kr 전 세계 태양 에너지 산업이 더 높은 모듈 효율성, 더 긴 서비스 수명, 더 낮은 수준의 에너지 비용(LCOE)을 추구함에 따라 광전지 모듈의 각 레이어 뒤에 있는 재료 과학에 대한 조사가 점점 더 많아지고 있습니다. 태양광 모듈 구성에 사용되는 봉합재 재료 중에서 광전지 등급 폴리비닐 부티랄(PVB) 중간층 필름은 특히 유리-유리 모듈 구성, 건물 일체형 광전지(BIPV) 및 광학 선명도, 기계적 보호 및 장기 내후성을 모두 동시에 달성해야 하는 응용 분야에서 중요하고 성장하는 역할을 확립했습니다. PV 등급 PVB 중간막 필름이 무엇인지, 어떻게 작동하는지, 고품질 소재와 일반 대체 소재를 구별하는 요소를 이해하는 것은 태양광 분야에서 작업하는 모듈 제조업체, 소재 엔지니어 및 조달 전문가에게 필수적인 지식입니다.
광전지 등급 PVB 중간막 필름이란 무엇입니까?
폴리비닐부티랄(PVB)은 폴리비닐알코올과 부티르알데히드를 반응시켜 생산되는 열가소성 수지입니다. 필름 형태의 PVB는 적층 건축 안전유리의 중간층으로 수십 년 동안 사용되어 왔습니다. 여기서 두 개 이상의 유리판을 함께 접착하고 충격 시 위험한 파편으로 부서지는 것을 방지합니다. 광전지 등급 PVB 중간막 필름은 건축용 유리보다는 태양광 모듈 캡슐화 요구에 최적화된 이 소재의 특수 제작된 변형입니다.
표준 건축 PVB와 PVB의 차이점 광전지 등급 PVB 이는 단순히 상업적인 라벨링이 아니라 제형의 의미 있는 차이를 반영합니다. PV 등급 PVB는 광전지에 사용되는 파장(일반적으로 결정질 실리콘의 경우 350~1,100nm)에서 더 높은 광학 투과율을 달성하고, 습기로 인한 부식으로부터 민감한 전지 금속화를 보호하기 위해 더 낮은 수증기 투과율을 달성하고, 25년 동안 황변을 방지하기 위해 UV 안정성을 강화하고, 실외 태양광 설치에서 발생하는 열 주기 조건에서 유리와 전지 표면에 대한 접착력을 최적화하도록 설계되었습니다. 글레이징의 내충격성 및 안전 성능을 위해 주로 제작된 표준 건축 PVB는 재구성 없이는 이러한 광전지 관련 요구 사항을 안정적으로 충족할 수 없습니다.
PV 등급 PVB 필름의 주요 물리적, 화학적 특성
완성된 모듈에서 PV 등급 PVB 중간막 필름의 성능은 동시에 최적화되어야 하는 일련의 상호 관련된 재료 특성에 따라 달라집니다. 한 측면에서는 우수하지만 다른 측면에서는 부족한 필름은 상업용 태양광 설치에서 예상되는 25~30년의 설계 수명 동안 여전히 모듈 성능 저하 또는 고장을 초래할 수 있습니다.
| 재산 | 대표값(PV 등급) | 모듈 성능의 중요성 |
| 태양광 투과율(300~1,100nm) | ≥ 91% | 모듈 전원 출력에 직접적인 영향을 미칩니다. |
| 황색도 지수(초기) | ≤ 1.5(ASTM E313) | 낮은 초기 황변으로 첫날부터 생산량 유지 |
| 수증기 투과율 | 38°C/90% RH에서 ≤ 3g/m²·일 | 수분 유입을 제한하여 세포 금속화를 보호합니다. |
| 박리강도(유리 접착력) | ≥ 60 N/cm (습열 후) | 사용 수명 동안 박리 저항성 유지 |
| 체적 저항률 | ≥ 1013 Ω·cm | 셀 스트링과 프레임 사이의 전기적 절연 |
| 쇼어 A 경도 | 65~80(23°C에서) | 기계적 쿠셔닝 및 치수 안정성 |
| 적층 온도 창 | 130~160°C | 표준 라미네이터 장비와의 공정 호환성 |
PV 모듈과 관련하여 체적 저항률 사양에 특별한 주의를 기울일 가치가 있습니다. 전기 절연을 제공할 필요가 없는 건축용 PVB와는 달리, PV 등급 PVB는 태양전지와 모듈 프레임 사이에 높은 전기 저항을 유지해야 합니다. 특히 PID(전위 유도 열화)가 위험할 수 있는 시스템과 박막 모듈에 중요합니다. 일부 PV 등급 PVB 제제에는 높은 온도와 습도에 장기간 노출된 후에도 높은 부피 저항성을 유지하는 특정 첨가제가 포함되어 있어 현장 노화 모듈에서 관찰되는 주요 저하 메커니즘 중 하나를 해결합니다.
PVB 대 EVA vs. POE: 태양광 모듈에 적합한 봉지재 선택
PVB는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리올레핀 엘라스토머(POE)와 함께 광전지 모듈 생산에 사용되는 세 가지 주요 밀봉재 필름 유형 중 하나입니다. 각 재료에는 고유한 성능 프로필이 있으며, 이들 간의 선택은 모듈 아키텍처, 애플리케이션 환경 및 성능 요구 사항에 따라 달라집니다.
PVB vs. EVA
EVA는 저렴한 비용, 잘 알려진 적층 특성, 표준 모듈 설계와의 폭넓은 호환성으로 인해 역사적으로 태양광 산업에서 지배적인 캡슐화재였습니다. 그러나 EVA에는 PVB가 직접 해결하는 알려진 제한 사항이 있습니다. EVA는 UV 노출 및 상승된 온도에서 분해되므로 아세트산 생성에 취약합니다. 아세트산은 은 셀 접점의 부식을 가속화하고 캡슐화재의 변색을 유발하여 시간이 지남에 따라 모듈 출력을 감소시킬 수 있습니다. PVB는 분해 시 아세트산을 생성하지 않으므로 세포 금속화와 접촉 시 본질적으로 화학적으로 더 안정적입니다. PVB는 또한 표준 EVA 등급보다 수증기 투과율이 낮아 습한 환경에서 더 나은 수분 차단 성능을 제공합니다.
단점은 PVB가 경화되지 않은 형태의 EVA보다 흡습성이 더 높으며 적층 전에 수분 흡수를 방지하기 위해 제어된 습도 보관 조건(일반적으로 상대습도 30% 미만)이 필요하다는 점입니다. 라미네이션 전 수분 픽업으로 인해 기포가 발생하고 완성된 모듈의 접착 불량이 발생할 수 있습니다. EVA는 보관 조건에 덜 민감하므로 덜 통제된 환경에서 물류를 단순화합니다.
PVB 대 POE
POE 봉지재는 매우 낮은 수증기 투과율, 높은 체적 저항성 및 전위 유발 열화에 대한 저항성으로 인해 최근 몇 년간 특히 유리-유리 모듈 및 이종접합(HJT) 셀 기술에서 상당한 시장 점유율을 얻었습니다. 이러한 성능 측면에서 POE는 PVB와 대체로 비슷하며 어떤 경우에는 더 우수합니다. 그러나 POE는 PVB보다 원자재 비용이 높고, 다른 적층 공정 창이 필요하며(일반적으로 PVB보다 낮은 압력과 긴 사이클 시간), 건축용 적층 유리에 50년 이상, 태양광 모듈에 20년 이상 사용되어 온 PVB에 비해 확립된 장기 현장 데이터가 적습니다.
PVB는 적층 후 안전 성능이 규제 요구 사항인 BIPV 및 유리-유리 모듈 응용 분야에서 POE에 비해 특별한 이점을 유지합니다. PVB 접합 유리는 EN 14449 및 ANSI Z97.1에 따라 잘 확립된 안전 인증 프레임워크를 갖추고 있으며, PVB 중간막을 사용하는 BIPV 모듈은 건축 제품 규정에 따라 완전히 새로운 재료를 인증하는 대신 이 확립된 인증 기반을 참조할 수 있습니다. 이는 상업 및 규제 측면에서 의미 있는 이점입니다.
유리-유리 모듈 구성에서 PVB 중간막의 역할
유리 전면 시트와 폴리머 백시트 대신 셀 스트링을 끼워 넣은 두 개의 유리 기판을 사용하는 유리-유리 모듈 아키텍처는 탁월한 장기 신뢰성, 양면 성능 및 옥상 설치, 태양광 정면, 채광창 및 태양광 간이 차고 캐노피를 포함한 응용 분야의 미적 요구 사항에 힘입어 태양광 시장에서 가장 빠르게 성장하는 부문 중 하나입니다. PVB 중간막 필름은 기술적인 이유와 특정 응용 분야의 이유로 유리-유리 모듈에 특히 적합합니다.
기술적인 관점에서 볼 때, PVB는 유리 표면의 실라놀 그룹과 반응하는 폴리머의 수산기를 통해 분자 수준에서 유리 표면과 화학적으로 접착 결합을 형성합니다. 이는 PVB를 구조적 합판 유리에서 선택되는 밀봉재로 만드는 것과 동일한 결합 화학입니다. 이 결합은 본질적으로 화학적이기보다는 주로 기계적인 EVA 또는 POE와 유리의 접착 결합보다 열 사이클링 시 기계적으로 더 강하고 내구성이 더 뛰어납니다. 25년 이상 반복적인 열 팽창 및 수축 주기를 겪는 유리-유리 모듈에서 PVB의 화학적 접착은 물리적 접착에만 의존하는 재료보다 더 안정적으로 박리 저항을 유지합니다.
특히 BIPV 응용 분야의 경우 PVB 중간막을 사용하면 태양광 모듈을 대부분의 관할권에서 건축법에 따라 안전 유리로 분류할 수 있습니다. 태양 전지를 포함하는 건물 외관 모듈 또는 오버헤드 글레이징 장치는 기존 건축용 유리와 동일한 안전 글레이징 요구 사항을 충족해야 합니다. 즉, 깨질 경우 제자리에 유지되고 위험한 파편으로 파편화되지 않아야 합니다. 건축 업계에서 수십 년간의 테스트와 현장 경험을 통해 입증된 PVB 접합 유리의 확고한 안전 성능을 통해 PVB 중간막을 사용하는 BIPV 모듈이 이 인증 프레임워크에 직접 액세스할 수 있어 건축 허가 및 제품 승인 프로세스가 단순화됩니다.
PV 등급 PVB 필름의 적층 공정 요구 사항
태양광 모듈 생산에서 PV 등급 PVB 중간막 필름의 적층 공정은 대부분의 모듈 제조업체가 실행하도록 설정한 EVA 적층 공정과 몇 가지 중요한 측면에서 다르며 공정 개발 및 장비 사양에서 이러한 차이점을 이해하고 설명해야 합니다.
PVB 적층은 열경화성 공정이 아닌 열가소성 공정입니다. EVA는 적층 중에 열가소성 물질에서 열경화성 물질로 전환되는 화학적 가교 반응을 거치며, 전체 가교 밀도를 달성하려면 온도에서 세심하게 제어된 경화 시간이 필요합니다. PVB는 단순히 열과 압력 하에서 흐르고 접착된 다음 냉각 시 고화됩니다. 관리할 경화 반응이 없으므로 이 공정은 EVA 가공보다 더 빠르고 라미네이터 온도 변화에 더 관대합니다. 일반적인 PVB 라미네이션 조건은 0.8~1.2bar 압력에서 145~155°C이며, 총 라미네이션 주기 시간은 모듈 두께와 라미네이터 설계에 따라 8~15분입니다.
그러나 PVB의 열가소성 특성은 PVB 중간층이 약 60~70°C 이상에서 부드럽고 변형되기 때문에 완성된 모듈을 높은 온도에서(특히 적층 후 냉각 단계에서) 조심스럽게 취급해야 함을 의미하기도 합니다. 모듈 핸들링 시스템은 냉각 중에 전체 모듈 영역을 균일하게 지지하여 연질 중간층이 최종 치수로 굳어지기 전에 변형될 수 있는 점 하중을 피하도록 설계해야 합니다. 제어된 냉각에 대한 이러한 요구 사항은 가교된 열경화성 재료가 높은 온도에서도 기계적 무결성을 유지하는 EVA 캡슐화 모듈에서는 덜 중요합니다.
장기 내구성 및 신뢰성 테스트 표준
PV 등급 PVB 중간막 필름은 실외 태양광 설비에서 직면하는 환경적 스트레스(UV 복사, 열 순환, 습도 및 기계적 부하) 하에서 장기적인 내구성을 입증해야 합니다. 태양광 모듈 및 봉지재 재료에 대한 기본 인증 테스트 프레임워크는 IEC 61215(결정질 실리콘 모듈) 및 IEC 61730(모듈 안전 인증)에 의해 정의되며, 모듈 수준 테스트 프로토콜 내에서 참조되는 특정 봉지재 재료 테스트가 포함됩니다.
- 내열성 테스트(IEC 61215, 85°C/85% RH에서 1,000시간): 이 가속 노화 테스트는 모듈 봉지재에 대한 가장 까다로운 표준 내구성 테스트입니다. PVB 중간막은 1,000시간 연속 노출 후에도 유리 접착력, 광학 선명도 및 전기 절연 특성을 유지해야 합니다. 이제 2,000시간의 확장된 습열 테스트를 통과한 프리미엄 PV 등급 PVB 제제를 사용할 수 있어 습도가 높은 열대 배치용 모듈에 추가 마진을 제공합니다.
- 열 순환 테스트(IEC 61215, -40°C ~ 85°C에서 200사이클): 반복적인 열 사이클링은 PVB 중간층과 유리 및 셀 표면 사이의 접착 결합에 스트레스를 줍니다. 테스트 후 관찰된 박리, 균열 또는 광학적 열화는 실패로 간주됩니다. PVB와 유리 사이의 열팽창 불일치 계수는 사이클링 중 계면에서 전단 응력을 최소화하기 위해 공식을 통해 관리되어야 합니다.
- UV 사전 조정 및 UV 테스트(IEC 61215): 몇 달 간의 실외 조도에 해당하는 정의된 UV 선량에 노출되면 광화학적 분해 메커니즘을 가속화하는 데 사용됩니다. 황색도 지수의 증가로 측정되는 봉지재의 황변은 모니터링되는 주요 열화 모드입니다. PV 등급 PVB 제제에는 장기간 UV 노출 시 황변을 최소화하기 위해 특별히 선택된 UV 안정제 및 항산화제가 포함되어 있습니다.
- PID(전위 유발 분해) 테스트(IEC TS 62804): PID 테스트는 습한 환경에서 모듈 셀과 프레임 사이에 고전압 스트레스를 가하여 캡슐화제를 통한 이온 이동으로 인한 전력 저하에 대한 모듈의 저항을 평가합니다. PVB 중간막의 높은 체적 저항성은 PID에 대한 주요 재료 수준 방어이며, 저항력이 향상된 PV급 PVB 제제는 고전압 시스템 구성에서 PID 저항을 개선하기 위해 특별히 개발되었습니다.
PV등급 PVB 필름 선택: 구매자가 평가해야 할 사항
다양한 공급업체의 PV 등급 PVB 중간막 필름을 평가하는 모듈 제조업체 및 재료 조달 팀의 경우 다음과 같은 실제 기준이 자격 및 선택 프로세스의 기초를 형성해야 합니다.
- 지정된 테스트 방법이 포함된 전체 재료 데이터 시트를 요청하십시오. 투과율, 황변 지수, 수증기 투과도, 박리 강도 및 체적 저항률 값은 모두 확인되지 않은 주장으로 기술하기보다는 특정 테스트 표준(ASTM, ISO 또는 IEC)을 참조해야 합니다. 필름 단독보다는 적층 샘플에서 얻은 테스트 값이 실제 모듈 성능과 더 관련이 있습니다.
- 보관 및 취급 요구 사항을 확인하십시오. 요구되는 보관습도 범위, 제조일로부터의 유통기한, 포장사양을 확인하세요. 유통 기한을 초과했거나 습도가 높은 곳에 보관된 PVB 필름은 수분 함량이 높아져 라미네이션 품질이 저하됩니다.
- 라미네이션 프로세스 창 호환성을 평가합니다. 자세한 라미네이션 공정 지침을 요청하고 필름의 권장 온도, 압력 및 시간 매개변수가 기존 라미네이터 장비와 호환되는지 확인하세요. 프로세스 창이 좁으면 생산 시 사양을 벗어난 적층이 발생할 위험이 높아집니다.
- 모듈 수준 자격 데이터를 확인합니다. 주요 PVB 필름 공급업체는 정의된 조건에서 필름으로 적층된 모듈에 대한 모듈 수준 IEC 61215 및 IEC 61730 테스트 데이터를 제공합니다. 이 데이터는 필름 수준의 재료 특성보다 더 의미가 있으며 모듈 적격성 성능에 대한 직접적인 증거를 제공합니다.
- 공급망 신뢰성 및 로트 간 일관성을 평가합니다. 대량 모듈 생산의 경우 로트 간 필름 특성의 일관성은 절대 특성 값만큼 중요합니다. 로트 간 변형 데이터를 요청하고 공급업체가 ISO 9001 또는 이에 상응하는 인증에 부합하는 품질 관리 시스템 및 추적성 문서를 확립했는지 확인하십시오.
