光伏背板用KPK絕緣封裝材料局部放電特性研究

尹月琴 張華健 張展圖 李庚宸

摘? ?要：隨著光伏產業的不斷發展，KPK型背板在光伏背板市場中的占有率日益增長。但在高電壓情況下，KPK型背板會產生局部放電現象，破壞光伏發電絕緣系統。為此，文章利用脈沖電流法搭建了局部放電實驗平臺，分別對KPK型背板通電不同時長，通過對實驗數據進行處理，繪制局部放電相位分布（PRPD）圖譜，分析研究KPK型背板的局部放電特性。這將有助于深入研究光伏背板老化機理，提高光伏系統的使用壽命。

關鍵詞：局部放電;KPK型背板;局部放電相位分布圖譜

隨著光伏發電產業的發展，人們對其使用壽命、發電效率有了更加嚴格的要求。作為光伏發電系統的核心部分，光伏組件直接決定了整個光伏發電系統能否長期穩定運行。光伏組件通常由玻璃、EVA、電池片、背板組成。而背板作為光伏組件最外側的屏障，其質量的優劣不僅影響封裝性能，更直接決定光伏組件的運行性能。KPK型背板作為有雙面含氟材料的特性以及具有明顯的成本優勢，其市場需求日益增加[1]。

但在高電壓條件下，KPK型背板會發生局部放電反應，使得光伏發電系統絕緣出現過早失效現象。因此，研究KPK型背板局部放電特性，對進一步揭示絕緣老化機理、延長背板使用壽命，具有重要的理論意義和實際應用價值。

目前，現有研究多是對PET膜進行局部放電分析，但尚未對整體KPK型背板進行相關研究。例如，英國Adhikart等[2]分析了PET膜受到局部放電影響后其化學和物理劣化過程，研究了其相位成分和元素組成的變化;日本Okamota等[3]進行了絕緣材料在高溫情況下發生局部放電使用壽命研究，發現負放電脈沖會導致PET膜隨時間發生顯著變化。本文對KPK型背板進行了局部放電實驗，并實時采集局部放電信號，通過對數據處理，繪制局部放電相位分布（Phase Resolved Pluse Sequence，PRPD）圖譜，進而分析和研究KPK型背板局部放電特性。

1? ? 實驗平臺搭建

本文基于脈沖電流法設計了局部放電實驗平臺，其原理如圖1所示。

為了實驗結果準確性，本平臺選用遠方GK10010交流變頻穩壓電源作為電源輸出，其作用在于當輸入端口電網電壓出現波動時，可以及時對電壓進行補償，對輸出電壓幅值進行調整，以減少電壓波動所產生的干擾;為模擬實際運行條件下的局部放電，選用HNSC BK1200型200/3 000 V的升壓變壓器提高實驗電壓;采用佳儀HFCT-050高頻帶脈沖電流互感器收集局部放電信號;利用品極DP-100高壓差分探頭采集樣品兩端電壓信號，然后將所采集信號實時傳至KETSIGHT MSO-X 4104A示波器和計算機中進行儲存。

實驗樣品為厚度為340 μm的KPK型背板，在進行局部放電實驗前，先對樣品進行物理性壓平，以減少其褶皺對實驗的影響。然后用無水酒精清洗樣品，以消除表面雜質，并使用施耐德SL-001電離鼓風機對樣品進行干燥處理。最后將樣品放置于銅電極之上。根據實驗要求，首先測量樣品的起始局部放電電壓（PDIV），測得其電壓約為1 364 V，然后將實驗電壓調至其1.1倍，即1 500 V，并在25 ℃，45%～65%相對濕度條件下分別以30 min，60 min，120 min進行放電實驗。

2? ? 實驗結果分析

通過局部放電量、相位和放電次數及三者之間關系，繪制PRPD圖譜能夠更深入研究局部放電特性。通過對實驗數據進行處理，采用如圖2—4所示的PRPD圖譜，其中，“○”表示為局部放電信號密集區域，“?”表示局部放電信號稀疏區域。

可以看出，樣品在正半周期發生放電主要集中在18°～85°，而在負半周期發生放電主要集中在198°～261°，并且放電幅值在正負半周內是不相同的。理論上，在正半周期和負半周期的放電規律應是對稱的。但由于電極與絕緣材料之間的氣體在不同程度上被電離擊穿，不同氣體對正負半周放電擊穿的空間電荷影響不同，進而影響絕緣中的放電發展。因此，實際的正、負半周放電圖形存在一定的差異[4]。對于放電幅值較低的PRPD圖，放電時間相對較短且放電頻率相對較高。相反，對于放電幅值較高的PRPD圖，放電時間相對較長且放電頻率相對較低。

3? ? 結語

本文搭建了局部放電實驗平臺，對KPK型背板進行了局部放電實驗，通過繪制PRPD圖譜分析了局部放電特性。實驗結果表明，在不同放電時間下，放電幅值、放電頻率均有所差異。此外，本文還對引起此差異的原因進行了探討，為延長KPK型背板的使用壽命、分析絕緣失效及老化機理提供了參考。

[參考文獻]

[1]夏文進，章博，張育政，等.從光伏背板技術發展路線談氟碳涂料技術發展[J].涂料工業，2016（4）：82-87.

[2]ADHIKARI D，HEPBURN D M，STEWART B G.PD characteristics and degradation in PET insulation with vented and unvented internal voids[J].Electric Power Systems Research，2013（4）：65-72.

[3]OKAMOTO T，SUZUKI H，HOZUMI N，et al.Partial discharge endurance life of polymer insulating materials at high temperature[J].Electrical Engineering in Japan，1999（1）：15-22.

[4]李慶民，劉偉杰，韓帥，等.環氧樹脂絕緣高頻電熱聯合老化中局部放電特性分析[J].高電壓技術，2015（2）：389-395.