PV 봉지재 필름: 25년 보증을 뒷받침하는 다섯 가지 역할

빠른 답변: 봉지재는 다섯 가지 역할을 동시에 수행한다 — 유리와 백시트를 접착하고, 빛을 투과하고, 1500 V에서 절연하고, 수증기를 차단하고, 서로 다른 속도로 팽창하는 재료 간의 불일치를 흡수한다. 다섯 가지 모두 하나의 라미네이션 사이클 동안 고정되며, 모두 동일한 변수에 의해 제어된다: 수지가 얼마나 가교되는가.

모듈을 열면 유리, 셀, 리본, 프레임, 정션 박스의 이름을 댈 수 있다. 그 사이의 필름은 라미네이션되면 보이지 않는다 — 투명하고, 냄새가 없고, 측정할 가장자리도, 외부에 부품 번호도 없다.

문제가 생겼을 때만 알아차린다. 지난 10년간의 고장 분석 작업에서 황변, 박리, 스네일 트레일, PID, 부식된 그리드라인은 모두 이 층, 또는 이 층이 막지 못한 것에서 비롯된다.

따라서 EVA, POE, EPE를 비교하기 전에 더 단순한 질문에 답할 가치가 있다: 이 필름은 실제로 무엇을 하도록 돈을 받는가? 이것은 봉지 필름에 관한 시리즈의 첫 번째 글이다. 다섯 가지 역할과 그 모두를 지배하는 단일 변수에서 시작한다.

모든 것에 닿는 유일한 재료

일반적인 결정질 실리콘 모듈은 빛이 들어오는 쪽에서 아래로, 유리, 전면 봉지재, 셀 스트링, 후면 봉지재, 백시트 — 또는 글라스-글라스 모듈에서는 후면 유리 — 의 스택이다. 필름은 셀 위와 아래에 위치하므로, 셀 자체와 직접 전면적으로 접촉하는 유일한 패키징 재료이다.

라미네이션 전에는 엠보싱 시트 한 롤이다. 라미네이터 내부에서 진공 상태와 약 140~150 °C에서 세 가지를 순차적으로 수행한다. 녹아 흘러 셀 사이와 리본 주변의 틈을 채운다. 제형 내의 과산화물이 분해되어 수지 가교를 시작한다. 그런 다음 냉각되고, 나오는 것은 더 이상 녹일 수 있는 필름이 아니다 — 셀 스트링을 삼킨 투명하고 탄성 있는 불융성 고무체이다.

우리는 열 사이클 동안 라미네이터를 140~150 °C의 진공 상태로 유지하여 과산화물 분해가 가교를 완료하기 전에 셀 리본 주변의 완전한 수지 흐름을 보장한다.

그 순서는 채택할 가치가 있는 습관을 설명한다: 필름 데이터시트의 모든 숫자는 롤이 아니라 경화 상태에 대한 약속이다. 완성된 라미네이트의 두께, 흐름, 접착력, 모듈러스가 모듈이 25년 동안 견디는 것이다.

수량은 과소평가하기 쉽다. 2382 × 1134 mm의 주류 모듈은 층당 약 2.70 m²의 필름을 사용하므로, 전면과 후면을 합쳐 대략 5.4 m²이며, 일반적인 400~500 g/m²에서 2.2~2.7 kg의 무게가 나간다. 규모를 키우면 1기가와트의 모듈은 약 1,000만 제곱미터의 필름을 소비한다.

역할 하나: 두 가지 다른 메커니즘에 의한 접착

유리, 실리콘, 구리 리본, 백시트는 서로 다른 표면 화학과 다른 팽창 계수를 가진다. 어느 것도 자연적으로 다른 것에 달라붙지 않는다. 필름의 첫 번째 역할은 각각에서 25년간 야외에서 견딜 수 있는 계면을 구축하는 것이다.

유리에서는 화학적으로 작용한다. 제형 내의 실란 커플링제는 유리 표면의 히드록실기와 축합하여 Si–O–Si 결합을 형성하고, 다른 쪽 끝은 수지 네트워크에 연결된다. 이것은 화학 결합이며, 점착제에서 얻는 물리적 흡착이 아니며, 이것이 테이프 접착이 견디지 못할 때 유리 접착이 습열을 견디는 이유이다.

백시트에서는 메커니즘이 다르다: 상용성과 상호확산. 일반적인 백시트의 내층은 PE 또는 EVA형 개질층이며, 라미네이션 온도에서 두 용융물이 서로 확산되어 하나의 계면으로 굳는다. 내층이 이를 위해 설계되지 않은 백시트는 필름이 아무리 좋아도 박리된다.

지표는 필름-유리와 필름-백시트에 대해 각각 측정되는 필 강도이다. 중요한 숫자는 초기 값이 아니라 습열 및 UV 노화 후의 유지율이다 — 100 N/cm에서 시작하여 1000시간 후 30으로 떨어지는 필름은 80에서 시작하여 70을 유지하는 필름과 다른 제품이다.

접착 실패는 박리로 나타나며, 박리는 즉시 전력을 손실시키는 경우가 드물다. 그것은 수분의 통로를 열고, 그 통로가 다음 세 가지 또는 네 가지 고장 모드가 시작되는 곳이다. 랙에서 박리된 모듈 하나를 발견하면, 외관상 결함이 아니라 수분 침투 보고서로 취급하라.

역할 둘: 투과, 숫자보다 계면이 더 중요한 경우

전면 필름은 광학 경로에 위치한다. 햇빛은 유리를 통과한 다음 필름을 통과하여 셀에 도달하므로, 필름은 빛을 잃는 두 가지 방법과 모듈을 보호하는 두 가지 방법을 가진다.

첫째, 투명해야 한다. 주류 투명 필름은 가시광선 및 근적외선 대역에서 90% 이상을 투과하며, 수십 년의 UV와 열에도 황변 없이 그 상태를 유지할 것으로 기대된다.

둘째, 광학적으로 보이지 않아야 한다. EVA와 POE는 약 1.48~1.49의 굴절률을 가지며, 약 1.5인 유리와 매우 가깝다. 그 계면을 통과하는 빛은 거의 반사되지 않는다. 기포나 박리는 필름을 공기(n ≈ 1.0)로 대체하고 그 계면에서의 반사 손실이 급격히 증가한다 — 이것이 필름 자체가 황변하지 않았음에도 광학 결함과 전력 손실이 종종 함께 나타나는 이유이다.

트레이드오프는 자외선에 숨어 있다. 필름은 일반적으로 UV 흡수제를 함유하여 폴리머와 백시트를 황변으로부터 보호하기 위해 UV 대역의 일부를 차단한다. 그러나 차단된 UV는 셀에 더 이상 도달하지 않는 빛이기도 하다. N형 TOPCon 전면은 이전 아키텍처보다 UV에 더 민감하므로, 두 가지 경로가 등장했다: 더 많은 UV를 차단하는 고차단 필름과, UV를 흡수하여 가시광선 대역으로 재방출하는 UV 변환 필름. 아래 곡선은 그 결정의 형태를 보여준다.

후면 필름은 두 가지 경우로 나뉜다. 단면 모듈은 일반적으로 흰색 또는 고반사 필름을 사용하여 셀 사이를 통과하는 빛을 전면으로 반사시켜 전력을 추가한다. 양면 모듈은 후면 필름이 빛을 들여보내야 하므로 투명해야 하며, 그러면 더 이상 반사 이득을 제공하지 않는다.

역할 셋: 1500 V에서의 절연

유틸리티 규모 발전소의 시스템 전압은 이제 일반적으로 1500 V입니다. 모듈 내부에서 셀 스트링은 접지된 프레임에 대해 1000볼트 이상의 전위차에 놓일 수 있으며, 필름은 셀과 그 프레임 사이의 주요 유전체 층 중 하나입니다.

해당 물성은 체적 저항률입니다. POE 계열 필름은 일반적으로 EVA보다 한 자릿수 더 높으며, 이는 잠재 유도 열화(PID)에 더 잘 저항하는 이유 중 하나입니다. 전기장 하에서 유리로부터의 나트륨 이온이 셀 표면으로 이동합니다. 필름의 저항률이 높을수록 이온 드리프트가 느려지고 PID가 더 늦게, 더 약하게 나타납니다.

모듈 수준 시험은 이 역할을 직접 확인합니다. 절연 내력(하이포트) 시험과 습식 누설 전류 시험 모두 습기 노출 후 필름이 회로를 프레임으로부터 절연 상태로 유지했는지 점검합니다. 필름은 라미네이션 사이클 컨디셔닝 전 건식 하이포트를 통과하고 이후 습식 누설에서 실패할 수 있으므로, 두 시험은 함께 인증 계획에 포함되어야 합니다.

우리는 완성된 라미네이트에 대해 최대 1500 V까지 건식 하이포트 및 습식 누설 전류 시험을 수행하여 경화된 봉지재가 습기 노출 후 셀과 프레임 사이의 전기적 절연을 유지하는지 검증합니다.

고전압은 PID의 필요조건이지 충분조건은 아니지만, 필름은 전압과 셀 사이에 서 있는 첫 번째 장벽입니다. 더 높은 저항률의 필름으로 변경하는 것은 시스템 설계를 건드리지 않고 작동하는 몇 안 되는 수단 중 하나입니다.

네 번째 역할: 장벽, EVA가 피할 수 없는 반전

흔한 가정을 바로잡는 것부터 시작합시다. 필름은 밀봉재가 아닙니다. 수증기는 들어옵니다. 문제는 얼마나 빨리, 어떤 경로로 들어오는지뿐입니다. 유리-백시트 모듈에서는 대부분의 수분이 백시트를 통해 들어오고, 양면이 유리인 유리-유리 모듈에서는 주로 주변 가장자리를 통해 들어옵니다.

이 역할에서 두 주요 화학 조성은 뚜렷하게 다릅니다. POE는 EVA보다 수증기 투과율이 현저히 낮습니다. 그러나 더 중요한 차이는 EVA가 스스로에게 하는 일입니다. EVA의 비닐 아세테이트기는 습열 하에서 천천히 가수분해되어 아세트산을 방출합니다. 이 산은 은 그리드라인과 리본 표면을 공격하고 직렬 저항을 높이며, 습열 시험 후 출력 손실의 표준 메커니즘 중 하나입니다.

따라서 장벽은 두 가지를 의미하며, 그중 하나만 외부 세계에 관한 것입니다. 물을 막고, 내부에서 부식 물질이 생성되는 것을 피하는 것입니다. 이것이 유리-유리 모듈과 부식에 민감한 N형 셀이 POE 및 EPE 공압출 필름으로 이동하는 전체 논거이며, 여기서 EVA 층은 셀 표면에서 멀리 유지됩니다.

장벽 실패는 느리고 처음에는 필름 탓으로 돌려지는 경우가 드뭅니다. 부식된 그리드라인, 상승하는 직렬 저항, 리본을 따라가는 스네일 트레일 — 이 모든 것은 수분 경로와 산 공급원의 하류 증상입니다. 습열 시험이 실패하면 셀을 탓하기 전에 필름을 점검할 가치가 있습니다.

다섯 번째 역할: 점점 얇아지는 셀을 위한 완충

셀은 이제 약 130 µm 두께로, 적층체에서 뻣뻣하고 부서지기 쉬우며 기계적으로 가장 약한 시트입니다. 주변 재료는 매우 다른 속도로 움직입니다. 유리는 약 9 ppm/K, 실리콘은 약 3 ppm/K, 구리 리본은 약 17 ppm/K입니다. 매일의 온도 변화와 계절 주기마다 이들은 서로 다른 양만큼 당겨집니다.

필름은 그 불일치를 흡수하는 순응 층이므로 셀과 솔더 조인트가 그것을 감당하도록 요구받지 않습니다. 또한 기계적 하중을 분산시킵니다. 풍압, 적설 하중, 우박 충격은 집중된 힘으로 도달하며, 필름은 이를 분산시켜 미세 균열과 파손이 드물게 유지되도록 합니다.

세 번째, 더 새로운 기능이 있습니다. 라미네이션 후 필름은 리본을 감싸고 제자리에 고정합니다. 스트링거에서 솔더링 대신 접착제로 가는 와이어가 고정될 수 있는 제로 버스바 모듈에서는 핑거와의 접촉이 라미네이션 중 필름이 와이어를 눌러 고정하는지에 상당히 의존합니다. 그 시점에서 필름의 유동 거동과 모듈러스는 기계적 매개변수일 뿐만 아니라 전기적 매개변수가 됩니다. 이것이 이 시리즈와 리본 시리즈의 직접적인 연결고리입니다. 조인트가 라미네이터로 이동했고, 필름이 조인트의 일부가 되었습니다.

저온 거동도 같은 문단에 속합니다. 주변 온도가 떨어지면 EVA는 눈에 띄게 단단해지는 반면 POE는 탄성을 더 많이 유지하므로, 추운 기후에서 완충 성능이 덜 저하됩니다. 추운 기후 현장용 모듈을 지정한다면 필름의 유리 전이 거동은 셀의 온도 계수만큼이나 관련이 있습니다.

다섯 가지 역할 모두 하나의 제어 손잡이로 작동

다섯 가지 역할은 독립적으로 보이며, 데이터시트에서는 독립적인 시험으로 측정됩니다. 라미네이트에서는 하나의 변수를 공유합니다. 바로 가교도이며, 보통 겔 함량으로 보고됩니다.

경화 부족 필름은 고온에서 크리프합니다. 접착력이 약해지고, 완충 성능이 부드러워지며, 필름이 가장자리 밖으로 흘러나올 수 있고, 모듈은 몇 년 안에 지친 모습을 보이기 시작합니다. 과경화 필름은 반대 방향으로 갑니다. 취성이 생기고, 충격 저항이 떨어지며, 단단한 네트워크가 젖어 순응할 수 없기 때문에 접착력이 다시 떨어집니다. 최적 구간이 있으며, 이는 라미네이션 엔지니어가 실제로 주시하는 두세 개 숫자 중 하나일 만큼 좁습니다.

겔 함량 측정에 관한 한 가지 주의점은 입고 자재가 통과하는지 여부를 결정하기 때문입니다. GB/T 29848과 IEC 62788-1-6은 겔 함량 절차에서 추출 시간이 다르며, 발표된 연구에서는 국가 표준 방법이 체계적으로 더 높은 값을 반환하는 것을 발견했습니다. 경화 수준이 낮을수록 그 격차는 커집니다. 일부 POE 필름은 바로 그 영역에 속하는 규격 라인을 가지고 있습니다. 따라서 공급업체와 고객은 각자 자신의 표준을 올바르게 따르면서도 동일한 롤에 대해 의견이 다를 수 있습니다.

실용적인 답은 구매 규격에 방법을 고정하고, 표준과 추출 시간을 명시하며, 생산에서 사용할 방법에 대해 필름을 인증하는 것입니다. 이 시리즈의 이후 글에서 시험 방법을 자세히 다루겠습니다.

다섯 가지 과제가 충돌하는 지점

다섯 가지 과제를 분리하고 나면, 일부가 서로 반대 방향으로 당긴다는 것이 분명해집니다. 필름 선정 회의에서 나오는 대부분의 논쟁은 세 가지 충돌에서 비롯됩니다.

UV 차단 대 출력. 흡수제가 많을수록 폴리머와 백시트를 보호하고, 셀이 사용할 수 있었던 빛을 제거합니다. N형 셀이 이 충돌을 수면 위로 끌어올렸고, 두 가지 해법 — 높은 차단 파장 필름과 UV 변환 필름 — 은 그 파장대를 얼마나 회수할 가치가 있는지에 대한 서로 다른 베팅입니다.

경화도 대 인성. 젤 함량이 높을수록 크리프가 줄고 고온에서 라미네이트를 결합 상태로 유지하지만, 더 촘촘한 네트워크는 더 취성입니다. 한랭 기후 및 우박 노출 설치에서는 균형이 더 인성이 높은 쪽으로 이동하는데, 이는 대부분의 필름 데이터시트가 명시적으로 다루지 않는 기계적 논거입니다.

흐름 대 접합선 제어. 필름은 셀과 리본 주변의 틈을 채울 만큼 충분히 흘러야 하지만, 가장자리를 비게 하거나 리본 위에 폴리머가 없도록 남길 만큼 과하게 흘러서는 안 됩니다. 더 얇은 셀과 더 가는 리본은 모두 이 창을 좁히고, 제로 버스바 구조는 필름이 이제 핑거에 와이어를 고정하는 역할까지 하므로 창을 더욱 좁힙니다.

이 중 어느 것도 하나씩 최적화할 수 없습니다. 그래서 필름 선정은 결국 점수표가 아니라 고장 모드의 순위 목록이 됩니다. 제품이 감내할 수 있는 충돌을 정하고, 절대 실패해서는 안 되는 과제를 중심으로 사양을 작성하는 것입니다.

다섯 가지 과제를 구매 사양으로 전환하기

우리가 보는 대부분의 필름 분쟁은 제품이 좋은지 나쁜지에 관한 것이 아닙니다. 두 당사자가 서로 다른 것을 측정하거나, 같은 것을 다르게 측정하는 문제입니다. 해결책은 화려하지 않습니다. 사양에 과제당 한 줄씩, 숫자 옆에 방법을 명시하는 것입니다.

두 가지 실무 참고사항. 첫째, 박리 강도는 참조 라미네이트가 아니라 실제로 사용할 백시트에 대해 측정해야 합니다. 필름-백시트 계면은 두 재료가 함께 만드는 접합부이기 때문입니다. 둘째, 모듈이 글라스-글라스라면 수분은 가장자리로 들어오므로, 가장자리 실링과 둘레 접착 비드는 필름의 배리어 데이터만큼 주의를 기울일 가치가 있습니다.

필름 자체를 넘어, 사양 충족 여부를 결정하는 두 가지 공정 변수는 라미네이터 내부의 온도 상승 속도와 용융점 이상에서 유지되는 시간입니다. 온도에 너무 천천히 도달하는 프로파일은 과산화물이 작동하기 시작하기 전에 필름이 흐르게 하고, 너무 뜨겁게 운전하는 프로파일은 표면을 먼저 가교시켜 나머지를 가둡니다. 어느 실패도 필름 데이터시트에는 나타나지 않으며, 둘 다 완성된 라미네이트에서 측정한 젤 함량에서 드러납니다.

원가의 3~4%, 수리 가능성은 전혀 없음

필름은 모듈 원가의 약 3~4%를 차지합니다. 일부 분석은 기간과 회계 기준에 따라 4~7%로 봅니다. 어느 쪽이든 BOM에서 가장 저렴한 항목 중 하나이며, 프레임과 정션 박스에는 없는 특성을 지닙니다. 일단 라미네이션되면 교체하거나 수리할 수 없습니다. 25~30년 보증을 전체 기간 동안 필름이 감당해야 합니다.

그 부담 때문에 제품 구성이 빠르게 분화되었습니다. 2024년 중국 시장에서 투명 EVA는 여전히 약 42%, EPE 공압출 필름은 28%에 가깝고, 백색 EVA와 POE는 각각 10%를 조금 넘습니다. 단일 화학 조성 시대는 끝났습니다. 이제 선택은 고장 모드와 셀 구조에 따라 이루어집니다.

구매자 입장에서 이는 결정의 틀을 바꿉니다. 깨끗하게 라미네이션되는 가장 저렴한 필름을 고르는 것이 아닙니다. 현장에서 실패하면 감당할 수 없는 다섯 가지 과제 중 무엇인지를 고르고, 그 하나를 보호하는 필름에 비용을 지불하는 동시에 다른 곳에서 비용을 감수하는 것입니다.

자주 묻는 질문

투과율이 더 높은 필름이 항상 더 많은 출력을 내나요?

아닙니다. 두 가지 효과가 헤드라인 수치를 상쇄할 수 있습니다. 스스로를 보호하기 위해 UV를 차단하는 필름은 단파장 응답의 일부를 포기하며, 기포나 박리는 실제 반사 손실을 동반한 공기 계면을 추가합니다. 투과율과 UV 거동을 함께 비교하고, 필름을 탓하기 전에 라미네이트의 광학 결함을 확인하십시오.

POE가 항상 EVA보다 좋나요?

아닙니다. POE는 저항률과 수분 배리어에서 우수하며, 아세트산을 생성하지 않아 부식에 민감한 셀과 글라스-글라스 구조에서 중요합니다. EVA는 여전히 더 저렴하고, 많은 라인에서 더 넓은 공정 창으로 라미네이션되며, 단면 글라스-백시트 모듈에서 잘 검증되어 있습니다. 올바른 질문은 어떤 화학 조성이 더 새로운지가 아니라, 프로젝트가 감당할 수 없는 고장 모드가 무엇인지입니다.

필름이 UV 시험을 통과했는데 왜 모듈이 황변했나요?

UV 시험은 선량과 온도이며, 둘 다 중요합니다. 황변은 소진된 UV 흡수제 패키지, 과도한 온도에서의 라미네이션, 또는 라미네이트 내 오염물질에서 비롯될 수 있습니다. 황색도 지수 주장의 근거가 된 노화 조건을 요청하고, 제품이 실제로 노출될 일사량 및 온도와 비교하십시오.

박리를 현장에서 수리할 수 있나요?

아니요. 한 번 경화된 필름은 다시 녹일 수 없으며, 모듈 외부에서 라미네이션 계면을 다시 접합할 방법이 없습니다. 박리는 영구적인 변화이며 수분 경로까지 열어버리므로, 실질적인 대응은 단일 모듈이 아니라 영향을 받은 전체 물량을 평가하는 것입니다.

유리-유리 N형 모듈에는 어떤 필름을 사용해야 합니까?

가장 일반적으로는 POE 또는 EPE 공압출 필름을 사용하며, 이는 저항성과 셀 표면에서 아세트산이 발생하지 않는다는 점 때문이며, EVA 층은 유리 쪽으로 유지합니다. 셀 구조, 유리 조성 및 시스템 전압이 모두 답을 바꾸므로 일반적인 권장 사항이 아니라 자체적인 습열 및 PID 결과와 대조하여 확인하십시오.

겔 함량은 얼마로 규정해야 합니까?

표준 및 추출 시간과 함께 범위로 규정합니다. 방법이 없는 숫자는 규격이 아닙니다. GB/T 29848과 IEC 62788-1-6은 동일한 시료에서 동일한 값을 반환하지 않기 때문입니다. 자체 라미네이션 시험을 통해 범위를 설정하고, 입고 롤뿐만 아니라 완성된 라미네이트에서도 검증하십시오.

필름은 저항성을 통해서만 PID에 영향을 줍니까?

저항성이 주요 재료적 변수이지만 유일한 경로는 아닙니다. 박리와 보이드는 국부적인 수분 및 이온 경로를 만들고, 산 생성은 그리드라인에서의 화학을 변화시킵니다. 잘못 라미네이션된 모듈에서 고저항성 필름도 여전히 실패할 수 있으며, 이것이 접착력과 겔 함량이 저항성과 동일한 인증 계획에 포함되어야 하는 이유입니다.

양면 모듈에 백색 EVA를 사용할 수 있습니까?

아니요, 뒤에서 빛을 모으도록 설계된 양면 모듈의 후면에는 사용할 수 없습니다. 백색 필름은 빛을 셀 쪽으로 반사시키는데, 이는 단면 모듈에서는 이득이지만 양면 모듈에서는 손실입니다. 양면 후면 필름은 투명하며, 후면 수율을 얻는 대가로 반사 이득을 포기합니다.

최종 고찰

봉지재는 모듈에서 가장 저렴한 재료이며 유일하게 수리할 수 없는 재료입니다. 봉지재는 동시에 접합하고, 투과하고, 절연하고, 차단하고, 완충하며, 이 다섯 가지 모두 두 가지 다른 방식으로 측정되는 하나의 수치에 의해 좌우됩니다. 규격, 방법 및 라미네이션 윈도를 일치시키면 필름은 더 이상 스택의 보이지 않는 부분이 아니라 데이터로 실제로 논쟁할 수 있는 부분이 됩니다.

절연 성능을 검증하는 생산 라인을 위해 OOITech는 CHT9980A 및 CHT9981A PV 안전 종합 시험기 를 공급하여 완성된 라미네이트의 내전압, 절연 저항, 접지 연속성 및 습식 누설을 측정합니다. 평가를 위해 모듈 스택, 프레임 도면 또는 테스트 샘플을 보내주시면 당사 기술팀이 귀하의 절연 시험 요구 사항을 검토해 드리겠습니다.