光伏行業選擇“PVDF”的五大理由

PVDF材料用于光伏行業,主要是在電池和組件的制造環節。


在電池制造端,PVDF用來制作矽片花籃、酸洗槽、鹽酸管道和超純水管道。在組件制造端,PVDF用來制作薄膜并應用于光伏組件的背闆和前闆,已經有十多年的曆史。


在這個領域,國内外起步的時間相距不遠,法國阿科瑪公司起步最早,大約在2009年(其産品簡稱K膜,屬于第一代氟膜)。兩年後,國産PVDF膜也量産并規模化進入光伏市場,最先進入的是加拿大和日本的光伏電站市場(産品簡稱S膜,以示和進口膜的區别)。


國産PVDF膜産品是個原創,和進口膜是同台打擂的。事實證明,經過多年競争後,國産PVDF膜無論在性能上,還是在價格上,都領先于進口的PVDF膜産品。以乳白PVDF膜爲例,其發展曆史和技術路線升級見圖1。


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圖1 光伏用PVDF膜産品升級技術路線圖(MGPP:Multi-Generation Product Plan)


值得一提的是,國産S膜是從第二代産品起步和進入市場的。


由圖1可以看到,光伏行業對PVDF膜的性能要求越來越高,不僅僅需要其具有超耐候特性(耐UV、耐濕熱、耐UV+DH),還需要耐高溫性能(RTI≧125℃)、低溫韌性(-40℃)、和高低溫循環性能(TC600,使用扭曲焊帶)等。并且,一些謹慎的組件廠家,還要求PVDF通過長序列或組合老化序列的測試和認證。


筆者也想在這裏探讨光伏行業選擇PVDF的五大理由


理由一PVDF型背闆(SPC/KPC)能應對全氣候條件


我們知道,光伏和光熱是最重要的可再生能源,在全世界範圍内都得到充分重視并且大規模安裝。光伏組件需要應對各種各樣的氣候挑戰,如幹旱沙漠地區、濕熱地區、高海拔地區、海洋地區和屋面等,各種氣候條件下對應的戶外耐氣候老化性能要求見圖2。

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圖2 不同氣候條件下對應的戶外耐氣候老化性能要求


在現有的市場條件下,組件廠商一般不特定設計對應不同氣候的組件類型,組件需要有全氣候應對的能力。這樣的要求延伸到背闆,此時PVDF型覆膜背闆就是一種理想的全場景選擇。


我們知道,PVDF膜既不怕熱,也很耐寒,對濕熱水汽不敏感,能安全使用于濕熱地區。和塗料型CPC背闆相比,SPC/KPC型背闆的抗風沙能力要好的多,這不僅是由實驗室的落砂實驗所證實,實際上央企的西部地面電站首選的也是覆膜背闆。


PVDF還特别耐鹽霧,遠優于常規的聚合物材料。由于氟原子的存在,PVDF還自帶抑菌和耐藻類生長的能力,因此在海洋環境下,如海邊或海上光伏電站,特别适合PVDF等氟材料發揮其強項能力。此外,PVDF特别耐酸性氣體、不怕酸雨和腐蝕性的煙塵,并且具有良好的阻燃自熄能力,在屋頂電站使用PVDF膜和相關材料也是優選。


理由二:單玻組件更耐冰雹沖擊,可能會引發單玻組件市場的止跌回升


《光伏技術》在2024年3月8日的文章引述PV Evolution Labs(PVEL)的數據,雙玻組件在受到直徑爲50mm的冰雹沖擊時,其玻璃的破碎率可達89%!而對應的單玻組件破碎率僅爲34%。可以推測,即使是更小尺寸的冰雹,也很可能會引起電池片的隐裂。


組件前闆玻璃破碎是嚴重的失效模式,而雙玻組件在2018年之後才大規模應用。電站側,在過去幾年中,經常能聽到雙玻組件的失效案例,例如在運輸、安裝和運營各個環節,時有破碎或自爆的報道。因此,單玻組件市場可能會回暖,性能可靠的SPC/KPC背闆可能會重新被行業所重視。


理由三PVDF膜具有極好的耐腐蝕和阻燃特性,能給組件提供更好的安全防護


在一些應用場景下,如對應于安裝在重污染地區、海邊和海上光伏電站,需要防護材料有更好的耐污、耐腐蝕特性。玻璃并不耐堿,對大多數自然界的粉塵和油污也不具備自清潔能力,而PVDF膜具備非常好的耐污、耐腐蝕特性,且比FEVE塗料要好的多。


圖3給出一個實例,是山東玻璃纖維廠房屋頂的實景。玻璃纖維廠有窯爐,經常有“灰”掉下來。盡管廠家使用了最好的鋼闆,并塗布了聚酯漆或氟碳漆;僅僅過1年,鋼闆上就出現了大面積點蝕。而複合了PVDF膜的鋼闆,雨水一沖,光亮如新。這個應用案例已經有6-7年的運營曆史了。

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圖3 山東泰山玻璃纖維廠的PVDF覆膜彩鋼闆屋頂


理由四組件的BOM成本更低


組件的BOM成本方面,單面單玻組件要比雙面組件要低得多,而雙面單玻可能也比雙玻組件要略低。這裏的假定:單面單玻、雙面單玻組件可以配置EVA膠膜,而雙玻組件至少需要一張POE膠膜。


我們知道,光伏組件采用的白玻璃屬于鈉鉀玻璃,在光伏組件工作時施加系統電壓情況下會建立内電場,引起所謂組件的電勢誘導衰減(PID)。因此雙玻的封裝材料一般需要采用POE或者至少EPE膠膜,而透明背闆組件大概率可以采用雙EVA膠膜方案(特别是考慮到近期LECO電池的興起)。


EVA膠膜比POE膠膜要便宜得多,這些BOM組合的成本分析對比總結在表1中。我們的觀察是,随着LECO電池的興起,單玻組件的用量可能會回升,而SPC/KPC型背闆可靠性最好、價格隻略高于CPC型背闆。


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1 單玻和雙玻組件的BOM非矽成本分析對比

理由五:透明背闆在國内外已經得到大規模實證檢驗


透明背闆在國内外已經得到大規模實證檢驗,在北美和印度已得到大量市場應用。


光伏行業透明背闆主要有四種,分别是共擠型PVF、PVDF、非氟背闆,以及塗覆型透明背闆。早在2018年,美國杜邦和杭州福膜就分别推出了PVF透明背闆和PVDF透明背闆。2019年PVDF透明背闆被國内某央企采用,建設示範實證電站,至今電站運行良好。


透明背闆在國外的接受程度是比較高,特别是使用含氟薄膜的背闆。近年來,透明PVDF膜已大量出口到印度背闆企業,如RENEWSYS和YUVRAJ Packaging;杜邦PVF膜透明背闆主要應用在出口北美地區的雙面組件中;蘇州中來使用透明FEVE塗料制作的透明背闆,也占據了一定的市場份額。筆者相信國内市場,特别包括央企和國企電站,未來也将會大規模采用透明背闆。


在探讨了光伏行業選擇PVDF型背闆和前闆的五大理由之後,我們得出結論:


1)使用PVDF膜的背闆在性能上是最可靠的選項之一,能全天候的對應于各種嚴苛的應用場景;


2)單玻組件的非矽BOM成本最低;


3)使用高分子透明背闆的雙面組件,在國内外已經開始大規模推廣使用,該類光伏組件重量更輕、抗冰雹能力更好一些。


那PVDF如何與氟塑料家族其他的兄弟,如PVF膜和FEVE塗料等,做比較?近期《全球光伏》将特邀光伏材料技術專輯繼續分析PVDF膜、PVF膜、和FEVE塗料的競争比較


轉載:《全球光伏》

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