太阳能电池背板:是太阳能光伏电池结构中的重要组成部分,对太阳能光伏电池起着绝缘及保护作用。市场上的太阳能电池背板种类繁多,设计年限一般为25年,有的为40年甚*更久。
【背板的分类】按照材料类型划分:
可分为含氟型背板。目前业内是含氟太阳电池背板为主,占据市场90%以上份额。不含氟背板。主要有聚对苯二甲酸乙二醇酯背板和共挤型背板两类。根据生产制造工艺划分,含氟太阳电池背板又可以分为:
氟薄膜复合型光伏背板氟碳树脂涂覆型光伏背板氟薄膜氟与氟碳树脂复合型光伏背板不含氟背板可分为:
1.PET型背板
2.共挤型光伏背板
3.无机玻璃光伏背板
从功能上划分:
1.白色高反射背板。2.黑色高红外反射背板。3.透明背板。4.彩色装饰类背板
【背板的历史发展情况】2010年之前整个全球市场的太阳能电池背板仍是以氟薄膜复合型太阳能电池背板为主,而氟薄膜作为氟薄膜背板的主要原料,主生产,因此背板的生产厂家大部分为外资厂商,这也就造成了国内主要太阳能模组厂家使用的背板绝大部分依靠进口,市场价格高,技术为外国企业所垄断的现象。
2010年之后,随着中国光伏产业的迅猛发展,中国的太阳电池背板技术也走在了世界背板发展的前列,背板国产化进程日趋加快,特别是涂覆应用技术在背板制造工艺上的引入和重大突破,中国的国产背板异军突起,**了世界背板技术的发展方向,为降低光伏发电制造成本,促进太阳能产品和技术的普及和绿色环保事业的发展做出了突出的贡献。
另外,随着环境要求的提高,太阳能电池背板的回收也受到了人们的重视,无氟太阳能电池背板的研究也日益活跃,但长期户外老化性能日前无法与含氟太阳电池背板相媲美,在极少数地区得到部分应用。
【太阳能背板供应链情况】太阳能电池背板厂家
由于中国太阳电池背板发展起步较晚,2012年之前太阳能电池背板厂家主要还是以国外厂家为主,它们占据着全球市场的大部分份额。2008年随着国内背板技术的突破,国产背板在光伏市场上占据的份额越来越多,逐渐打破了太阳能光伏背板一直被国外垄断的模式。目前国产背板占据行业的80%市场份额。
突出的代表有苏州中来、吴江赛伍、江西明冠、中天科技、杭州福斯特等厂家。
国产背板的综合性能也在增强,并朝着样品多样化方向发展。背板的生产方式主要有两种,一种是复合工艺,一种是涂覆工艺。太阳能电池背板厂家日益增多,而且大部分新增厂家都是把背板作为附带产品进行生产的。
【背板结构名称的由来】由于市场上没有对太阳能电池背板名称进行规范,通常以背板的工艺结构作为划分。PVF膜(商标Tedlar,简称T膜)称之为T膜结构背板,PVDF膜(商标Kynar,简称K膜),使用氟涂料的称之为Fluoropolymer或Coating(简称F或C),背板的基材为聚对苯二甲酸乙二醇酯,简称PET。
1. TPT结构背板:业内称双面采用T膜结构的背板为TPT结构背板,代表性厂家有韩国SFC、日本三菱、德国Dr.Mueller、苏州中来和贝尔卡特等;
2. KPK结构背板:双面采用K膜结构的背板称为KPK或者KPE背板,代表性厂家有日本东洋铝、意大利Solvay Solexis、吴江赛伍和Hanita Coatings等;
3. CPC或FFC结构背板:使用氟树脂类涂覆的背板称为CPC、FFC或者CPE背板,代表性厂家有苏州中来、美国Madico、日本凸版、杭州联合新材和常熟冠日等;
4. KPC和TPC结构背板:由于T膜K膜价格较高,工艺复杂,双面采用氟薄膜成本较高,因此部分使用双面氟薄膜结构厂家转为使用单面使用膜单面使用氟涂料的结构,称为TPC和KPC结构的背板出现,代表性厂家有苏州中来、吴江赛伍、韩国SFC、杭州福斯特等
5. 无氟背板:其它不含氟元素的那些背板称为统称为无氟背板,代表厂家如意大利康维明的PPE背板、日本东丽的PP背板、荷兰帝斯曼的共挤型背板等。
【太阳能背板的类型】2.1含氟背板
现有背板中,仍以含氟薄膜的背板为主。对于氟薄膜来讲,不同的含氟单体,由于分子结构、极性不同,导致其产物具有不同的分子结构、本体性能以及表面性能。薄膜复合型背板其含氟薄膜只有杜邦的PVF薄膜(含1个氟原子)和阿科玛、日本电气化学的PVDF薄膜(含2个氟原子,薄膜中混入20%的丙烯酸树脂)两种。有关涂料复合型背板,由于成本低,在价格上受到模组厂家的欢迎,具有替代薄膜复合型的潜在性。影响氟薄膜耐候持久性的原因,主要是由于含氟树脂氟原子对碳-碳主键的包裹作用,C-F键是已知化学键中*强的一种,因此含氟聚合物比其它任何聚合物具有更强的化学结合力和结构稳定性,具有优异的耐候、耐腐蚀和耐热性,以及优异的绝缘性能,能对基材PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)起到持久的保护作用。不同的含氟单体与非含氟单体的共聚得到非晶态、无规则结构聚合物,其氟元素都能够在成膜物的表面富集,但对于不同含氟单体来说,由于含氟量的差异,导致其成膜物表面氟元素富集密度具有较大的差别。
含氟背板中的氟材料主要有PVF(聚偏氟乙烯)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)、ECTFE(三氟氯乙烯-乙烯共聚物)、THV(四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物)这几类。其分子式如图1所示,图中所标数值为分子中C-F的键长(PVF、PVDF、PTFE中n=6,ECTFE中n=2,m=3;THV中n、m、o都等于2计算得出),C-F的键长均为1.35埃左右,由图中的键长数据可知这几种物质都非常稳定,因为分子结构相似键长越短,键能越大,其分子的相对稳定性就越强。对于PVF、PVDF、PTFE来说C-F的键长逐渐变小,可说明PVF、PVDF、PTFE的键能逐渐增大,分子的稳定性增强。从理论上来讲,PVF、PVDF、PTFE、ETFE和THV这几种物质作为背板的材料都是有可能的,但这些物质的应用还应考虑绝缘性、阻燃性、成本等具体情况。
现有含氟背板中主要含有TPT、TPE、KPK、KPE、CPC和CPE几种类型。PVF含有一个C-F键,C-F具有高键能为485kJ/mol。PVF膜的优点是阻挡紫外线强带来的耐候性优,机械性能、延展性好;缺点是T膜因氟聚合物不含极性基团,与其他亲水基团结合困难,使得PVF与EVA的粘结力比较低,需在内层PVF面进行化学或物理方法的处理。TPE背板的结构是以PET为基材,一面复合T膜,一面粘结EVA膜。具有T膜的优点是,耐候性优,阻挡紫外线强,机械性能、延展性好,内层与EVA的粘结力高;缺点是内层EVA薄膜的耐紫外性弱,受到长时间照射容易变黄。背板的总体成本较TPT背板要低。
KPK背板优点是背板的总体成本较TPT背板要低,同时由于聚四氟乙烯的共聚链段具有较低的表面张力和强极性,因此聚四氟乙烯共聚链段之间相互作用力较小,使得氟元素容易迁移到表面,使其具有了高UV阻挡性带来的优耐候性,持久的耐湿热和粘结性;缺点是内层与EVA的粘结力弱。KPE背板的结构是以PET为基材,一面复合PVDF薄膜,一面复合EVA胶膜。KPE背板除具有KPK背板的大部分优点,另外就是在电池组件中背板内层与EVA的粘结力高,缺点同样是背板内层EVA薄膜的抗紫外能力弱,受到长时间照射容易发生黄变。
CPC背板结构是以PET为基材,两面涂覆氟树脂,无需使用胶粘剂,并且实现了在线制氟层和膜胶一体化结构,产品结构新颖;将传统四段法背板生产工艺改变为一段法生产工艺,制造工艺先进,产品性能优良。氟树脂可以为PVDF、PTFE、ECTFE和THV含氟树脂中的一种或几种,在PET上涂覆多含氟树脂可以*大限度的发挥氟树脂材料的耐化学介质、耐候、防腐蚀、足够的刚性和强度等优良的化学品特性。CPE背板结构是以PET为基材,一面为氟树脂膜,一面为EVA膜。CPE背板同样具有CPC背板的大部分优点,另外一点就是由于背板内层EVA层的存在,使得背板与EVA粘结力增强,有利于保护中间电池片和整个光伏组件,存在的缺点就是*外层氟树脂膜含氟量越多,薄膜的表面张力小,与EVA的粘结力越弱,本身成膜工艺更为复杂,还有就是背板内层EVA薄膜的抗紫外能力弱,受到长时间照射容易发生黄变。
2.2PET背板
PET背板是单层PET、多层PET结构、或加之EVA助料层。这类背板的PET一般都经过了改性。PET背板*大的优点就是价格比含氟背板要便宜得多,另外具有良好的绝缘性能、低热阻、低水汽渗透率、低收缩率和机械强度高。缺点是耐紫外线能力差、抗湿热能力差(易水解)、阻燃性差,经改性后部分缺点得到了改善,但PET背板仍存在耐候性差的问题。目前大多以加入含有功能官能团的封端剂来改进PET的耐水解性,已知专利CN A 利用聚酯树脂和离子化合物混合,通过熔融共混制备耐水解性聚酯。专利CN A 首先制备了改性聚酯树脂切片,再将改性聚酯树脂切片与母料聚酯切片按进行混合,经干燥、熔融、过滤、挤出、冷却铸片、双轴拉伸、定型处理等得到性能良好的聚酯膜。
2.3玻璃背板
近年来,由于土地成本越来越高,而水面、建筑、隔离护栏、屋顶、蔬菜大棚需要兼具透光性,因此具有双面发电的太阳能组件需求越来越多。背板长期以来为减少PET老化为主,多以反光能力较强的白色为主,透光性较差。由于玻璃具有良好的透光性,玻璃也不会因为紫外光照射产生老化,组件厂商因此采用玻璃作为背面材料替换掉背板,实现双面双玻组件的生产。因此背板玻璃,挤压了传统背板的市场整体份额。但双玻组件由于正反面都采用玻璃,因此组件重量增加30%,给安装、运输带来不便,也由于玻璃易碎,因此在生产、运输过程中破碎率较高。
2.4透明背板与透明网格背板
2018年以苏州中来为代表的背板厂商开发出透明背板,填补了业内双面组件无法使用背板材料的空白。透明背板采用全透明的材料,具有更强的耐紫外能力,其质量更轻,采用透明背板的组件与双玻组件相比具有更多的应用场景。同时由于背板的应用成熟,采用透明背板来实现双面发电组件的生产,给组件厂商节省了厂房和设备改造成本,因此得到业内的青睐。同时,中来在2019年推出透明背板2.0产品,依照太阳能电池的排布的空档间隙区域,在透明背板上涂覆白色高反光涂层,为组件增加高达5W的发电增益。目前国际知名组件厂家晶科能源、协鑫集团、腾晖光伏、尚德电力、晶澳太阳能等都推出了透明背板组件。
2.**AA(聚酰胺)背板
AAA背板结构为PA/PA/PA,PA是经改性的聚酰胺。生产AAA背板*具代表性的厂家是奥地。这类背板的优点是背板成本比含氟材料低,良好的耐水解性带来的优异耐候性,表面处理后反射率高(组件功率较高),绝缘性好,与PET具有良好的粘合性,与EVA的粘结性也很强;缺点是阻挡紫外线弱,水蒸汽透过率高,自清洁能力差,易脏污。由于AAA背板耐候性差,在2015-2017年间,出现大量采用AAA背板的组件出现老化脱层,造成光伏电站投资商巨额的损失,该类产品已经在业内销声匿迹。
2.6其它类型背板
除上述类型背板外,*近又有厂家推出PP(聚丙烯)背板、PE(聚乙烯)背板、无胶背板、以及金属箔背板等,PP(聚丙烯)和PE(聚乙烯)这些背板价格相对较低,但部分存在耐老化性弱、电绝缘性差等缺点,因此没有占据一定的市场。
【太阳能背板发展的难点】**,部分厂家盲目跟随,使得太阳能背板产能相对过剩;
第二,部分背板厂家的专业性差,使得产品的质量参差不齐;
第三,各组件厂家对背板的要求也存在一定的差异性,没有一个统一的标准进行规范。
第四,双面组件的极速发展,双玻组件需求猛增,伴随着组件双面化发展,玻璃逐步在替换背板。透明背板刚刚出现,正处在逐步上量的阶段,面对的双玻的挑战也挺大。
随着太阳能背板行业的快速发展,这就要求太阳能电池背板行业自律性要强,建立统一性的规范,同时要不断的进行产品的创新。
【太阳能背板前景展望】近期内,含氟背板仍将占据着市场的大部分份额。太阳能电池背板必定朝着完全国产化方向发展,背板的设计年限也会越来越长,背板将会越来越多的采用涂覆型结构,以兼顾可靠性与持续降本。WoodMac预测,随着组件双面化的进行,从2019年到2024年,双面市场的还有十倍的增长空间。到2024年,双面电池的年产能将超过21吉瓦,届时将占今年太阳能总装机容量的四倍,占太阳能总装机容量的17.2%,透明背板的需求将呈现爆发式的增长,同时又要面对背板玻璃的持续挑战。