液，渗透池1和透过池2内均设置有搅拌器5，搅拌器5的顶端穿过顶盖后伸出。
渗透池1与透过池2之间通过横向设置的连接筒相连接，待测的光伏背板4竖向插装在连接筒中间，将连接筒隔成相隔绝的左右两部分，相隔绝的左右两部分分别与渗透池1和透过池2相连通，光伏背板4固定时保证其空气面(air面)朝向渗透池1，电导电极6位于透过池2内，并且靠近光伏背板4，电导率仪9与电导电极6相连接，用来监测透过池2内氯离子透过后引起的溶液电导率变化，两片石墨电极7分别位于渗透池1与透过池2内，并且均位于池内远离光伏背板4的一侧，两片石墨电极7均与稳压电源8相连接，通过稳压电源8施以稳定的电场。
本实施例中，连接渗透池1和透过池2的连接筒为密封垫圈3，密封垫圈3的左右两侧分别粘接在渗透池1和透过池2上，渗透池1和透过池2之间还通过横向设置的四根紧固螺栓相连接，四根紧固螺栓分别位于四个边角处，紧固螺栓穿过紧固螺栓孔，配合密封垫圈3以保证渗透池1和透过池2内的溶液不渗漏。连接筒也可以采用其它弹性材料制成，保证光伏背板4的安装定位，同时又能够保证渗透池1和透过池2内的溶液不渗漏。
本实施例的整个测试装置均可以置于不同温度的恒温水浴中，用以测试不同温度下氯离子的透过效果。
作为本实施例的变换，高浓度氯化钠溶液的浓度也可以在10～50g/L范围内取值，低浓度氯化钠溶液的浓度也可以在0.1～0.5mg/L范围内取值。
本实施例同时公开了采用上述光伏背板氯离子透过性测试装置进行的测试方法，该测试方法包括如下步骤：
(1)安装好测试装置中的各部件，将1800毫升、30g/L的氯化钠水溶液加入渗透池1内，将1800毫升、0.1mg/L的氯化钠水溶液加入透过池2内，将已安装好待测光伏背板4的渗透池1置于恒温水浴中，调节恒温水浴温度至测试温度，稳定30分钟，使渗透池1中的溶液温度升温至测试温度，稳定在25±1℃的测试温度；
(2)开启渗透池1与透过池2的搅拌器5，搅拌器5的搅拌速率为250r/min，保持两侧溶液浓度均匀；
(3)打开稳压电源8开关，调节电压至30V的测试电压，然后进行测试；
(4)测试过程中，首先用电导率仪9记录透过池2溶液的初始电导率为18.3us/cm，连续记录透过池2溶液的电导率随时间的变化情况；直至透过池2溶液在t0＝10h左右电导率值趋于稳定，电导率值为4750us/cm；此后每半小时用离子色谱法对透过侧溶液的氯离子浓度进行测量，得到C1＝0.105mg/L，C2＝0.108mg/L。
依据公式(2)计算得光伏背板4的氯离子透过率，
本实施例中，背板样品测试面积为0.005m2，透过池液体总体积V为1.8L，两次的测试时间间隔为半小时，即t2-t1＝1800s，C2-C1＝0.003mg/L，将数据带入公式(2)计算得到光伏背板的氯离子透过率CITR为0.09g/m2·24h。
作为本实施例的变换，搅拌器5的搅拌速率也可以在200～300r/min范围内取值。
作为本实施例的变换，测试电压也可以在0～40V范围内取值。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.光伏背板氯离子透过性测试方法，其特征在于，该测试方法包括如下步骤：
(1)采用如下的测试装置进行测试，该测试装置包括渗透池、透过池、一支电导电极、两片石墨电极以及一台电导率仪，所述渗透池内盛装有高浓度氯化钠溶液，所述透过池内盛装有低浓度氯化钠溶液，所述的渗透池和透过池内均设置有搅拌器，所述渗透池与透过池之间通过横向设置的连接筒相连接，待测的光伏背板竖向插装在连接筒中间，将连接筒隔成相隔绝的左右两部分，相隔绝的左右两部分分别与所述的渗透池和透过池相连通，所述的电导电极位于所述透过池内，并且靠近光伏背板，所述的电导率仪与所述电导电极相连接，用来监测透过池内氯离子透过后引起的溶液电导率变化，所述的两片石墨电极分别位于渗透池与透过池内，并且均位于池内远离光伏背板的一侧，两片石墨电极均与稳压电源相连接，通过稳压电源施以稳定的电场；
安装好所述测试装置中的各部件，将已安装好待测光伏背板的渗透池置于恒温水浴中，调节恒温水浴温度至测试温度，稳定30分钟，使渗透池中的溶液温度升温至测试温度；
(2)开启渗透池与透过池的搅拌器，保持两侧溶液浓度均匀；
(3)打开稳压电源开关，调节电压至测试电压，然后进行测试；
(4)测试过程中，首先用电导率仪记录透过池溶液的初始电导率，然后用电导率仪连续记录透过池溶液的电导率随时间的变化情况，透过池的溶液电导率需连续测量、记录20h以上，绘制电导率和时间的关系曲线，待透过池溶液t1时刻的电导率与t0时刻的电导率之差与t0时刻的电导率之比小于5％，即：
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式中，
σ0——t0时刻透过池中溶液的电导率，单位为微西门子每厘米，μs/cm；
σ1——t1时刻透过池中溶液的电导率，单位为微西门子每厘米，μs/cm；
则认为透过池内的溶液电导率稳定，此时采用离子色谱法对透过池溶液在稳定后的t1时刻和t2时刻的氯离子浓度进行分析，并以标准曲线法计算氯离子的含量，得到t1、t2时刻氯离子的含量分别为C1、C2，依据公式(2)即可获得光伏背板的氯离子透过率，
<mrow>
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</mrow>
式中，
CITR——光伏背板的氯离子透过率，单位为克每平方米每24小时，g/m2·24h；
C1——透过池电导率稳定后t1时刻的氯离子质量浓度，单位为克每升，g/L；
C2——透过池电导率稳定后t2时刻的氯离子质量浓度，单位为克每升，g/L；
V——透过池液体总体积，单位为升，L；
S——光伏背板的测试面积，单位为平方米，m2；
t1——测试时间，单位为秒，s；
t2——测试时间，单位为秒，s。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：所述步骤(2)中，搅拌器的搅拌速率为200～300r/min。
3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：所述步骤(3)中的测试电压为0～40V。
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