【技术】从光伏背板技术发展路线谈氟碳涂料技术发展

近年来，由于煤､石油等化石不可再生能源的利用而引起的环境污染问题越来越受到全球各国的关注，各国政府正在积极寻求与开发水能､风能､生物质能及太阳能等清洁能源来替代化石能源。太阳能由于具有环保､安全且来源丰富等特点，是各国再生能源积极发展的重要方向。在各国政府积极倡导､引领及政策支持下，大型地面电站､家庭屋顶发电以及农业光伏多用途发电等太阳能光伏发电应用将得到持续快速发展。预计到2040年太阳能光伏发电将占能源总耗的20%以上，21世纪末将有可能达到60%以上，太阳能光伏发电将在能源消耗中占有越来越重要的位置。

目前主要是通过晶硅电池片及其封装材料形成的光伏组件而实现太阳能发电。光伏组件主要是由玻璃面板､热熔胶膜EVA､电池片､背板材料､接线盒等组成，其中除电池片外均为封装材料。太阳光照射到光伏组件上，光伏组件电池片吸收光电子进行光电转换(如图1所示)，从而实现太阳能光伏发电。除了电池片本身以外，封装材料也会影响光伏组件的发电效率及使用寿命，进而影响组件发电成本。在封装材料中，由于现有技术的限制，背板材料目前仍主要采用高分子聚合物材料，其最易老化且寿命最短，因此背板材料质量的优劣将直接影响光伏组件的发电效率及使用寿命，推进背板材料技术发展是太阳能光伏行业共同､持续关注的重要课题。

图1光伏组件光电转换示意图

1、背板产品技术发展要求

1.1背板对于组件的重要性

背板材料是电池片背面的最后一层保护材料，直接面对紫外线､低温､湿热､高原风沙､盐雾等环境的侵蚀，需具有极佳的绝缘性､水汽阻隔性和耐候性等优点才可满足组件使用寿命>25a的要求。背板材料质量若不过关，将使组件背板出现脱层､龟裂､起泡､黄变等状况，从而造成电池模块脱落､电池片滑移､电池有效输出功率下降等不良影响，在低压､低电流下有时会出现电打弧，导致发生背板和组件燃烧事件甚至发生火灾，对组件安全发电及运营造成极大影响，因此背板材料需具有多功能性，而单一材料难以满足要求。除玻璃背板外，其他传统背板材料均采用不同单一材料多层复合的结构组成，在成本压力下，目前国内外背板厂家都在积极寻求提高背板材料技术的方法。

1.2背板技术发展趋势

太阳能电池组件封装结构自20世纪80年代批量定型以来，历经30多年环境､应用验证淘汰，逐步定型为现代组件用玻璃､电池､焊带､柔性背板､封装胶膜(EVA)､铝边框､接线盒､硅胶等8大主要材料，因其具有长期户外工作的特点，故长期的应用验证和户外环境验证是结构和材料定型的重大因素。柔性氟碳材料背板在长期应用验证和户外环境验证中胜出是经历了漫长的选择过程和行业应用实践的综合结果。技术进步和太阳能行业发展对太阳能组件及其选型材料提出了更高､更广泛的性能与指标要求和期望，部分指标表述如图2所示。

图2 背板技术指标发展路线

从图2可以看出，典型的8大环境类型对于柔性背板提出了不同的适应性指标，背板从单一保护向长期保护､长期度电成本降低的功能化方向发展的愿望日趋强烈。图2系统地表述了柔性背板的综合需求，消除了行业用单一指标来衡量单一环境带来的背板认识误区的影响。

由于背板的功能化越来越明显，不同应用环境对背板的要求不同，表1列出了具体背板产品应对未来发展趋势的需求期望。

表1 背板产品技术发展指标预测

由表1可以看出，未来背板材料的技术发展主要是提高背板材料反射率､增加组件发电效率､提高特征性环境耐受指标使背板具有更长的使用寿命，降低背板成本使组件及运行商获得更多的盈利空间､重视背板材料特别是氟材料的回收､减少环境污染等方面。

本文对不同背板的应用进行了进一步的分析预测，结果如图3所示。

图3 不同背板市场应用占比趋势

由图3可以看出，背板材料替代趋势明显，TPT/KPK型(双面干式复合PVF/阿科马VDF)结构背板材料由于成本压力和单一创新特点占比持续降低，玻璃背板､CPC(双面涂覆氟碳涂层)背板､XFB(一面干式复合氟膜，另一面涂覆氟碳涂层)背板和共挤多层结构PET背板占比将超过85%，由于农业大棚及采光建筑､直接邻水区域的应用增长，玻璃背板增长趋势明显，至2025年将占到20%;CPC双面涂氟背板由于耐候性和工艺技术优势，在2020年将占到20%;而纯PET结构背板则将进化为多层共挤PET技术，继续应用于小型分布式市场，维持当前市场份额，到2025年占比约20%。

表2 应用于不同环境的背板材料测试标准增加指标

同时，在背板测试技术方面，针对组件在某一特定环境条件下安全运行的需要，必须开展某一项或几项更严苛的测试来检验背板材料的可靠性(如表2所示，来源于中电投)，这些都将给背板材料带来新的技术挑战。

文章作者：夏文进