2019 年是我國光伏產業實現由補貼推動向平價推動轉變的起始年。盡管在政策調整下,整體光伏市場有所下滑,但受益于海外市場的增長,我國光伏產業規模穩步擴大、技術創新不斷推進、出口增速不斷提升。
在海外市場的拉動下,2019 年我國光伏產品的出口額約為 207.8 億美元,同比增長 29%,是“雙反”以來首次超過 200 億美元。
光伏組件中的氟材料有哪些呢?
首先我們來了解一下光伏組件的基本結構,如下圖所示光伏組件主要由晶硅電池片和上下兩層EVA膠膜,一層背膜一層玻璃。光伏背板需要滿足以下性質:
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耐候性:濕熱老化和人工紫外輻射暴曬 (QUVB)
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優良的電氣絕緣性: 擊穿電壓和局部放電
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力學性能:拉伸強度、伸長率、收縮率、催化
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粘接強度: 剝離強度和層間附著力
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阻隔性:透水性和氧氣
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安全性: 阻燃性和長期耐濕熱老化
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與其他材料的相容性
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保證光伏組件至少25年的使用壽命
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由于市場上沒有對太陽能電池背板名稱進行規范,通常以背板的工藝結構作為劃分。采用美國杜邦公司PVF膜(商標Tedlar,簡稱T膜)稱之為T膜結構背板,采用阿科瑪公司PVDF膜(商標Kynar,簡稱K膜),使用氟涂料的稱之為Fluoropolymer或Coating(簡稱F或C),背板的基材為聚對苯二甲酸乙二醇酯,簡稱PET。
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TPT結構背板:業內稱雙面采用T膜結構的背板為TPT結構背板,代表性廠家有韓國SFC、日本三菱、德國Dr.Mueller、蘇州中來和貝爾卡特等;
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?KPK結構背板:雙面采用K膜結構的背板稱為KPK或者KPE背板,代表性廠家有日本東洋鋁、意大利Solvay Solexis、吳江賽伍和Hanita Coatings等;
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?CPC或FFC結構背板:使用氟樹脂類涂覆的背板稱為CPC、FFC或者CPE背板,代表性廠家有蘇州中來、美國Madico、日本凸版、杭州聯合新材和常熟冠日等;
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?KPC和TPC結構背板:由于T膜K膜價格較高,工藝復雜,雙面采用氟薄膜成本較高,因此部分使用雙面氟薄膜結構廠家轉為使用單面使用膜單面使用氟涂料的結構,稱為TPC和KPC結構的背板出現,代表性廠家有蘇州中來、吳江賽伍、韓國SFC、杭州福斯特等
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無氟背板:其它不含氟元素的那些背板稱為統稱為無氟背板,代表廠家如意大利康維明的PPE背板、日本東麗的PP背板、荷蘭帝斯曼的共擠型背板等。
【太陽能背板的類型】
含氟背板
現有含氟背板中主要含有TPT、TPE、KPK、KPE、CPC和CPE幾種類型。PVF含有一個C-F鍵,C-F具有高鍵能為485kJ/mol。PVF膜的優點是阻擋紫外線強帶來的耐候性優,機械性能、延展性好;缺點是T膜因氟聚合物不含極性基團,與其他親水基團結合困難,使得PVF與EVA的粘結力比較低,需在內層PVF面進行化學或物理方法的處理。TPE背板的結構是以PET為基材,一面復合T膜,一面粘結EVA膜。具有T膜的優點是,耐候性優,阻擋紫外線強,機械性能、延展性好,內層與EVA的粘結力高;缺點是內層EVA薄膜的耐紫外性弱,受到長時間照射容易變黃。背板的總體成本較TPT背板要低。
KPK背板優點是背板的總體成本較TPT背板要低,其具有了高UV阻擋性帶來的優耐候性,持久的耐濕熱和粘結性;缺點是內層與EVA的粘結力弱。KPE背板的結構是以PET為基材,一面復合PVDF薄膜,一面復合EVA膠膜。KPE背板除具有KPK背板的大部分優點,另外就是在電池組件中背板內層與EVA的粘結力高,缺點同樣是背板內層EVA薄膜的抗紫外能力弱,受到長時間照射容易發生黃變。
CPC背板結構是以PET為基材,兩面涂覆氟樹脂,無需使用膠粘劑,并且實現了在線制氟層和膜膠一體化結構,產品結構新穎;將傳統四段法背板生產工藝改變為一段法生產工藝,制造工藝先進,產品性能優良。氟樹脂可以為PVDF、PTFE、ECTFE和THV含氟樹脂中的一種或幾種,在PET上涂覆多含氟樹脂可以最大限度的發揮氟樹脂材料的耐化學介質、耐候、防腐蝕、足夠的剛性和強度等優良的化學品特性。CPE背板結構是以PET為基材,一面為氟樹脂膜,一面為EVA膜。CPE背板同樣具有CPC背板的大部分優點,另外一點就是由于背板內層EVA層的存在,使得背板與EVA粘結力增強,有利于保護中間電池片和整個光伏組件,存在的缺點就是最外層氟樹脂膜含氟量越多,薄膜的表面張力小,與EVA的粘結力越弱,本身成膜工藝更為復雜,還有就是背板內層EVA薄膜的抗紫外能力弱,受到長時間照射容易發生黃變。
PET背板
PET背板是單層PET、多層PET結構、或加之EVA助料層。這類背板的PET一般都經過了改性。PET背板最大的優點就是價格比含氟背板要便宜得多,另外具有良好的絕緣性能、低熱阻、低水汽滲透率、低收縮率和機械強度高。缺點是耐紫外線能力差、抗濕熱能力差(易水解)、阻燃性差,經改性后部分缺點得到了改善,但PET背板仍存在耐候性差的問題。
玻璃背板
由于玻璃具有良好的透光性,玻璃也不會因為紫外光照射產生老化,組件廠商因此采用玻璃作為背面材料替換掉背板,實現雙面雙玻組件的生產。因此背板玻璃,擠壓了傳統背板的市場整體份額。但雙玻組件由于正反面都采用玻璃,因此組件重量增加30%,給安裝、運輸帶來不便,也由于玻璃易碎,因此在生產、運輸過程中破碎率較高。
透明背板與透明網格背板
2018年以蘇州中來為代表的背板廠商開發出透明背板,填補了業內雙面組件無法使用背板材料的空白。透明背板采用全透明的材料,具有更強的耐紫外能力,其質量更輕,采用透明背板的組件與雙玻組件相比具有更多的應用場景。同時由于背板的應用成熟,采用透明背板來實現雙面發電組件的生產,給組件廠商節省了廠房和設備改造成本,因此得到業內的青睞。同時,中來在2019年推出透明背板2.0產品,依照太陽能電池的排布的空檔間隙區域,在透明背板上涂覆白色高反光涂層,為組件增加高達5W的發電增益。目前國際知名組件廠家晶科能源、協鑫集團、騰暉光伏、尚德電力、晶澳太陽能等都推出了透明背板組件。
我國光伏組件的發展趨勢為:
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降低成本
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增大尺寸?
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切片、多主柵??
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雙面化
雙面涂覆型背板已超越雙面復合型背板,單面涂覆型背板增長迅速,截至2019年涂覆型工藝已成為應用最多的工藝,占據背板市場51%。
背板的發展趨勢:
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高可靠性、低成本(雙面含氟涂層背板)
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透明性
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超阻水型背板
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高強度型背板
對于氟材料的需求有以下幾點:
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高透光率(結合遮光指數匹配,需要地折光率指數)
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耐黃變性能提升(氟碳樹脂不含有芳環、不飽和鍵、胺基等易生色基團)
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更高的強度,提供更好的耐磨性能和耐刮性能
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自清潔
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降低成本
綜上所述,高可靠性氟材料在光伏背板行業中有廣泛的和成功的應用,雙面含氟涂層型背板是光伏背板的主要發展方向。
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