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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，多種的選擇同時也帶來了選擇上的困難，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，對目前市場上的有機(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、單面含氟背板及無氟背板。常見的外層結(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等材料可同時用于內(nèi)層，做成對稱的三明治結(jié)構(gòu)，例如常見的 TPT 和 KPK 結(jié)構(gòu)的雙面含氟背板；同時很多背板也在內(nèi)層使用 PE 結(jié)構(gòu)，例如常見的 TPE 和 KPE 結(jié)構(gòu)的單面含氟背板；同時也有在背板內(nèi)層使用氟碳涂層以及兩側(cè)均使用氟碳涂層，例如常見的 KPC、CPC 和 TPC 結(jié)構(gòu)的雙面含氟背板；無氟背板通常在內(nèi)層使用 PE 和聚烯烴，外層搭配 PA 和聚烯烴通過共擠法生產(chǎn)而成，例如常見的 AOE 和 OOO。

各層材料介紹

PET

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

對苯二甲酸乙二醇酯是由對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，美國杜邦公司是 PVF 薄膜的知名生產(chǎn)商，杜邦的注冊商標(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)中簡稱為“T”。

PVDF

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

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

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)中簡稱為“A”。

PO

PO 是聚烯烴，指乙烯、丙烯或高級烯烴的聚合物，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)中簡稱為“O”或“P”。

背板類型與對比

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)行對比，詳見表 2。


光伏組件背板選型建議

PET 耐水解等級

PET 是由對苯二甲酸乙二醇酯發(fā)生脫水縮合反應(yīng)而來，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 時首先應(yīng)根據(jù)不同的溫濕度環(huán)境來選擇。目前行業(yè)內(nèi)使用的 PET 耐水解等級一般為PCT 48 和 PCT 60（溫度121℃，濕度 100%，壓力 0.2MPa下實(shí)驗(yàn) 48h 或 60h，PET 的斷裂伸長率在 10% 以上且背板無脆化現(xiàn)象），PCT 試驗(yàn)是一種加速的濕熱老化測試方法，根據(jù)試驗(yàn)對比，行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為 PCT 48h 測試相當(dāng)于 IEC 標(biāo)準(zhǔn)的 DH 2000h 測試，已經(jīng)可以保證一般溫濕度地區(qū)的使用，但是對于高溫高濕的地區(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。同時規(guī)定 DTI 計算時，其各層絕緣材料RTI( 相對熱指數(shù) ) 至少要滿足90℃ 要求。目前對于復(fù)合型以及復(fù)合型 + 涂覆型的背板在計算DTI 時，由于膠水層的厚度不計算在內(nèi)，DTI 數(shù)值的計算取決于外層、PET 以及內(nèi)層的厚度。涂覆型和共擠型的背板由于無膠水粘接，DTI 數(shù)值的計算是各層厚度之和，所以針對不同系統(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

我國的太陽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能資源豐富程度，綜合 PET 與氟膜來選擇不同背板，按照表 2 中對背板的分類，從中挑選了相對適合該氣候類型及太陽能資源豐富程度的幾種背板作為參考，見表 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)室對背板進(jìn)行測試和篩選。

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，但同時帶來了背板成本的升高。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)與背板測試要求的對應(yīng)關(guān)系，不同的環(huán)境對背板的要求不同，比如：沙漠氣候和高原氣候背板，對耐紫外輻射要求較高，對耐鹽霧幾乎無要求；農(nóng)場背板，對耐氨氣要求較高，對其他要求中等；屋頂背板，對除防火外的各項(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