太阳电池背板主要分为含氟背板和不含氟背板两大类，其中含氟背板根据其含氟结构又可分为氟薄膜（如PVF、PVDF等）和氟涂层（如改性PTFE、FEVE等）。无论是氟薄膜还是氟涂层，都需要保证太阳电池组件在户外使用25年，因此，背板在户外直接与环境大面积接触时，需要具备卓越的耐长期老化性能，包括湿热、干热、紫外、风沙冲击等等，本文从光伏组件用背板耐落砂冲击实验说起，告诉你真正的户外环境是怎样的？
我们知道，IEC的标准中并没有提到光伏组件耐风沙冲击的相关要求，并不等于说组件厂商不需要关注这项指标，以中国新疆塔克拉玛干沙漠为例，年均输沙量在数吨，沙漠中心地区年均输沙量甚至高达数十吨，在这种情况下，如果再不对其进行研究，想必电站业主也不放心吧。
现在，越来越多的组件厂商开始关注背板耐风沙冲击的性能，在第九届CSPV论坛上，天合光能的代表也对其进行了分析。由于IEC中没有相关标准，天合以ASTMD968-93为准，研究了砂子对背板外层的影响，消除了大家的疑惑，同时也对真正的户外情况进行深入分析，让与会代表有了更深入的了解。后期如果还碰到IEC中没有规定相应标准的情况，希望业界同仁共同努力，进行更合理，更科学的实验，得到更可靠、更令人信服的结果。
背板空气面落砂实验
实验准备：实验前，先检查从导管下端落下的砂流，用底部调整螺钉使装置从中心直至从护卫90°的两个位置上观察时，砂束的内心正好落在砂流的中心位置上为止。实验采用的标准石英砂粒径规格在600-850um（其中粒径小于600um的不超过5%，大于850um的不超过15%），一次倒入量以2000mL±10mL数量为宜，流出速度为21-23.5s内流出2L。
图1落砂耐磨仪器结构示意图
操作步骤：在每块试块上标出1个圆形区域，该区域即为冲击面积，约0.0005平米（直径约25mm），将试板固定在试验器上。调整试板使其标出的圆形区域正好在导管的中心的下方，将一定体积的标准砂灌注到漏斗中，打开开关，使砂通过导管，撞击到样板上。安装在试验器底部的容器收集落下的砂。重复上述操作，直到耐UV层破坏，有4mm直径的区域露出底材，快接近终点时，可以在漏斗中加200mL±2mL的砂。
结果计算：按公式计算待测样品的耐磨性：A=V/T
式中：A耐磨性，单位为升每微米（L/um）
V磨料使用量，单位为升（L）
T耐UV层厚度，单位为微米（um）
结果取两次平行测定的算术平均值，保留一位小数。
我们选取了两家背板厂商的背板做了上述实验，分别记为A和B，结果如下表所示。
背板厂商空气面厚度砂子用量实验前/实验后
我们发现，A背板在55L落砂实验后表面耐UV层被完全磨损，而B背板在190L落砂实验后，表面耐UV层依然存在。意味着B背板比A背板更好吗？
真正的户外环境是怎样的？
砂的移动有三种形态：滚动、跳动和浮游。滚动是跳动着的砂粒由于碰撞而在地表移动的现象，一般粒径超过500um的砂会产生这种现象，但此类砂不会飞舞。另一种情况是跳动，这是沙漠特有的现象，这类砂粒粒径在100-500um，由于风等原因被举起后落下，这是唯一会对背板产生影响的现象。最后一种是浮游，在有风的情况下，可以移动到沙漠以外的地域，北方一些城市的雾霾天气与它有关，该类砂粒粒径小于100um。
根据武藏工业大学环境情报学院教授吉崎真司的研究，在沙漠表面的砂粒中，只有10-20%的砂子飞在地表面30cm以上，实际上，西部地区很多电站，其组件离地高度都在30cm以上，这样一来，空气中飞舞的砂子将更少。另外，还有一个发现，在砂径为75-500um的砂分布着的沙漠中，在地表20cm中采取砂粒，占比最高的砂径在150-210um。
我们以中国塔克拉玛干沙漠为例，选取肖塘和塔中两个地区，分别用梯度集沙仪于沙尘暴条件下进行沙样采集，两个地区的砂粒分布情况如下图所示。
图3塔克拉玛干肖塘站，梯度集沙仪2011年4月29日沙尘暴采集沙洋
图4塔克拉玛干塔中西站，梯度集沙仪2011年3月21-22日沙尘暴采集沙样
看到这里，读者可能已经产生疑惑了，按照ASTMD968-93的标准，砂粒粒径在600-850um，而上图中显示，600-850um的砂粒占比几乎为零，这又是什么原因？
还原真实情况，估算组件寿命
在风沙理论研究与防沙实践中，输沙量是一个重要的物理量和极其有用的工程参数，它表示地表一定高度范围内的输沙总量，是区域风沙活动强度的最直接表征。在塔克拉玛干沙漠，不同地区年输沙量不一，差异很大，例如上文提到的肖塘输沙量仅相当于塔中的一半。
图5塔克拉玛干沙漠年输沙量统计
既然如此，我们就来计算一下，光伏背板究竟需要怎么的耐磨性才能满足组件25年的使用寿命，还是以肖塘和塔中为例，假设组件安装于地面30cm以上，主要的砂粒粒径在63-250um之间，那么实验面积中应承受的一年的砂粒重量为：
6692kg/m2*y*0.0005m2=3.346kg/y
25年的砂粒重量累计为：
3.346kg/y*25=83.65kg
以石英砂的密度为2.65计算（根据粒度大小，堆积密度在1.6-1.7），25年的累计砂粒体积为：
83.65kg÷1.6=52L（颗粒度大小在63-250um的砂子）
实际上，能飞到距离地面30cm以上的砂只占总比例的20%，因此，塔克拉玛干肖塘地区和塔中地区25年输沙量所需落砂实验的标准分别为：
肖塘：52L*0.2=10.4L
塔中：10.4*1.98=20.6L
实验结果出人意料，事实上也确实如此，在西部的众多电站中，我还没有听说背板被风沙磨伤的情况，国外某些知名的原材料厂商（大家都知道），一味的强调耐磨性而不考虑实际情况是否有必要，这是不科学也是不负责任的！
重复落砂实验，结果更为可信
天合光能的代表展现了他们在落砂方面做过的一系列研究，由于标准砂的粒径过大，他们以碳化硅进行重复落砂实验，碳化硅的粒径在180um，表面更为坚硬、锋利，硬度指数为9，仅次于金刚石的硬度指数10，经过30L的冲击，也未见有磨伤，大大印证了背板在沙漠地区耐用25年的可靠性！
实验标准使用砂粒径硬度用砂量
落砂实验标准砂600-850um6-710L
天合方法碳化硅180um930L未开孔
读者看到这里，心里也十分清楚了，落砂实验用于背板表层在沙漠地区耐磨寿命的可行性是有的，不过，还需要根据实际情况来改善测试方法，当然，如果能辅之于紫外、湿度、温度等条件，那就更加贴近实际情况了。
结语
在当前光伏危机未除，国内外背板厂商“诸侯割据”的情况下，如何应对新问题和新挑战成为摆在国内光伏同仁面前的一道难题，在背板国产化进程的大环境下，相信我们一定能打破国外原材料厂商的垄断，未来的光伏背板，还看中国！