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歐洲某太陽能電站，一位電站業(yè)主走到電站邊緣，驚訝地看著自己為建造太陽能電站采購回來的組件，背面從明晃晃的銀白色，變成了大片大片的淡黃色，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，像極了一朵朵盛開的向日葵。然而，此刻的向日葵卻讓人高興不起來，反而讓人感到了恐懼。好端端的組件怎么變了顏色？
業(yè)主找來組件供應(yīng)商，組件供應(yīng)商解釋：“這是正常現(xiàn)象，就像人曬太陽久了，即便擦了防曬霜，還是會變黑。”
然而，再怎么解釋也掩蓋不住業(yè)主的擔(dān)憂，組件供應(yīng)商將黃變嚴(yán)重的一批組件進(jìn)行了撤換。盡管如此，隱患埋在了電站運營商的心里，事后，他找來鑒定專家，對黃變嚴(yán)重的組件進(jìn)行分析評估，發(fā)現(xiàn)了一個驚人問題：這些組件的黃變，跟一個關(guān)鍵的封裝材料---背板，有密切關(guān)系。
“往往一塊組件出現(xiàn)黃變，一方面意味著它的透光率開始降低，另一方面，也預(yù)示著開裂的前兆。”霍尼韋爾Honeywell光伏背板事業(yè)部經(jīng)理李大松闡述道。
“背板黃變是一個業(yè)內(nèi)普遍存在的現(xiàn)象，多發(fā)生在光照比較強(qiáng)的地方，比如西班牙，使用了不抗紫外的EVA及不抗紫外的背板，長時間會導(dǎo)致背板的加速老外，從而黃變，對組件使用壽命產(chǎn)生影響。”航天機(jī)電產(chǎn)品經(jīng)理魏屹東曾到歐洲各國的電站進(jìn)行考察，他表示，不止一家運行商，基本上每家公司都會遇到這個問題。
面對這個問題，杜邦公司光伏解決方案全球市場總監(jiān)Conrad Burke直言不諱地發(fā)出警示：“背板對于組件保護(hù)與使用年限扮演關(guān)鍵角色，它是組件與環(huán)境之間的電氣絕緣體。背板失效可能導(dǎo)致重大災(zāi)難、無預(yù)警電力衰減并危及完全。如此巨大沖擊可能損害品牌聲譽(yù)甚至人身安全，需要引起足夠重視。”
確保組件及電站安全
與人一樣，組件也需要對抗紫外、抗老化。它需要減少光老化衰減，保持25年使用壽命。如果要用“防曬霜”做比喻，那么光伏背板就如同組件的防曬霜，背板性能的好壞決定組件抗紫外與曝曬的能力。
眾所周知，大部分光伏組件長期暴露在戶外，紫外光、水汽、高低溫、化學(xué)氣體、風(fēng)沙等各種外部環(huán)境都會使組件受到影響，這是對組件部件、材料以及制造質(zhì)量的考驗。作為組件最外面保護(hù)層的背板，需要對此肩負(fù)更多的責(zé)任，因此背板需要綜合多種性能。
杜邦Conrad Burke向《PV-Tech PRO》表示：“為了保護(hù)組件達(dá)25年，背板必須具有三個關(guān)鍵特性：耐候性、機(jī)械強(qiáng)度和黏著力，同時要兼顧這三個特性的最佳平衡。”
“其中，耐候性主要包括抗紫外、耐水解、高低溫(晝夜溫差)、風(fēng)沙磨損等，它幫助組件適用于全球不同的地域及氣候環(huán)境。比如在風(fēng)沙大、氣溫高的沙漠地區(qū)，好的背板可以經(jīng)受風(fēng)沙及外部尖銳器械的物理磨損；在一些容易發(fā)生火災(zāi)的地方，以氟膜為基礎(chǔ)的背板可以幫助防火，減少安全隱患。”Honeywell李大松解釋。
肯博Krempel公司技術(shù)顧問吳立補(bǔ)充表示：“好的背板保護(hù)電池片不受環(huán)境影響從而高效發(fā)電，并始終起到絕緣保護(hù)作用。”
背板對組件內(nèi)部的電池、EVA等起到保護(hù)作用。一款質(zhì)優(yōu)的背板不僅可以起到保護(hù)作用，還有一個關(guān)鍵作用--絕緣。如果一款背板的阻隔性差，那么其水汽透過率會比較高，不能阻隔外來的惡劣因素，會導(dǎo)致外部的水汽進(jìn)入到組件里，加速EVA的降解和導(dǎo)電材料的腐蝕，電池性能的衰減，組件功率下降，時間長了還將引發(fā)漏電。這不僅對組件發(fā)電量產(chǎn)生影響，同時也會形成觸電危險。另外，根據(jù)一項最新研究顯示，背板透水率過高可能會加速組件PID或閃電紋現(xiàn)象的形成。
對于由組件陣列組合發(fā)電的太陽能電站而言，這些都是隱患。電站運營商采購并使用這樣的組件，初期投入成本得到控制降低，但后期運營維護(hù)成本將不斷推高，同時發(fā)電量未必能獲得保障，而采用質(zhì)量好且經(jīng)過長期實績驗證的背板可以減少組件失效風(fēng)險和長期保持組件高功率，有些甚至有助于提升組件轉(zhuǎn)換效率，如Honeywell開發(fā)的PowerShield™Cool Black以此為目標(biāo)。
認(rèn)知背板：材料是關(guān)鍵
背板的質(zhì)量由其中關(guān)鍵材料決定，有意思的是，背板同樣以所使用的材料結(jié)構(gòu)而進(jìn)行分類。
杜邦公司將背板分為三大基本類型：雙層氟材料、單層氟材料以及非含氟材料，并告知每種類型中又有多種結(jié)構(gòu)。市場上將杜邦的分類通俗地分為兩類：含氟類與不含氟類。
然而，Honeywell李大松表示：“由于近兩年成本壓縮的厲害，現(xiàn)在背板公司在向組件企業(yè)解釋是否含氟的問題上，界限開始變得模糊，因為哪怕只有少量氟塑料，也可以解釋為含氟。現(xiàn)在一些涂層背板也稱其含氟，但是含氟量具體占比不得而知。”
在綜合各家所言后，本刊將背板分為三大類：第一類是傳統(tǒng)的以氟膜為基礎(chǔ)的復(fù)合型背板(如TPT、TPE、KPK、KPE、單面THV)、APA，第二類PET為基礎(chǔ)的非氟背板，第三類為氟涂層背板(coating)以及其他新型材料。
其中第一種是經(jīng)受過行業(yè)考驗，生產(chǎn)及使用最早也是較穩(wěn)定傳統(tǒng)的背板產(chǎn)品，具有代表性的材料/背板供應(yīng)商有杜邦、臺虹科技、3M、阿科瑪、Honeywell以及日本東洋，國內(nèi)主要代表企業(yè)為賽伍。值得注意的是，杜邦、阿科瑪并不生產(chǎn)背板，而是生產(chǎn)其中的關(guān)鍵材料，杜邦擁有其品牌氟膜產(chǎn)品Tedlar®PVF薄膜，阿科瑪提供Kynar®PVDF膜。Honeywell與3M則涉足氟膜整條產(chǎn)業(yè)鏈，如表一。
為什么是氟膜？
“因為品質(zhì)好的氟膜可以經(jīng)受住外部的紫外線老化，紫外對其影響不大，耐候性很好。背板產(chǎn)品能不能耐25年，其關(guān)鍵材料的分子結(jié)構(gòu)就決定了他是否具備這個能力。氟膜經(jīng)高溫熔融，氟膜經(jīng)高溫熔融，由高分子形成一整張膜，致密性很好，機(jī)械強(qiáng)度較高，不易被破壞。致密性很好，機(jī)械強(qiáng)度較高，不易被破壞。與PET粘接后，即使在使用中有部分脫膠，表面的薄膜仍然完整，仍能保護(hù)內(nèi)部的PET層。”浙江大學(xué)高分子材料專業(yè)出身的李大松表示，即便從微觀層面分析氟膜的結(jié)構(gòu)及性能，他同樣有信心。
對于近兩年使用量逐步上升的第二類PET非氟背板，李大松指出：“事實上，PET早期對產(chǎn)品的質(zhì)保是10-15年，而且是針對屋頂，對外部環(huán)境的要求緩和一些，應(yīng)用環(huán)境不太苛刻。后來PET材料生產(chǎn)廠商通過對PET進(jìn)行一些改進(jìn)如在其中加入一些抗紫外劑等，在一定程度上延緩紫外傷害，但它本身并不能改變聚酯材料的本質(zhì)。如今日本對組件的補(bǔ)貼年限延長至20年，這讓很多日本組件廠商也開始改變對背板的選擇。”
此前有報道稱PET非氟背板在紫外老化后發(fā)黃，存在脫層開裂風(fēng)險。然而第二類背板代表企業(yè)日本東麗Toray、康維明Coveme提出了異議，他們表示PET背板成本較低，易加工處理，層間粘合度高，外觀問題少。
在一個問題上，復(fù)合型背板與PET非氟背板供應(yīng)商觀點出現(xiàn)一致，他們將問題拋給了氟涂層背板：“現(xiàn)在的FEVE涂層背板，經(jīng)化學(xué)交聯(lián)形成，相對尖銳的機(jī)械甚至硬幣就容易致其脫落，耐磨性能也很差，不適合風(fēng)沙較大的西部電站應(yīng)用。不是所有材料能夠承擔(dān)這個角色。FEVE涂料在PET表面形成涂層機(jī)械強(qiáng)度低，熱脹冷縮會讓塑料材料裂開，在潮濕溫差又大的地方，背板很容易脫落開裂。一旦開裂，涂料就會從PET表面脫落或水汽滲入而失去保護(hù)作用，而且涂料在涂布過程中非常容易形成針孔而使水汽阻隔能力下降。”
對于上述觀點，新近進(jìn)軍光伏產(chǎn)業(yè)的日本富士膠片給出了不同看法，他們帶來一款新的背板產(chǎn)品。富士公司執(zhí)行董事后藤佳久介紹，富士新型無膠涂覆強(qiáng)化背板結(jié)合了富士膠片公司用于膠卷的兩個原創(chuàng)核心技術(shù)，一是強(qiáng)化PET基膜制造技術(shù)，二是無膠型涂布精密成型技術(shù)。他表示：“新型背板首次通過美國UL公司認(rèn)證的具有長期極限使用最高溫度(RTI值為130℃)的250微米厚置的強(qiáng)化PET(耐水解PET)用于背板中間層，不用膠黏劑。”相比傳統(tǒng)復(fù)合型TPE背板，他們認(rèn)為其優(yōu)勢集中體現(xiàn)在經(jīng)過加速老化試驗后，依然維持原有發(fā)電效率、原有水蒸氣透過率、原有擊穿電壓等高耐候性與安全性。
江蘇賽拉弗公司使用了富士公司的新型背板，CTO金鵬表示，過去一年時間里我們試驗了多種背板，最后選擇富士后生產(chǎn)的組件出貨到歐洲地區(qū)，截至目前約有幾十MW。
說起氟涂層背板，它的開發(fā)與興起跟整個市場局勢息息相關(guān)，在前幾年光伏市場很好的時候，由于國內(nèi)對光伏背板的需求旺盛，使得氟膜的供應(yīng)一度緊張，特別是杜邦的Tedlar® PVF膜，形成供不應(yīng)求的局面。為了抓住這一波發(fā)展高潮，國內(nèi)企業(yè)開發(fā)了一種新型背板，不用氟膜，而是用涂料直接涂覆到PET薄膜上。這樣材質(zhì)的背板降低了門檻及價格，在材料短缺又有價格優(yōu)勢的前提下，市場被打開。目前蘇州中來、聯(lián)合新材是氟涂型背板的主要供應(yīng)商代表。
業(yè)主找來組件供應(yīng)商，組件供應(yīng)商解釋：“這是正常現(xiàn)象，就像人曬太陽久了，即便擦了防曬霜，還是會變黑。”
然而，再怎么解釋也掩蓋不住業(yè)主的擔(dān)憂，組件供應(yīng)商將黃變嚴(yán)重的一批組件進(jìn)行了撤換。盡管如此，隱患埋在了電站運營商的心里，事后，他找來鑒定專家，對黃變嚴(yán)重的組件進(jìn)行分析評估，發(fā)現(xiàn)了一個驚人問題：這些組件的黃變，跟一個關(guān)鍵的封裝材料---背板，有密切關(guān)系。
“往往一塊組件出現(xiàn)黃變，一方面意味著它的透光率開始降低，另一方面，也預(yù)示著開裂的前兆。”霍尼韋爾Honeywell光伏背板事業(yè)部經(jīng)理李大松闡述道。
“背板黃變是一個業(yè)內(nèi)普遍存在的現(xiàn)象，多發(fā)生在光照比較強(qiáng)的地方，比如西班牙，使用了不抗紫外的EVA及不抗紫外的背板，長時間會導(dǎo)致背板的加速老外，從而黃變，對組件使用壽命產(chǎn)生影響。”航天機(jī)電產(chǎn)品經(jīng)理魏屹東曾到歐洲各國的電站進(jìn)行考察，他表示，不止一家運行商，基本上每家公司都會遇到這個問題。
面對這個問題，杜邦公司光伏解決方案全球市場總監(jiān)Conrad Burke直言不諱地發(fā)出警示：“背板對于組件保護(hù)與使用年限扮演關(guān)鍵角色，它是組件與環(huán)境之間的電氣絕緣體。背板失效可能導(dǎo)致重大災(zāi)難、無預(yù)警電力衰減并危及完全。如此巨大沖擊可能損害品牌聲譽(yù)甚至人身安全，需要引起足夠重視。”
確保組件及電站安全
與人一樣，組件也需要對抗紫外、抗老化。它需要減少光老化衰減，保持25年使用壽命。如果要用“防曬霜”做比喻，那么光伏背板就如同組件的防曬霜，背板性能的好壞決定組件抗紫外與曝曬的能力。
眾所周知，大部分光伏組件長期暴露在戶外，紫外光、水汽、高低溫、化學(xué)氣體、風(fēng)沙等各種外部環(huán)境都會使組件受到影響，這是對組件部件、材料以及制造質(zhì)量的考驗。作為組件最外面保護(hù)層的背板，需要對此肩負(fù)更多的責(zé)任，因此背板需要綜合多種性能。
杜邦Conrad Burke向《PV-Tech PRO》表示：“為了保護(hù)組件達(dá)25年，背板必須具有三個關(guān)鍵特性：耐候性、機(jī)械強(qiáng)度和黏著力，同時要兼顧這三個特性的最佳平衡。”
“其中，耐候性主要包括抗紫外、耐水解、高低溫(晝夜溫差)、風(fēng)沙磨損等，它幫助組件適用于全球不同的地域及氣候環(huán)境。比如在風(fēng)沙大、氣溫高的沙漠地區(qū)，好的背板可以經(jīng)受風(fēng)沙及外部尖銳器械的物理磨損；在一些容易發(fā)生火災(zāi)的地方，以氟膜為基礎(chǔ)的背板可以幫助防火，減少安全隱患。”Honeywell李大松解釋。
肯博Krempel公司技術(shù)顧問吳立補(bǔ)充表示：“好的背板保護(hù)電池片不受環(huán)境影響從而高效發(fā)電，并始終起到絕緣保護(hù)作用。”
背板對組件內(nèi)部的電池、EVA等起到保護(hù)作用。一款質(zhì)優(yōu)的背板不僅可以起到保護(hù)作用，還有一個關(guān)鍵作用--絕緣。如果一款背板的阻隔性差，那么其水汽透過率會比較高，不能阻隔外來的惡劣因素，會導(dǎo)致外部的水汽進(jìn)入到組件里，加速EVA的降解和導(dǎo)電材料的腐蝕，電池性能的衰減，組件功率下降，時間長了還將引發(fā)漏電。這不僅對組件發(fā)電量產(chǎn)生影響，同時也會形成觸電危險。另外，根據(jù)一項最新研究顯示，背板透水率過高可能會加速組件PID或閃電紋現(xiàn)象的形成。
對于由組件陣列組合發(fā)電的太陽能電站而言，這些都是隱患。電站運營商采購并使用這樣的組件，初期投入成本得到控制降低，但后期運營維護(hù)成本將不斷推高，同時發(fā)電量未必能獲得保障，而采用質(zhì)量好且經(jīng)過長期實績驗證的背板可以減少組件失效風(fēng)險和長期保持組件高功率，有些甚至有助于提升組件轉(zhuǎn)換效率，如Honeywell開發(fā)的PowerShield™Cool Black以此為目標(biāo)。
認(rèn)知背板：材料是關(guān)鍵
背板的質(zhì)量由其中關(guān)鍵材料決定，有意思的是，背板同樣以所使用的材料結(jié)構(gòu)而進(jìn)行分類。
杜邦公司將背板分為三大基本類型：雙層氟材料、單層氟材料以及非含氟材料，并告知每種類型中又有多種結(jié)構(gòu)。市場上將杜邦的分類通俗地分為兩類：含氟類與不含氟類。
然而，Honeywell李大松表示：“由于近兩年成本壓縮的厲害，現(xiàn)在背板公司在向組件企業(yè)解釋是否含氟的問題上，界限開始變得模糊，因為哪怕只有少量氟塑料，也可以解釋為含氟。現(xiàn)在一些涂層背板也稱其含氟，但是含氟量具體占比不得而知。”
在綜合各家所言后，本刊將背板分為三大類：第一類是傳統(tǒng)的以氟膜為基礎(chǔ)的復(fù)合型背板(如TPT、TPE、KPK、KPE、單面THV)、APA，第二類PET為基礎(chǔ)的非氟背板，第三類為氟涂層背板(coating)以及其他新型材料。
其中第一種是經(jīng)受過行業(yè)考驗，生產(chǎn)及使用最早也是較穩(wěn)定傳統(tǒng)的背板產(chǎn)品，具有代表性的材料/背板供應(yīng)商有杜邦、臺虹科技、3M、阿科瑪、Honeywell以及日本東洋，國內(nèi)主要代表企業(yè)為賽伍。值得注意的是，杜邦、阿科瑪并不生產(chǎn)背板，而是生產(chǎn)其中的關(guān)鍵材料，杜邦擁有其品牌氟膜產(chǎn)品Tedlar®PVF薄膜，阿科瑪提供Kynar®PVDF膜。Honeywell與3M則涉足氟膜整條產(chǎn)業(yè)鏈，如表一。
為什么是氟膜？
“因為品質(zhì)好的氟膜可以經(jīng)受住外部的紫外線老化，紫外對其影響不大，耐候性很好。背板產(chǎn)品能不能耐25年，其關(guān)鍵材料的分子結(jié)構(gòu)就決定了他是否具備這個能力。氟膜經(jīng)高溫熔融，氟膜經(jīng)高溫熔融，由高分子形成一整張膜，致密性很好，機(jī)械強(qiáng)度較高，不易被破壞。致密性很好，機(jī)械強(qiáng)度較高，不易被破壞。與PET粘接后，即使在使用中有部分脫膠，表面的薄膜仍然完整，仍能保護(hù)內(nèi)部的PET層。”浙江大學(xué)高分子材料專業(yè)出身的李大松表示，即便從微觀層面分析氟膜的結(jié)構(gòu)及性能，他同樣有信心。
對于近兩年使用量逐步上升的第二類PET非氟背板，李大松指出：“事實上，PET早期對產(chǎn)品的質(zhì)保是10-15年，而且是針對屋頂，對外部環(huán)境的要求緩和一些，應(yīng)用環(huán)境不太苛刻。后來PET材料生產(chǎn)廠商通過對PET進(jìn)行一些改進(jìn)如在其中加入一些抗紫外劑等，在一定程度上延緩紫外傷害，但它本身并不能改變聚酯材料的本質(zhì)。如今日本對組件的補(bǔ)貼年限延長至20年，這讓很多日本組件廠商也開始改變對背板的選擇。”
此前有報道稱PET非氟背板在紫外老化后發(fā)黃，存在脫層開裂風(fēng)險。然而第二類背板代表企業(yè)日本東麗Toray、康維明Coveme提出了異議，他們表示PET背板成本較低，易加工處理，層間粘合度高，外觀問題少。
在一個問題上，復(fù)合型背板與PET非氟背板供應(yīng)商觀點出現(xiàn)一致，他們將問題拋給了氟涂層背板：“現(xiàn)在的FEVE涂層背板，經(jīng)化學(xué)交聯(lián)形成，相對尖銳的機(jī)械甚至硬幣就容易致其脫落，耐磨性能也很差，不適合風(fēng)沙較大的西部電站應(yīng)用。不是所有材料能夠承擔(dān)這個角色。FEVE涂料在PET表面形成涂層機(jī)械強(qiáng)度低，熱脹冷縮會讓塑料材料裂開，在潮濕溫差又大的地方，背板很容易脫落開裂。一旦開裂，涂料就會從PET表面脫落或水汽滲入而失去保護(hù)作用，而且涂料在涂布過程中非常容易形成針孔而使水汽阻隔能力下降。”
對于上述觀點，新近進(jìn)軍光伏產(chǎn)業(yè)的日本富士膠片給出了不同看法，他們帶來一款新的背板產(chǎn)品。富士公司執(zhí)行董事后藤佳久介紹，富士新型無膠涂覆強(qiáng)化背板結(jié)合了富士膠片公司用于膠卷的兩個原創(chuàng)核心技術(shù)，一是強(qiáng)化PET基膜制造技術(shù)，二是無膠型涂布精密成型技術(shù)。他表示：“新型背板首次通過美國UL公司認(rèn)證的具有長期極限使用最高溫度(RTI值為130℃)的250微米厚置的強(qiáng)化PET(耐水解PET)用于背板中間層，不用膠黏劑。”相比傳統(tǒng)復(fù)合型TPE背板，他們認(rèn)為其優(yōu)勢集中體現(xiàn)在經(jīng)過加速老化試驗后，依然維持原有發(fā)電效率、原有水蒸氣透過率、原有擊穿電壓等高耐候性與安全性。
江蘇賽拉弗公司使用了富士公司的新型背板，CTO金鵬表示，過去一年時間里我們試驗了多種背板，最后選擇富士后生產(chǎn)的組件出貨到歐洲地區(qū)，截至目前約有幾十MW。
說起氟涂層背板，它的開發(fā)與興起跟整個市場局勢息息相關(guān)，在前幾年光伏市場很好的時候，由于國內(nèi)對光伏背板的需求旺盛，使得氟膜的供應(yīng)一度緊張，特別是杜邦的Tedlar® PVF膜，形成供不應(yīng)求的局面。為了抓住這一波發(fā)展高潮，國內(nèi)企業(yè)開發(fā)了一種新型背板，不用氟膜，而是用涂料直接涂覆到PET薄膜上。這樣材質(zhì)的背板降低了門檻及價格，在材料短缺又有價格優(yōu)勢的前提下，市場被打開。目前蘇州中來、聯(lián)合新材是氟涂型背板的主要供應(yīng)商代表。
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