太陽光発電グレードの PVB 中間膜とは何ですか? なぜ重要ですか?

太陽光発電グレードの PVB 中間膜とは何ですか?また建築用 PVB との違いは何ですか?

ポリビニルブチラール (PVB) 中間膜は、数十年にわたり合わせ安全ガラスに使用されており、最も有名なのは自動車のフロントガラスや建築用ガラスです。これらの用途における PVB の主な機能は、破損後にガラスの破片を保持し、衝撃エネルギーを吸収し、音響減衰を提供することです。太陽光発電グレードの PVB 中間層フィルムは、根本的に異なる、より要求の厳しい目的を果たします。太陽電池をモジュール内に封入して保護すると同時に、可能な限り最大限の量の太陽光をアクティブなセル表面に伝達し、数十年の屋外暴露にわたって光学的透明性を維持し、現場に設置された太陽電池モジュールが経験する温度、湿度、および UV 負荷の全範囲にわたってセル回路の電気的完全性を維持する必要があります。

標準的な建築用 PVB は機械的性能を考慮して配合されており、光透過性、継続的な太陽光照射下での長期 UV 安定性、または太陽光発電モジュール構造の特定の接着性と耐湿性要件に関しては最適化されていません。太陽光発電グレードの PVB は、25 ～ 30 年の予測モジュール寿命にわたって IEC 61215 および IEC 61730 モジュール認定規格の性能要件を満たすように選択された、UV 安定剤、特殊可塑剤、接着促進剤、および酸化防止剤パッケージを含む慎重に設計された配合を備えた独特の製品カテゴリです。これら 2 つの材料カテゴリを交換可能なものとして扱うことは、モジュール設計においてよくある、コストのかかる間違いです。

PVB中間膜は太陽電池モジュール構造においてどのような役割を果たしますか?

標準的なガラス-ガラスまたはガラス-バックシート太陽光発電モジュールは、太陽電池が封止材料で完全に囲まれた積層アセンブリです。封止材は、モジュールの性能、信頼性、寿命にとって重要な複数の機能を同時に果たします。封止材として PVB を使用するモジュールでは、フィルムがセルストリングの上下両方 (前面ガラスとセルの間、およびセルと背面ガラスまたはバックシートの間) に配置され、電気回路の周囲に連続した密閉環境が形成されます。

ラミネートプロセス中、PVB フィルムはラミネーター内で真空圧力下で加熱され、軟化し、セル形状の周囲に流れ、ガラス表面とセル表面の両方に接着します。冷却すると、フィルムは強靭で透明な粘弾性マトリックスに固化し、セルを機械的にサポートし、セル回路をガラスとフレームから電気的に絶縁し、ガラスとシリコン間の熱膨張差を緩衝し、セルの金属化の腐食、封止材の層間剥離、そして最終的にはモジュールの電気的劣化を引き起こす湿気の侵入に対するバリアを形成します。 PVB フィルムの品質と仕様は、モジュールの耐用年数にわたってこれらの各機能がどの程度うまく機能するかに直接影響します。

太陽光発電グレードの PVB フィルムの主な性能特性は何ですか?

のパフォーマンス 太陽光発電グレードのPVB中間膜 モジュールのカプセル化への適合性を集合的に決定する一連のプロパティによって特徴付けられます。各特性には、責任ある製造業者が公表する測定可能な仕様があり、モジュール製造業者は入荷した品質管理と定期的な認定テストを通じて検証する必要があります。

光透過率

太陽電池が電気に変換する波長範囲（結晶シリコンの場合は約 300 ～ 1200 nm）での高い光透過率は、封止材層内の寄生光損失を回避するために不可欠です。太陽光発電グレードの PVB フィルムは通常、加速老化前に合わせガラスサンプルで測定した場合、可視スペクトル全体で 90% を超える初期透過率値を達成します。ただし、初期の透過率は、長時間の UV 暴露と熱サイクル後の透過率の保持ほど重要ではありません。フィルムの透過率は 92% で始まりますが、5 年間の野外暴露後には 80% に黄変し、測定可能な永久的な出力損失が発生します。高品質の PV PVB 配合物には、連続太陽光照射下でのポリマーマトリックスでの発色団の形成を防ぐために特別に選択されたヒンダードアミン光安定剤 (HALS) と紫外線吸収剤が組み込まれています。

水蒸気透過率

水蒸気の侵入は、長期にわたるモジュール劣化の主なメカニズムの 1 つです。湿気は太陽電池の銀およびアルミニウムのメタライゼーションの腐食を引き起こし、封止材とガラスおよび封止材とセルの界面での剥離を促進し、高いシステム電圧で動作するモジュールの電位誘起劣化 (PID) を加速します。 PVB は、業界で最も広く使用されている代替封止材である エヴァ よりも本質的に高い水蒸気透過率 (MVTR) を持っています。これは、二重ガラス層がポリマー バックシートと比較して効果的な水分侵入経路を劇的に減少させるため、PVB を使用する場合にはガラス-ガラス モジュール構造が強く推奨されることを意味します。ガラス-ガラス PVB モジュールの場合、エッジ シールを通って浸透する湿気が制限要因となるため、フィルム自体の耐湿性を補完するには、適切なエッジ シールの設計が不可欠です。

ガラスおよび細胞表面への接着強度

PVB フィルムと前面ガラス、背面ガラス、およびセル表面の間の接着は、寒冷地設置の -40°C 未満から砂漠環境の 85°C 以上まで、フィールド配備モジュールが経験する全温度範囲にわたって強力かつ安定した状態を維持する必要があります。モジュールラミネート内の目に見える気泡や白い斑点として現れる層間剥離は、美観的に容認できないだけでなく、実際的にも有害です。なぜなら、層間剥離した領域は水分バリア機能を失い、セル出力を低下させる光散乱を引き起こすからです。太陽光発電グレードの PVB フィルムは接着促進添加剤を配合しており、制御された接着レベルで入手可能です。このパラメーターは、強力な構造結合と一部のモジュール設計で必要とされる制御された剥離動作の間のバランスを調整することができます。

体積抵抗率と電気絶縁性

封止材は、セル回路からモジュールのフレームおよび取り付け構造への漏れ電流を防ぐために、耐用年数を通じて高い電気抵抗率を維持する必要があります。比抵抗の損失（吸湿量が多い場合やポリマーの劣化時に発生する可能性があります）は、漏れ電流を増加させ、高電圧システムの PID を悪化させ、湿った状態では安全上の問題を引き起こします。高品質の太陽光発電グレードの PVB は、湿潤条件下で 10¹3 Ω・cm 以上の体積抵抗率を維持します。この仕様は、IEC 61215 プロトコルに従って、85°C / 85% 相対湿度で 1000 時間の湿熱試験を通じて検証する必要があります。

PVB は EVA や他の太陽封止材とどう違うのですか?

エチレン酢酸ビニル（EVA）共重合体フィルムは、その低コスト、確立された積層プロセス、結晶シリコンおよび薄膜電池技術の両方との広範な互換性により、歴史的に太陽封止材市場を支配してきました。しかし、EVA には十分に文書化された弱点があり、それが PVB、ポリオレフィン エラストマー (POE)、アイオノマー フィルムなどの代替封止材への関心を高めています。以下の表は、モジュール設計者と調達チームに関連する主要な比較特性をまとめたものです。

標準的な EVA に対する PVB の重要な利点は、老化中に酢酸が生成されないことです。 EVA が UV 暴露および高温下で分解すると、架橋反転反応の副産物として酢酸が放出されます。酢酸はセルの金属化を腐食し、反射防止コーティングを劣化させ、特定の薄膜セル構造を攻撃します。 PVB は、いかなるフィールド暴露条件下でも酢酸を生成しないため、長寿命のモジュール設計や、特に酸暴露に敏感な薄膜技術にとって、実質的により化学的に不活性な封止材となります。

太陽光発電グレードの PVB 中間膜はどのような用途に最適ですか?

太陽光発電グレードの PVB 中間層フィルムは、モジュールの寿命、光学性能、機械的負荷下での構造的完全性、および特定の劣化モードに対する耐性が初期材料コストよりも優先される用途において、最も強力な商業的正当性を見出します。いくつかのアプリケーション カテゴリは、PVB カプセル化から一貫して恩恵を受けています。

• 建築一体型太陽光発電 (BIPV) は、PVB カプセル化に最も自然に適合するものの 1 つです。 BIPV モジュールは、建築用ガラス要素と発電コンポーネントとして同時に機能し、太陽電池モジュールの光学的および電気的性能と組み合わせた、破損後の破片保持を含む建築用合わせガラスの構造的安全性能が必要です。 PVB には、建築用合わせガラスにおいて数十年にわたる安全認証の歴史があり、太陽光発電グレードの配合により、この安全認証が BIPV 製品に直接組み込まれています。
• 高電圧実用規模システム向けのガラス-ガラス両面受光モジュールは、PVB の優れた PID 耐性と酢酸生成の不在の恩恵を受けます。この両方の重要性は、システム電圧が 1000V を超えて増加し、モジュールの寿命が 30 年以上に伸びるにつれて重要になります。
• カーポート、パーゴラ、建築用キャノピー用のフレームレスガラス-ガラスモジュールには、従来のアルミニウムフレームの機械的サポートなしで強力なエッジ接着を維持する封止材が必要です。 PVB はガラス表面への高い接着力と機械的靭性により、構造的に要求の厳しい設置に最適です。
• テルル化カドミウム (CdTe) またはセレン化銅インジウム ガリウム (CIGS) セル技術を使用する薄膜モジュール メーカーが PVB を好むのは、まさにこれらの技術が EVA が生成する酢酸の影響を受けやすく、PVB の化学的不活性さがモジュールの動作寿命全体を通じてセル表面の化学的性質を保護するためです。

モジュールメーカーはPVB中間膜サプライヤーを選択する際に何を評価する必要がありますか?

太陽光発電グレードの PVB 中間層フィルムの選択は、モジュールの性能、保証責任、および銀行性、つまり実証されたモジュールの信頼性を必要とする貸し手からのプロジェクト融資を引き付ける能力に影響を与える決定です。厳格なサプライヤー評価プロセスでは、次の側面に対処する必要があります。

• IEC 61345 に準拠した 1000 時間の UV 暴露前後の光透過率、IEC 61215 に準拠した湿熱性能、湿潤条件下での体積抵抗率、複数の温度でのガラスへの剥離接着力、および水蒸気透過率をカバーする完全な技術データ シートを要求してください。これらのデータ ポイントを提供できないサプライヤーは認定の対象として考慮すべきではありません。
• フィルムが少なくとも 1 つの認定モジュール メーカーによる IEC 61215 および IEC 61730 モジュール認定テストに合格していることを確認し、一般的な準拠の主張を受け入れるのではなく、特定のテスト レポート参照を要求してください。
• サプライヤーの品質管理システム、バッチ間の一貫性データ、および厚さの許容差仕様を評価します。ロール幅全体およびロールの長さに沿った PVB フィルムの厚さの変動は、ラミネートの均一性に直接影響し、公称仕様の ±5% 以内である必要があります。
• 保管と取り扱いの要件を慎重に評価します。PVB フィルムは吸湿性があり、気泡のないラミネートと最終的な光学品質を損なうプレラミネートの吸湿を防ぐために、相対湿度 30% 未満の制御された湿度条件で保管する必要があります。
• ラミネートプロセスを最適化するためのサプライヤーの技術サポート能力を考慮してください。PVB のラミネート温度プロファイル、真空保持時間、およびプレスサイクルパラメータは、EVA で確立されているものとは異なります。経験豊富なサプライヤーは、EVA から PVB カプセル化への移行中に、アプリケーション固有のプロセスガイダンスとトラブルシューティングサポートを提供できる必要があります。

太陽光発電グレードの PVB 中間膜は、太陽電池封止材の分野において明確で防御可能な位置を占めています。化学的不活性、構造的安全性能、光学的品質の保持、およびガラス-ガラスモジュールアーキテクチャとの互換性が優先されるアプリケーションでは、EVAでは適合できない特性の組み合わせが提供されます。業界がモジュールの寿命とシステム電圧を現在の標準の要求よりもさらに押し上げるにつれて、この特性はますます重要になります。