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光伏組件是使用光伏電池和各種材料封裝而成的發(fā)電模組，其中主要封裝材料包括正面蓋板材料、電池連接材料、封裝材料、邊框材料、背面蓋板材料等。光伏組件背面蓋板材料主要是玻璃與有機(jī)高分子材料，主要作用有阻隔空氣、阻隔水汽、阻隔紫外線、提供電學(xué)絕緣性能、提供力學(xué)支撐性能、耐沙磨、與封裝材料保證粘接強(qiáng)度等。背板材料種類較多，多種的選擇同時(shí)也帶來(lái)了選擇上的困難，因此本文主要以除玻璃蓋板材料外的有機(jī)高分子背板材料為例，對(duì)目前市場(chǎng)上的有機(jī)高分子背板材料進(jìn)行調(diào)研分析，為材料的選擇提供參考。

光伏組件背板生產(chǎn)工藝及結(jié)構(gòu)

主流光伏組件背板為三層結(jié)構(gòu)：內(nèi)層（電池片）、中間層及外層（空氣面）。生產(chǎn)工藝可分為復(fù)合法、涂覆法、共擠法三種。

生產(chǎn)工藝

復(fù)合法生產(chǎn)工藝

復(fù)合法為使用比例最高的生產(chǎn)工藝，常見(jiàn)的 TPT、KPK、TPE、KPE、TPO、KPO、TPX、KPX、PPE 均采用復(fù)合法生產(chǎn)，該方法使用膠水將外層和內(nèi)層粘結(jié)在中間層，工藝流程如圖所示。


涂覆法生產(chǎn)工藝

而對(duì)于雙面氟涂層的 CPC 類型背板，以上工藝并不適用，需要使用涂覆法，該方法不使用膠水，工藝流程如圖 3 所示。


其他生產(chǎn)工藝

對(duì)于 TPC、KPC 類型背板，需要涉及以上兩種工藝，由于涂覆工藝溫度較高，所以通常使用涂覆工藝將氟涂層附著于中間層，再將外層使用膠水粘結(jié)在中間層。除以上主流工藝外，還有“小眾”的共擠法，將聚合物多層薄膜擠出的復(fù)合技術(shù)，代表為 AOE、OOO 類型背板。

結(jié)構(gòu)

根據(jù)生產(chǎn)工藝不同，背板分類見(jiàn)表 1。


光伏組件背板類型與特點(diǎn)

按照背板三層結(jié)構(gòu)的內(nèi)層和外層是否含氟，可區(qū)分為雙面含氟背板、單面含氟背板及無(wú)氟背板。常見(jiàn)的外層結(jié)構(gòu)有 PVF、PVDF 等含氟材料，也有使用改性 PET 作為背板外層；以上的 PVF、PVDF等材料可同時(shí)用于內(nèi)層，做成對(duì)稱的三明治結(jié)構(gòu)，例如常見(jiàn)的 TPT 和 KPK 結(jié)構(gòu)的雙面含氟背板；同時(shí)很多背板也在內(nèi)層使用 PE 結(jié)構(gòu)，例如常見(jiàn)的 TPE 和 KPE 結(jié)構(gòu)的單面含氟背板；同時(shí)也有在背板內(nèi)層使用氟碳涂層以及兩側(cè)均使用氟碳涂層，例如常見(jiàn)的 KPC、CPC 和 TPC 結(jié)構(gòu)的雙面含氟背板；無(wú)氟背板通常在內(nèi)層使用 PE 和聚烯烴，外層搭配 PA 和聚烯烴通過(guò)共擠法生產(chǎn)而成，例如常見(jiàn)的 AOE 和 OOO。

各層材料介紹

PET

PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯），俗稱聚酯薄膜，由對(duì)苯二甲酸乙二醇酯發(fā)生脫水縮合反應(yīng)而來(lái)。

對(duì)苯二甲酸乙二醇酯是由對(duì)苯二甲酸和乙二醇發(fā)生酯化反應(yīng)所得。在背板結(jié)構(gòu)中通常簡(jiǎn)稱為“P”。

PVF

PVF（聚氟乙烯），由氟和氟碳分子的共聚體擠壓而成的共聚物，美國(guó)杜邦公司是 PVF 薄膜的知名生產(chǎn)商，杜邦的注冊(cè)商標(biāo) TEDLAR 是光伏行業(yè)現(xiàn)在使用最多的PVF 薄膜，TPT 或 TPE 中的 T 指的是 TEDLAR，在背板結(jié)構(gòu)中簡(jiǎn)稱為“T”。

PVDF

PVDF（聚偏二氟乙烯），法國(guó)阿科瑪公司是 PVDF薄膜的知名生產(chǎn)商，阿科瑪為其 PVDF 注冊(cè)了商標(biāo)KYNAR，KPK 或 KPE 中 的 K 指的是 KYNAR。

PVDF薄膜也已完全國(guó)產(chǎn)化，例如南通中天、杭州福膜等公司。現(xiàn)是否是阿科瑪公司的 PVDF，一般需強(qiáng)調(diào) K 膜來(lái)源。

氟涂層

氟涂層與 PVF、PVDF 氟膜的區(qū)別在于，直接使用以氟樹脂為主要成分的氟碳涂料涂覆在 PET 基材表面成膜，常用的氟樹脂有 PCTFE( 三氟氯乙烯樹脂 )、PTFE( 聚四氟乙烯 )、FEVE( 氟乙烯與乙烯基醚共聚物 )。在背板結(jié)構(gòu)中簡(jiǎn)稱為“C”或“F”。05PEPE 是聚乙烯，廣泛用于背板內(nèi)層結(jié)構(gòu)，通常加入EVA 材料。在背板結(jié)構(gòu)中簡(jiǎn)稱為“E”。

PA

PA 是聚酰胺，俗稱尼龍(Nylon)，它是大分子主鏈重復(fù)單元中含有酰胺基團(tuán)的高聚物的總稱。在背板結(jié)構(gòu)中簡(jiǎn)稱為“A”。

PO

PO 是聚烯烴，指乙烯、丙烯或高級(jí)烯烴的聚合物，是與 EVA 類似的組件封裝材料，現(xiàn)也用于背板中間層或內(nèi)層。在背板結(jié)構(gòu)中簡(jiǎn)稱為“O”或“P”。

背板類型與對(duì)比

使用各種材料，搭配在各結(jié)構(gòu)層，即可生產(chǎn)出多種多樣的背板，現(xiàn)將主流背板類型進(jìn)行對(duì)比，詳見(jiàn)表 2。


光伏組件背板選型建議

PET 耐水解等級(jí)

PET 是由對(duì)苯二甲酸乙二醇酯發(fā)生脫水縮合反應(yīng)而來(lái)，作為背板芯材，本身結(jié)構(gòu)決定了其在高溫高濕的條件下非常容易水解，且容易受紫外光老化降解。所以在選擇背板中間層所用的 PET 時(shí)首先應(yīng)根據(jù)不同的溫濕度環(huán)境來(lái)選擇。目前行業(yè)內(nèi)使用的 PET 耐水解等級(jí)一般為PCT 48 和 PCT 60（溫度121℃，濕度 100%，壓力 0.2MPa下實(shí)驗(yàn) 48h 或 60h，PET 的斷裂伸長(zhǎng)率在 10% 以上且背板無(wú)脆化現(xiàn)象），PCT 試驗(yàn)是一種加速的濕熱老化測(cè)試方法，根據(jù)試驗(yàn)對(duì)比，行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為 PCT 48h 測(cè)試相當(dāng)于 IEC 標(biāo)準(zhǔn)的 DH 2000h 測(cè)試，已經(jīng)可以保證一般溫濕度地區(qū)的使用，但是對(duì)于高溫高濕的地區(qū)，建議使用PCT 60。

PET 厚度選擇

IEC 61730-1:2016 中規(guī)定，DTI 值與組件的系統(tǒng)電壓有關(guān)，不同的系統(tǒng)電壓 DTI 值要求不同，其中 1000V組件要求 DTI 最低為150μm，1500V 組件要求 DTI 最低為 300μm。同時(shí)規(guī)定 DTI 計(jì)算時(shí)，其各層絕緣材料RTI( 相對(duì)熱指數(shù) ) 至少要滿足90℃ 要求。目前對(duì)于復(fù)合型以及復(fù)合型 + 涂覆型的背板在計(jì)算DTI 時(shí)，由于膠水層的厚度不計(jì)算在內(nèi)，DTI 數(shù)值的計(jì)算取決于外層、PET 以及內(nèi)層的厚度。涂覆型和共擠型的背板由于無(wú)膠水粘接，DTI 數(shù)值的計(jì)算是各層厚度之和，所以針對(duì)不同系統(tǒng)電壓下背板的 PET 選擇，應(yīng)結(jié)合以上不同結(jié)構(gòu)背板類型，除考慮內(nèi)外層絕緣層厚度外，還應(yīng)考慮 PET 的厚度，以保證背板的絕緣性能。

不同輻照度下的背板選型

我國(guó)的太陽(yáng)能資源年水平面輻照總量分布不均，因此應(yīng)根據(jù)不同的輻照總量來(lái)選擇相應(yīng)的氟膜，結(jié)合以上，建議應(yīng)根據(jù)不同的氣候類型及太陽(yáng)能資源豐富程度，綜合 PET 與氟膜來(lái)選擇不同背板，按照表 2 中對(duì)背板的分類，從中挑選了相對(duì)適合該氣候類型及太陽(yáng)能資源豐富程度的幾種背板作為參考，見(jiàn)表 3。


總結(jié)

光伏背板從上世紀(jì) 70 年代發(fā)展到今天，市場(chǎng)的主流產(chǎn)品已可滿足背板在組件廠的生產(chǎn)需求，而在戶外環(huán)境25 年的應(yīng)用保證，是背板選型的關(guān)鍵?，F(xiàn)在通常的手段是根據(jù) IEC 的高溫高濕、濕凍循環(huán)、冷熱循環(huán)等型式試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)背板進(jìn)行測(cè)試和篩選。

隨著材料的不斷進(jìn)步，主流產(chǎn)品已均可滿足 IEC 標(biāo)準(zhǔn)的要求，現(xiàn)在背板廠和組件廠為了進(jìn)一步地篩選，通常將實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度加倍，甚至加至3 倍、5 倍，但同時(shí)帶來(lái)了背板成本的升高。如何能夠平衡性能與成本，成為了新的問(wèn)題。實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，背板根據(jù)組件項(xiàng)目地不同，使用環(huán)境區(qū)別很大，對(duì)背板進(jìn)行差異化的選擇，才是正確的背板選型方案。

根據(jù)項(xiàng)目地氣候特點(diǎn)與背板測(cè)試要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不同的環(huán)境對(duì)背板的要求不同，比如：沙漠氣候和高原氣候背板，對(duì)耐紫外輻射要求較高，對(duì)耐鹽霧幾乎無(wú)要求；農(nóng)場(chǎng)背板，對(duì)耐氨氣要求較高，對(duì)其他要求中等；屋頂背板，對(duì)除防火外的各項(xiàng)要求均較低。

因此，背板是雙面含氟、還是單面含氟、甚至無(wú)氟，是復(fù)合法生產(chǎn)、還是涂覆法生產(chǎn)、甚至共擠法生產(chǎn)，都不是背板選型的決定性因素，根據(jù)使用環(huán)境對(duì)背板進(jìn)行選擇，才是較為科學(xué)的選型方式。

原標(biāo)題： 光伏組件背板材料的技術(shù)發(fā)展及選型