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光伏背板的前世今生

发布时间:2024/6/17 14:04:39 浏览次数:0

随着全球对清洁能源的日益关注和需求的增长,光伏产业正在经历前所未有的发展。作为光伏组件的关键组成部分,光伏背板材料在提高光电转换效率、降低成本以及应对环境挑战等方面发挥着关键作用。

然而,尽管市场前景广阔,但行业内的竞争也日趋激烈,尤其是在光伏背板材料的种类和质量方面。

光伏背板介绍

背板按其所用材料分为无机背板即玻璃和高分子有机背板。如果背板也采用玻璃,即为双玻组件,否则为单玻组件,组件玻璃一面直接面对太阳,背板位于组件的背面。

目前光伏组件以单玻组件为主,但发展趋势是双玻组件占比会逐渐提高,因为双玻组件可以双面发电,提高了发电效率。

背板位于光伏组件背面的最外层,直接与外部环境大面积接触,为适用多样的气候环境及服役时间,背板需要满足多种性能要求

单一的材料很难满足这些性能要求,所以背板一般采用复合结构,其中 PET 膜作为基膜,氟膜或其他塑料薄膜通过胶黏剂黏附在基膜两边。

PET 膜具有优良的绝缘性能和力学性能,但耐候性较差,含氟树脂膜包括聚氟乙烯(PVF)膜和聚偏氟乙烯(PVDF)膜,它们具有优良的绝缘性、耐候性和阻隔性,胶黏剂的主要作用是使PET基膜与氟膜、聚烯烃类薄膜黏结复合。

按生产工艺,背板分为复合型和涂覆型。氟材料以氟膜的形式通过胶黏剂复合(一般是压合)在PET基膜上,即为复合型背板,其氟膜完整,因此综合性能优越,但成本高;

以含氟树脂的形式通过特殊工艺直接涂覆在 PET 基膜上,胶黏剂混合在氟树脂中,即为涂覆型背板,性能稍逊于复合背板 ,但具有价格优势。

太阳能背板按含氟情况可分为双面氟膜背板、单面氟膜背板、不含氟背板,因其耐候性等特性不同而适用于不同环境。

总体来说对环境的耐候程度依次为双面氟膜背板、单面氟膜背板、不含氟背板,其价格一般也依次降低。

双面氟膜复合背板由于其优越的耐候性能,能经受住严寒、高温、风沙、雨水等恶劣环境,通常被广泛应用于高原、沙漠、戈壁等区域;

单面氟膜复合背板是双面氟膜复合背板的降本型产品,相对于双面氟膜复合背板其内层的耐紫外性和散热性较差,主要适用于屋顶和紫外线温和的区域。

背板企业状况

全球光伏产业链基本都在中国,背板也一样,早期由国外尤其是日本公司把持,但随着中国公司的迅速崛起,国外背板企业由于不适应快速降本的需要,利润率下降,市场份额逐步降低并退出了市场,2016 年日本凸版和 3M 公司退出背板市场,2017 年日本东丽公司退出市场,台虹和伊索的产销量也处于停滞状态。

国内主要的背板生产企业包括苏州赛伍应用技术有限公司(简称赛伍技术)、苏州中来光伏新材股份有限公司(简称中来股份)、明冠新材料股份有限公司(简称明冠新材)、杭州福斯特应用材料股份有限公司(简称福斯特)、乐凯胶片股份有限公司(简称乐凯胶片)等。

早期以 TPT、KPK 背板为主,但 PVF 与 PVDF 膜价格高,尤其是PVF膜基本只有美国杜邦公司生产,所以,国内各企业通过研发,一方面用含氟涂料代替氟膜,另一方面用涂覆工艺取代复合工艺,在满足光伏组件性能的前提下,成本大幅降低。

如赛伍技术的 F 氟皮膜、中来股份的 FFC 氟涂料、福斯特的 C 氟树脂等,更进一步,明冠新材的 M 膜和乐凯胶片的 E 膜,直接用聚烯烃膜取代氟膜。

背板组成材料

1、PET基膜

PET是由精对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(MEG)在催化剂的作用下经加热缩聚而成的一种结晶型聚合物,即聚酯切片,长期使用可耐高温达120℃,短期使用 可耐150℃高温、-70℃低温,且高低温时对其力学性能影响很小。

聚酯切片经干燥、熔融、挤出、铸片和拉伸而制成PET膜,如果只单向拉伸则称为CPET,主要 用于包装;采用纵横双向拉伸则为BOPET,现在95% 以上的PET膜为BOPET,其中的中高端PET膜主要用于光学膜和光伏背板膜。

中高端PET膜的生产具有以下特点:

(1)设备需进口,且周期长。

基膜生产关键工序包 括PTA与MEG的缩聚反应生成聚酯切片、挤出和双向拉伸,缩聚反应与挤出设备德国的欧瑞康巴马格公司生产的性能最好,德国的布鲁克纳是最好的双向拉伸设备生产厂商,所以这两家德国公司的设备组成的生产线生产的产品品质最好。但两家公司的产量有效,交货周期长,而且安装调试时间也长。

(2)技术壁垒高。

高分子材料配方不同,材料性能差别很大,即使同一配方,工艺参数改变,性能也会变 化,这些都需要长期的积累,仅仅只有先进的设备远远 不够,还需要大量有实际经验的技术人员。

为适用新的背板结构,各基膜企业正在抓紧研发高耐候透明PET基膜。

2、氟膜

PVF膜由美国杜邦公司生产,其商标为Tedlar,所 以简称T膜,其TPT背板结构是最早使用的,已经经 过了30年以上的实际应用,证明其结构、性能稳定,能满足组件25年以上的时间要求。但T膜价格昂贵,因此市场规模在减少,主要用于大型地面电站。

PVDF膜是为替代PVF膜而研发的,最早由法国的阿科玛公司生产。近年来,随着国内氟膜生产企业技术水平的提升,生产成本逐步降低,国产氟膜在市场上逐渐被背板企业接受,其市场份额也逐渐提升,据赛伍技术与明冠新材IPO文件显示,嘉兴高正、杭州福膜、中天科技等都已进入它们的前五大供应商。

为了进一步降低成本,各企业都研发了含氟涂料。

由于含氟塑料不易分解,焚烧会产生有毒气体,所以背板的回收处理困难,现在各企业正在研制环保型背板,包括用聚烯烃膜取代氟膜等。

3、胶黏剂

胶黏剂主要用于复合型背板中氟膜与PET基膜的黏结,以及涂覆于基膜表面直接形成功能性膜。太阳 能背板生产所需的胶黏剂生产技术壁垒较高,市场主要为法国阿科玛公司旗下的波士胶(Bostic)、德国汉高 (Henkel)和日本东洋纺织株式会社等国外少数企业占领。

我国胶黏剂的生产主要以中低档胶黏剂产品为主,能适用于氟膜与PET基膜黏结的高品质胶黏剂只有赛伍技术等极少公司生产,赛伍技术就是由背板胶 黏剂生产企业发展为背板生产企业的。

因为对成本的把控能力以及使用场景的不同,国内背板生产企业与国外的企业走上了不同的技术道路,国内以集中式大型地面光伏电站为主,对25年的使用寿命要求严格,所以国内背板绝大部分含氟,为了降低成本,生产工艺由复合氟膜改进为涂覆含氟涂料。

而欧洲和日本以分布式的屋顶户用光伏发电系统为 主,对价格比较敏感,因此国外企业以生产非氟背板为主,比如意大利Coveme公司彻底摒弃了氟聚合物,采用PET基膜,并在最外侧使用紫外辐照稳定的聚酯膜 (P),内层采用聚乙烯膜(E)由此形成了PPE背板,该类背板的结构为改性聚酯/聚酯/聚乙烯。

更有甚者,改变基膜,采用共挤工艺一步法生产,如荷兰帝斯曼公司开发的APO背板采用具有优异水汽阻隔性能的聚烯烃PO作为基材,搭配抗紫外性能优异的PA12,使用共挤成型,这种背板性能优异,而且消除了层间剥离的风险。

随着俄乌冲突带来的能源危机,欧洲对光伏的需求急剧上升,中国企业也在抓紧非氟背板的生产。总之,在背板生产环节,不管是技术还是产量,国内企业均领先国外企业。

4、研发方向

(1)环保:新能源的大量使用,主要目的就是减少排放,保护大气层,因此制造光伏组件的零部件也应该环 保,但背板使用的氟膜,难降解导致回收难,所以随着光 伏发电的快速发展,背板的回收利用是亟待解决的问题。

(2)降本:光伏产业链各环节的降本增效是推动光伏发展的主要动力,也将一直是光伏发展的主旋律,而氟膜既不环保还价格昂贵,所以,研发新的取代氟膜的材料迫在眉睫。

(3)不同使用场景的背板开发:比如中国西部沙漠地区使用的背板需具备更好的散热性、耐紫外性、耐风沙磨损和耐日夜温差等;而在东部沿海应用的背板应有更低的水汽透过率、更好的耐水解性和耐盐雾性等。

(4)适用光伏组件双面发电的需要:组件双面发电是大势所趋,其占比越来越高,而且组件生产企业一般采用玻璃背板,虽然透明背板可以替代玻璃背板,但透明背板并没有经过长时间的使用考验,所以怎样说服组件企业使用透明背板任重道远。