从光伏发电系统生命周期做起 保护环境

在环境监管日趋严格，环保理念日渐深入人心后，环境友好型的产品无疑更能获得市场的追捧。2017年第一季度，国内外几大光伏组件背板材料生产商纷纷通过以技术创新、新品展示、战略合作等方式解密各自在材料环保方面取得的成果，以“环境友好”为名义的组件背板材料争夺暗战在中国这个最大最具特色的光伏市场硝烟四起。

所谓外行看热闹，内行看门道，究竟哪种背板材料更加对环境友好?蛋糕就那么大，孰优孰劣市场会给出自己的选择。

百家争鸣的光伏背板市场

日前，美国市场调研机构GTM Research预测，2017年全球新增太阳能装机量将超85GW。如果以1GW需要600万平方米背板测算，今年约有100亿元人民币的市场规模，巨大的市场吸引了一大批企业“扎身其中”。

目前市场上主流光伏背板的技术路线包括复膜型与涂覆型，复膜型材料分为含氟和非氟背板，含氟背板以基于杜邦™ Tedlar® PVF薄膜为主流，其主要结构为双面Tedlar® PVF薄膜背板(即TPT，Tedlar®/PET/Tedlar®);其它含氟背板还有基于PVDF膜和FEVE涂料。

非氟材料背板包括基于PET聚酯薄膜或PA聚酰胺(俗称尼龙)的背板。其中PA背板典型结构为三层PA聚酰胺或PA聚酰胺/PP聚丙烯/粘接层。

减少失效组件，将环保渗透到实际应用中

相关数据显示，目前含氟背板占据70%以上市场份额，然而市占比背后，多重势力在博弈。

由于业内外对“平价上网”的呼声日盛，光伏行业降本增效需求陡增，不少组件生产商开始尝试新的封装材料，以进一步降低成本，这也为新进入者提供了机会。随之而来的是大量未经长期户外实际验证的原材料被引入光伏电站，这类新产品称为环境保护而来，却很有可能因可靠性问题，在未来十年使光伏电站产生数量众多的报废组件。

背板是组成整个光伏组件里很小的一个部件。从能耗来看，氟膜只占整个组件生产过程不到1.5%的能耗。但背板失效却有可能导致整个组件失效报废，其对环境产生的影响远大于背板本身对环境的影响。

“举例来说，只能使用10年的组件和能长期使用超过30年的组件，对环境造成的影响有着显著差别。可靠耐久的背板材料更能保证组件的使用寿命，减少组件提前失效带来的废弃物数量，更具有环境友好性。因此，讨论环保议题的前提是保障组件的长期可靠性。”一位背板生产商如是说。

从2016年开始，PA聚酰胺背板材料在全球范围内发生大面积开裂问题，包括欧洲、印度和中国，且这类背板的开裂失效问题正逐年递增。比如中国西部的一个电站，组件安装于2012年，2013年检测时背板在显微镜下可见微裂纹，由于肉眼无法识别，在当时并未引起重视，然而这些组件在后续几年便出现了如功率显著衰减、背板黄变和开裂等严重失效情况，给电站投资回报带来了严重影响。

优质材料有助于保障组件使用寿命 提升电站收益

中山大学太阳能系统研究所曾对一批老组件进行跟踪回收，该研究所所长沈辉教授表示，各行业应制定产品回收利用和处置的机制，在我们调研回收光伏组件的课题项目中发现，经过23年户外使用，有些组件依然显示很好的整体性能，衰减不大(约6%)，甚至可以继续使用，这与其早期使用好的封装材料有很大关系。随着现代制造业技术的进步以及新材料性能的提升，我们相信组件预期寿命将得到有效的延长。

对于衰减问题，晶澳太阳能副总裁曹博表示：“我们在日本电站项目上同样使用10年的组件(单多晶都有)，其中含氟背板的组件年度衰减0.9%，10年衰减9%，非氟的10年下来衰减了16%，这个衰减是非常大的，辅材选择对组件衰减有重要影响。”

从度电成本角度看，光伏系统运行越久，电力成本就越低，可获得更高投资回报。经测算，一个只能运行10年的光伏系统度电成本是一个能运行25年的光伏系统成本的两倍。

保障组件平稳运行25年以上的寿命使用周期，还是10年一换?基于对电站长期稳定发电的诉求，国内最早从五大电力公司开始，在其电站设备招标文件中，要求“采用Tedlar® TPT背板”。在他们看来，尽管每平方米的单位价格稍高，但权衡全寿命的输出电力及电力衰减程度，使用经受户外25年考验的背板，长期投资回报及稳定性仍高于其它。谁都不希望在电站运行不到10年，又需面临更换组件的窘况，这无异于造成二次浪费，加大环境污染，更增加运营维护的成本。

贴近生活，安全稳定是基础

2017年，被称为分布式光伏发展“元年”，从某种意义上说，分布式无论从经济性(已能和火力发电电价基本持平)，还是环境友好需求方面考量，都已势不可挡。这将带给光伏产业更大的发展空间，同时也将给参与其中的企业带来新的挑战和机遇。

我们很欣喜地看到光伏产业开始从单纯制造业向能源电力输出进行转变，角色变化的背后承载着数十年的发电技术与经验积累，这些积累来自于更成熟的大型地面电站，从材料到设备选型，都经历了大浪淘沙的筛选过程。

就背板材料而言，其在保障组件发电量及使用年限方面扮演关键角色，它是组件与环境之间的电气绝缘体。背板失效可能导致重大灾难、无预警电力衰减并危及安全。

“分布式光伏发电市场井喷在即，未来将会有越来越多的家庭电站，安全问题需提上日程，事实上在一些容易发生火灾的地方，以氟膜为基础的背板可以帮助减少安全隐患。”霍尼韦尔(Honeywell)技术人员此前向媒体表示：“好的背板保护电池片不受环境影响从而高效发电，并始终起到绝缘保护作用。当然，这有个前提，即组件所采用的氟膜必须是质量可靠的。”

从消费者角度考虑，对光伏发电系统的要求比较直观，主要基于发电量与安全性能两方面。据介绍，氟材料之所以被广泛使用在光伏背板上，正是因为其长期稳定的特性。使用超过25年实例认证的产品将增加居民使用光伏发电系统的信心，有助于进一步推动分布式光伏发电在中国的发展进程。

上海某分布式发电EPC公司负责人表示：“我们对分布式发电系统设备的选择更加谨慎，组件使用材料是重要核实环节。不论是地面电站还是分布式电站，尤其居民发电系统，都不应该成为未经认证新产品的试验场，即便是通过了测试也还需观察其户外使用情况，我们要对业主和用户负责。”

尽管市场上通过国际认证机构测试的背板产品不在少数，但有些背板在实际使用过程中还是出现了各种问题。面对户外环境实际情况，目前对背板有六个方面的测试需求：紫外、温度、湿气、环境腐蚀、电气绝缘以及物理保护。除此以外，部分新进入者为了体现新品的性能优势，推出各种单项测试、强化测试等，这对于组件在户外受到的环境应力是不一致的，并无法反映组件在户外老化的真实情况。

尽管光伏行业要求25年质保，但一直缺乏长期老化性能的测试方法和标准，从而导致各种质量不一的材料都能够通过测试，被应用在组件产品上。使用这些材料的组件经过一定时间的户外暴晒，陆续出现老化失效问题。对此，专家建议完善测试方法，以更准确地预测背板材料的长期可靠性，从而更好地保障组件的正常使用。