浅析光伏组件背板材料的技术发展及选型建议

在过去的浅析几十年，全球能源需求极速增长，光伏预计到2030年全球能源需求将比2005年增加50%以上。组件展及当前，背板全球能源消费主要是材料以煤炭、石油、选型天然气等为主的建议常规能源，但其存量有限，浅析在能源需求持续增长的光伏背景下，存在化石能源耗尽，组件展及出现能源危机的背板风险。太阳能作为一种可再生能源，材料相较于传统能源具有清洁、选型安全、建议可持续和不会枯竭等优势，浅析而光伏发电是太阳能利用的一种主要方式，其在长期的能源战略中具有重要地位。

光伏组件背板是一种用于太阳能电池组件的封装材料，位于太阳能光伏组件的背面，主要的作用是阻隔空气、阻隔水汽、阻隔紫外线等，从而使得太阳能组件寿命达到25年以上的质保要求。本文主要以有机高分子背板材料为例，对目前市场上的材料从结构、生产工艺、技术特点等方面进行分析，建议在背板选型时可根据不同的应用环境，从耐老化性能、PET紫外光降解及PET厚度三个方面进行综合考虑。

一种光伏背板,其特征在于,包括从内至外依次设置的胶膜层、内保护层、金属薄膜和外保护层,所述金属薄膜上开设有若干第一预制孔,所述胶膜层、所述内保护层和所述外保护层上开设有与所述第一预制孔一一对应的若干第二预制孔,所述第二预制孔贯穿所述光伏背板,所述第二预制孔与所述第一预制孔的中心相同,且所述第一预制孔的尺寸大于所述第二预制孔的尺寸；所述金属薄膜的尺寸小于所述胶膜层、所述内保护层和所述外保护层的尺寸,且所述金属薄膜的边缘与所述胶膜层、所述内保护层和所述外保护层的边缘之间具有第一间距。

中国光伏产业发展路线图（2021年版）对背面盖板材料占有率作了分析和预测（如图1所示），可以看出背板材料种类相当的多，因此在材料选择的余地也相当的大。

因此本文主要以除玻璃盖板材料外的有机高分子背板材料为例，对目前市场上的有机高分子背板材料进行调研分析，为材料的选择提供参考。

主流光伏组件背板的制作方法多样，要论制作其生产工艺又可划分为可分为复合法、涂覆法、共挤法三种。

按照背板三层结构的内层和外层是否含氟，可区分为双面含氟背板、单面含氟背板及无氟背板。常见的外层结构有PVF、PVDF等含氟材料，也有使用改性PET作为背板外层；以上的PVF、PVDF等材料可同时用于内层，做成对称的三明治结构，例如常见的TPT和KPK结构的双面含氟背板；同时很多背板也在内层使用PE结构，例如常见的TPE和KPE结构的单面含氟背板；同时也有在背板内层使用氟碳涂层以及两侧均使用氟碳涂层，例如常见的KPC、CPC和TPC结构的双面含氟背板；无氟背板通常在内层使用PE和聚烯烃，外层搭配PA和聚烯烃通过共挤法生产而成，例如常见的AOE和OOO。

背板类型与对比：

使用各种材料，搭配在各结构层，即可生产出多种多样的背板，现将主流背板类型进行对比，详见表2。

PET耐水解等级：

PET是由对苯二甲酸乙二醇酯发生脱水缩合反应而来，作为背板芯材，本身结构决定了其在高温高湿的条件下非常容易水解，且容易受紫外光老化降解。所以在选择背板中间层所用的PET时首先应根据不同的温湿度环境来选择。根据试验对比，行业内普遍认为PCT48h测试相当于IEC标准的DH2000h测试，已经可以保证一般温湿度地区的使用，但是对于高温高湿的地区，建议使用PCT60。

PET厚度选择：

IEC6171:2016中规定，DTI值与组件的系统电压有关，不同的系统电压DTI值要求不同，其中1000V组件要求DTI最低为150μm，1500V组件要求DTI最低为300μm。同时规定DTI计算时，其各层绝缘材料RTI(相对热指数)至少要满足90℃要求。

不同辐照度下的背板选型：

我国的太阳能资源年水平面辐照总量分布不均，因此应根据不同的辐照总量来选择相应的氟膜，综合PET与氟膜来选择不同背板，按照表2中对背板的分类，从中挑选了相对适合该气候类型及太阳能资源丰富程度的几种背板作为参考，见表3。

近年来，中国的光伏发电已实现了“平价上网”，其发电成本已经低于传统的火力发电成本。光伏组件技术也不断迭代，不断推陈出新，自双面光伏组件被第3批光伏“领跑者”基地大规模采用以来，国内主流光伏组件生产厂家均更新了其双面光伏组件生产线，使双面光伏组件越来越广泛地被光伏电站设计人员应用到现阶段的光伏发电项目中。

在适合情况下，通过提升双面光伏组件背面发电量来降低光伏电站的平准化度电成本已成为广泛认知。虽然当前双面光伏组件的制造技术已经十分成熟，但是在光伏电站的系统集成应用方面尚有很多问题未进行彻底研究，并且关于系统集成设计中双面光伏组件的特点及需要注意的问题也出现了一些不同观点。

根据双面光伏组件可以两面都吸收太阳辐射的特性，当光伏电站采用双面光伏组件时，在系统集成设计中应该综合考虑双面光伏组件背面接收的太阳辐照度情况，而不能仅根据双面光伏组件正面接收的太阳辐照度情况来确定系统集成设计方案。

一类光伏组件,其特征在于,包括：相对设置的背板和前板；电池串,设于所述背板和所述前板之间；汇流条,电性连接于所述电池串；及防水结构,夹设于所述背板和所述前板之间；所述背板上设有引线孔,所述汇流条具有引出端,所述引出端经由所述防水结构穿出于所述引线孔；其中,所述引线孔在参考面上的正投影位于所述防水结构在参考面上的正投影的外轮廓内,所述参考面为平行于所述引线孔所在平面的平面。

而从光伏组件背景材料发展至今，现在通常的手段是根据IEC的高温高湿、湿冻循环、冷热循环等型式试验，在实验室对背板进行测试和筛选。随着材料的不断进步，主流产品已均可满足IEC标准的要求，现在背板厂和组件厂为了进一步地筛选，通常将实验强度加倍，甚至加至3倍、5倍，但同时带来了背板成本的升高。

然而，如何能够平衡性能与成本，成为了新一轮较为棘手的问题。

在现在的实际应用当中，背板往往会根据组件项目地不同，而相对的使用环境区别很大，对背板进行差异化的选择，才是正确的背板选型方案。根据项目地气候特点与背板测试要求的对应关系，不同的环境对背板的要求不同，比如：沙漠气候和高原气候背板，对耐紫外辐射要求较高，对耐盐雾几乎无要求；农场背板，对耐氨气要求较高，对其他要求中等；屋顶背板，对除防火外的各项要求均较低。

因此，背板是双面含氟、还是单面含氟、甚至无氟，是复合法生产、还是涂覆法生产、甚至共挤法生产，都不是背板选型的决定性因素，根据使用环境对背板进行选择，才是较为科学的选型方式。