光伏技术:太阳能电池背板 防火阻燃特性探讨

发布时间:2017年10月18日

光伏图片1 (1)最近,一则屋顶光伏组件着火的新闻引起社会的广泛关注,一个现实问题摆在大家的面前:安装在屋顶的太阳能电池组件,将作为房屋建筑材料的一部分,是否会存在火灾安全隐患?随着分布式太阳能电站逐步推广将深入居民生活,这个问题也越来越受到大家的关注。
建筑材料的防火设计是预防火灾隐患的根本措施,国内外均有成熟防火设计规范并予以强制执行,这也是消防安全一直强调“安全第一、预防为主”的指导思想。根据IEC61730之《光伏PV组件安全鉴定》之要求,用于屋顶材料或安装在屋顶上的太阳能电池组件,需要进行飞火试验和表面延烧试验,阻燃试验方法参照ANSI/UL790标准执行。据此标准,分布式光伏电站中太阳能组件作为屋顶材料的一部分,其阻燃等级必须达到Class A级要求。
目前绝大多数太阳能电池组件均采用高分子复合材料的绝缘背板,其防火阻燃特性参差不齐,是整个组件的防火薄弱环节,对组件的防火安全显得尤其重要。我们有必要对背板材料的防火阻燃特性做对比了解。
要回答这个问题,我们先弄清楚作为建筑材料的防火阻燃要求。
国际上比较通用的建筑材料防火阻燃等级分类规范,是参照ASTME84(美标)指定的。根据其防火阻燃测试方法试验测得的火焰传播指数值(FSI)值及烟密度将材料分为A、B、C三类:
A类要求:FSI值0-25且烟指数小于450。
B类要求:FSI值26-75且烟指数小于450。
C类要求:FSI值76-200且烟指数小于450。
ASTME84规定指出FSI值越小的材料,火灾危险性越小。高层建筑和楼道,应采用FSI<25的材料,25<FSI<100的材料只能用于防火要求不是很严格的场所,而FSI>100的材料不符合阻燃的要求。
由此可见,分布式电站太阳能电池将作为建筑材料的一部分,其绝缘背板的FSI<25是必须,而原来的IEC61730《光伏PV组件安全鉴定》对背板材料要求FSI<100,显然这样的标准是不够的。
目前太阳能电池组件背板,典型的是“氟膜+PET+氟膜”式的三明治结构。作为外层与空气面接触的含氟薄膜的阻燃特性对背板影响特别关键,选用防火阻燃等级高的氟膜是提高背板防火特性的关键。
含氟薄膜的阻燃特性与其氟含量是有必然关联的。目前市场上主要有两大类氟膜产品用于太阳能背板,分别是PVF和PVDF。PVF树脂理论含氟量为41%; PVDF树脂理论含氟量为59%。很明显PVDF含氟量高于PVF,PVDF的阻燃性能完全优于PVF。PVDF的氧燃烧指数是46,PVF仅为26,氟含量最高的PTFE氧燃烧指数达到95,是工程塑料改性不可货缺的阻燃剂之一。因此选用氟膜复合的背板阻燃性能明显优于不含氟的背板。
目前PVF膜依然美国公司独家垄断,但其阻燃等级只有HB级,阻燃性能明显不如PVDF膜(三层共挤)。近年来以PVDF为主材的氟膜国产化快速发展,从安全及耐候的可靠性来说,PVDF完全可以替代PVF。在组件降本的压力不断向材料供应商转移的大环境下,目前国产化PVDF膜由于制膜工艺和配方的差异,也存在良莠不齐的现象,这也给组件的安全带来隐患。我们可以从UL 官方网站上去去看不同厂家氟膜的黄卡数据,有多家国内外PVDF膜(包括日本、韩国等国外知名品牌)的阻燃等级没有达到VTM-0级,只有HB级。一般来说采用三层共挤成膜的达到VTM-0是没有问题的,而两层或单层的PVDF膜阻燃等级明显下降。我们对市面上采集的不同PVDF膜样品作了氟含量测试,高的有42%,低的仅有23%,有一半左右氟含量低的阻燃等级就不能达到VTM-0级。
C-F键的化学能高是氟材料具有优异物理化学性能的根本原因,材料中的氟含量越高,材料的耐候性能、电性能、耐高温阻燃性能高也越好。因此选用氟含量高的氟膜不仅有利于组件的长寿命运行,更关系到组件安全,防患于未然是千百年来不变的古训。
浙江歌瑞新材料有限公司,研发生产具有自主知识产权的GR-M02氟合金膜,是以PVDF树脂为主材、添加PTFE微粉的氟合金膜专利配方,采用三层共挤的技术,具有优异耐候性,绝缘性、高阻隔性、高耐磨性,通过了CQC领跑者最高等级的耐候认证。不仅长寿,而且更加安全,其在UL黄卡认证阻燃等级为VTM-0级,GP系列背板,在TUV莱茵测试其火焰传播指数值(FSI)为1.9、热指数(TI)达到125℃,完全达到ASTME84标准中的A级材料要求。