寒潮来袭，光伏组件怎么扛

1月23日08时至25日20时，寒潮已开始影响我国，多地气温明显下降，并伴有4～6级北风，天寒地冻。我国最北边的漠河、根河气温已经跌到-35℃左右，呼伦贝尔已降至-47.5℃，堪称名副其实的"冰窖"，哈尔滨室外温度已经降到零下30多摄氏度。宁夏、青海、甘肃、新疆地区温度普遍在-30℃甚至更低，华北平原最低气温为-13～-20℃、黄淮将降至-9～-18℃、长江中下游地区将降至-8～-14℃、华南中北部将降至0～-4℃。北京1月23日早晨将降至-16℃到-17℃，是近30年来1月份的最低气温（-17℃）。如此低温下，光伏人或许已经提前放假，但户外的光伏组件，该如何度过？

图1：2016年1月22-24日全国低温排行榜

图2：2016年1月22-24全国低温分布区域：深蓝<-50C，蓝<-40C，浅蓝<-30C

1.低温对光伏组件的影响

行业普遍关心的是高温会影响光伏组件的发电输出，但低温对光伏组件有何影响，业内人员可能知道得不多。光伏组件的材料中，像玻璃、铝边框、电池片等无机材料，一般来讲对温度的依赖性较小，最怕的或许是低温冰雹对玻璃的撞击；组件材料中的封装材料、背板、接线盒等有机材料，往往是最怕极高或极低的温度的。有机材料对低温的依赖性，需要从其基本特性-脆化温度和玻璃化转变温度说起。

2.什么是脆化温度？

塑料的耐寒性用脆化温度表示，所有塑料都会随着温度降低变得愈来愈硬而脆，这是由于聚合物分子链的活动性变得愈来愈小之故，脆化温度是指塑料在冲击载荷作用下变为脆性破坏的温度，一般是把在规定冲击条件下有50%试样产生脆性破坏的温度确定为脆化温度，用符号Tb表示。脆化温度是塑料材料能够正常使用的温度下限，低于脆化温度，塑料失去了柔韧性，性脆易折，无法正常使用。一般来说，VA含量在28%左右的EVA脆化温度为-70℃。

3.什么是玻璃化转变温度？

对于聚合物来说是非晶聚合物的玻璃态与高弹态之间的转变。其分子运动本质是链段运动发生"冻结"与"自由"的转变。发生玻璃化转变的温度称为玻璃化温度，以Tg表示，是高聚物的特征温度。它是非晶态热塑性塑料使用温度的上限，是橡胶使用温度的下限。

玻璃化转变对聚合物性能尤其是力学性能变化很大，非晶聚合物的模量可产生3～4个数量级的变化。一般来说，VA含量在28%左右的EVA，低于-24℃开始出现玻璃化转变，通常认为EVA的玻璃化转变温度为-34℃。

4.玻璃化转变温度和脆化温度对EVA性能的影响

从图3可以看出，在0℃以上，EVA还保持着相当好的弹性。低于0℃，EVA的刚性明显上升；低于-20C后，开始产生玻璃化转变，此时可以认为EVA已经基本丧失了弹性，进入完全刚性状态；当环境温度在低于-70℃后，EVA材料已经完全脆化，已经丧失了作为封装材料用的保护性能。

当EVA材料发生玻璃化转变后，也就是说EVA材料丧失了弹性后，此时的EVA作为封装材料仅剩下抗机械冲击性能。此时如果材料或者组件部发生弯曲、变形，那么它对材料还有一定的保护性能；但一旦有变形发生，EVA材料就很容易发生断裂。此时被封装在EVA内部的电池片材料尽管仍有一定的挠性，但由于被EVA失去了弹性，电池片被"冻结"在EVA中，随着EVA发生的断裂也会随之产生隐裂，乃至断裂。

在极度低温的环境下，往往还伴随着大风和暴雪。此时的光伏组件正经历着难以想像的动态机械载荷；若加以数厘米乃至数十厘米的积雪，那么还要承受更严重的静态机械载荷，光伏组件因此而产生的弯曲和动态形变，将对EVA材料产生致命的影响，进而引起电池片的致命裂纹。

5.其它封装材料的玻璃化转变温度及脆化温度

用于光伏组件封装的材料除了常用的EVA外，还有大家熟知的聚烯烃和有机硅。根据陶氏化学提供的资料，陶氏Enlight封装胶膜的玻璃化转变温度为-40℃，与EVA相似。有机硅材料的玻璃化转变温度为-68℃，脆化温度低于-100℃，远低于一般的塑料材料。在地球上可能出现的环境温度下，有机硅都能保持良好的弹性。像我国近日如此低温的天气中，如果用有机硅材料作为光伏组件的封装材料，是完全能够抵御因低温造成的电池片隐裂、材料本身断裂的。

6.低温对其它组件材料的影响

在组件的材料清单中，还有背板、接线盒、连接器、、边框密封材料、光伏电缆都含有有机材料。

对于背板，结构中的主要材料是PET和含氟材料。PET的玻璃化转变温度为150℃，脆化温度约-70℃；含氟材料PVDF的玻璃化转变温度约39℃，无论是PVF还是PVDF，脆化温度都在-70℃以下。由于含氟材料较薄，低温性能低于当前的极端低温应该问题不大。对于PET成分，在背板结构中厚度最大，是主要的承受应力材料，由于其玻璃化温度很高，脆化温度在-70℃，当前的极端低温下，PET材料的弹性已经大大降低，承受变形的能力也大大降低。不过，由于背板只是在外层作为一种机械保护材料，不用过于担心对电池片的影响，只需考虑其低温下的机械强度是否还能经受风沙的冲击，会不会产生材料的隐裂、磨损。

接线盒材料包括盒体、螺母等，材料通常有PPE、PPO、PA66、改性ABS、聚苯硫醚PPS、聚砜PSF、聚醚醚酮PEEK等。不同材料的脆化温度不一样，但一般都在-40℃以下，经历过HF、TC等测试。且接线盒体积较小、变形小，影响应该不大。

边框密封材料，一般都是采用硅胶做边框密封，其-69℃的玻璃化转变温度足以展现优异的弹性。只要常温下的动态、静态机械载荷试验可以通过，应该也没有问题。对于最近出现的一种替代有机硅胶的丁基胶带材料，由于其含有橡胶成分，玻璃化转变温度也较低，可以咨询供应商，了解更进一步的信息。

对于光伏电缆，只要是适用于北方地区的电缆，都可以使用。