分布式光伏电站光伏组件背板之选择

分布式光伏电站光伏组件背板之选择,苏州赛伍应用技术有限公司 Cybrid Technologies Inc 2015.3,1,2,气候环境类型,◆适用于任何环境地区 推荐使用在大型光伏电站,,气候温和，高湿，日照时间不长，低盐雾区域,,,,3,4,背板产品设计思想,5,,,,,,,,,背板设计思想,将背板视为耐候的半 导体封装材料 用复合材料的理念来做 到功能多样化、性能的 综合化、失效的分散化,耐候的绝缘材料 外皮决定一切,老标准,改良,耐候的绝缘材料 提高外层的阻水性 提高外层长期耐UV 提高外层热反射 提高内层反光率 提高背板与EVA粘结力,革新,高热稳定性 高散热性（低热阻） 高水汽阻隔性 内层高反射率 中间层耐水解能力 绝缘的可靠性提升,材料复合化,外皮决定背板的一切,外皮决定背板的一切,理想标准,理想背板,TPT,KPK,KPf,背 景,设 计 思 想,关注各层材料、提高综合性能,6,设计思想之材料复合化,没有1种单一材料能满足全部的功能，所以我们选择多层 材料复合成背板，使其达到光伏组件对于背板的多种要求,层与层之间通过接着剂粘结在一起、分子量增大、 加强耐水解性能和内聚力。,万一某单个材料失效后，其他层也可以弥补其功效,,,多重保护措施,,7,,,,综合性能,TPT,KPK,TPE,KPE,AAA,PP +primer （强化PET）,CPC 氟涂料,KPE,KPF,PVF,PVDF,赛伍,透明E膜 （120℃聚乙烯）,白色E膜 （TiO2混合）,改良 TPE,2010年,KAPK,PVDF+铝箔+PET+PVDF,改良 KPE,APA,P+塑料合金,赛伍-DNP同时,耐热E膜 （168℃熔点）,日本,Isovolta,E改良：增加内层的紫外 阻隔能力，变为白色,提高内层本身的耐紫外 提高内层热稳定性 提高背板散热性 提高阻水性 降低成本,E登场：认为内层耐候性可以弱化， 用聚乙烯只解决背板与EVA粘接， 靠聚乙烯来补偿耐局部放电,2013年,2011年,热固性内层,热固性氟皮膜内层,,TPT,铝薄+PET,不计成本 不计寿命,1970年,2003年,德国地面电站大量民用化,用氟碳涂料代替氟膜,不计寿命 不计成本,,少量特殊用途,日本家庭屋顶10年补助计划,,,,,,氟膜供不应求,高效电池,品牌组件厂商走上差异化策略之路→高品质、低成本,国有登场,世界首次民用化开始： 1.重视长期可靠性（产品设计寿命） 2. 重视对水的阻隔,3为降低成本，用PET背板方案解决 水的阻隔,用氟碳涂料代替氟膜,E登场：认为内层耐候性可以弱化，用聚 乙烯的E膜代替了氟膜，解决了与EVA粘 接，但牺牲了耐紫外、耐热性和热稳定性,E改良：增加内层的紫外 阻隔能力，变为白色,E再次改良： 提高内层的耐热性,提高内层本身的耐紫外 提高内层热稳定性 提高背板散热性 提高阻水性 降低成本,赛伍,世界的代表性背板的演变史,日本,欧洲,美国,日本,美国,PPE,欧洲,欧洲,环氧树脂胶,,传播到欧洲，为了降本省略掉了铝箔，但牺牲了水的阻隔性,高阻水性3层结构PVDF诞生，提高了水的阻隔性,,K=3结构PVDF膜和单层结构PVDF膜共存,背板根据电池功率的提高、电池片的变薄和寿命的延长不断在进化，技术创新是这种进化的支撑。,8,不同类型背板关键性能比较表,合格,合格,合格,不合格,KPK、KPF的K为30μ的阿科玛3层结构PVDF；TPT的T为38μ的PVF； KPE的K为25μ的阿科玛3层结构PVDF,氟本身是透明的，不能阻隔UV 阻隔UV靠白色的TiO2颗粒，氟树脂在此起到的是Hold住TiO2颗粒的载体 - TiO2阻隔UV的功效很高，叠层厚度只要0.4um以上就能完全阻隔UV 因此，考虑阻隔UV的话，根本不需要现在这么厚的氟膜。,Truth 1-1 外层：紫外线的阻隔不是靠氟膜，而是靠混入的TiO2颗粒 UV blocking by TiO2;TiO has high efficient UV cutting substance,耐局部放电,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,UV,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,10,,需要纯清的是，混入了无机颗粒的TiO2后氟膜的阻水能力很差（氟涂料更差），加厚是提高水汽 阻隔率的最省心的技术手段办法。 氟薄膜的制膜工艺很难，因此薄膜做不薄。 因此把膜做厚是出于无奈。这两点“短腿”这白白地浪费了氟树脂资源、增加环境负担、浪费客户钱财。 法国Arkema公司的三层结构PVDF氟膜就是为了解决混入了TiO2后氟膜的阻水性下降而做了三层结构 （表面两层是透明的纯PVDF树脂，中间层才是混入TiO2后的白色氟膜）。因此它是当今单位厚度中 水汽透过率最低的氟膜。,Truth 1-2 外层: 氟膜做厚的目的不是为了阻隔UV，主要是为了提高阻水能力和 制膜工艺的局限 Fluorine polymer film has a bad water barrier performance,,水,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,水,,,,,,,,,,,11,,赛伍对各种氟膜进行了落砂实验，同样厚度的不同材质的氟膜略有差异，但差距很小： 18um 170升 20um 185升 25um 200升 30um 250升 - 国内针对模拟最强沙漠地带的风沙强度，对背板外层暂定要求能耐＞150升落沙实验,Truth 1-3: 外层，18um的氟膜就能抗得住最强风沙；内层，无风沙 18um thickness is enough to durate sand storm. Inner layer faces no sand,耐局部放电,风沙,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,12,,耐局部放电,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,胶黏剂层的可靠性很重要 高低温下的剥离力变化（胶黏剂设计） 胶粘剂密度（制造过程） 溶剂残留量（制造过程） 复合时的张力控制范围（制造过程）,Truth 2: 胶粘剂,,PET是背板承担绝缘和阻水的核心主力 氟膜对水阻隔能力并不强,Truth 3：中间层 PET的质量十分重要 PET film quality has been ignored,耐局部放电,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,PET水解后小分子析出， 厚度减薄，导致绝缘性能 下降和胶黏剂粘性失效,PET水解后发生龟裂， 导致绝缘性能下降和 水汽透过量增加,40V+ 950V+40V = 1080V 1000V 氟膜 250uPET 氟膜,,14,PET是赛伍自己设计的特殊规格，与 传统氟背板使用的PET相比，提升了单位体积 的绝缘、耐水和阻水的效能,15,16,,17,赛伍公司力足设计出一款适用于所有地区的背板,我们设计出了KPF背板 来覆盖性地满足不同气候类型对PV组件的要求。,,不需要用胶黏剂粘接、 直接在PET上成膜的氟膜,+ 即使不用胶黏剂，F与PET可靠密着 + 与EVA粘结性： 大于80N/cm + 耐紫外性： 260KWhr照射后，黄变指数△b 3 + 紫外阻隔性： 仅需2u厚，UV阻隔280nm~380nm 阻隔率99.45%（积分球法）,高散热性：比TPT/TPE提高35% 组件长期转换率,阻燃性 ：FSI 34 &UL1703 Class A 安全性,高耐热性：RTI 120℃ 耐热老化性,抗热斑,氟皮膜 （Fluro-skin ）内层： 直接制膜法。将混入TiO2的氟树脂用涂布方式直接涂在PET表面， 并形成一张薄膜的技术。而且不需要胶黏剂该薄膜就能紧紧地附着在PET上。,直接膜制膜法（one step filming technology）把直接制膜技术用在背板上一直是多家 国际资深高分子材料厂商追求的目标，赛伍率先产业化，并已申请发明专利 、KPF结构 专利和产品商标。,®,®,®,获得TUV、JET、CSA、UL、CQC认证,18,KPf的f在保留了氟的耐紫外的优点之后，还把 耐热提升到220℃，克服了E膜那样的热稳定性 不好的问题。 f氟皮膜在保留与厚膜同等的阻隔UV的能力的同 时减薄了氟膜厚度，而且是直接在PET表面成膜的， 因而取消了胶黏剂层。这造就了KPf的散热性比传 统的氟背板提高了30%多，目前是所有氟背板中散 热性最好的。 高反射率：目前赛伍已经发展出反射率超过93%的f 氟皮膜。（400-700nm),明显提高了组件发 电功率。,Fluro-skin fluorine polymer thin film brings other values,19,,-- 所有背板都还没有得到25年大概率不失效的验证。 -- 以测试结果、材料微观结构和其他用途的历史实绩来看， -- 各种氟膜无重要差异，在经验丰富和理性高度较高的发达国家和华东地区几 乎被淘汰了的某特定氟膜，一时得到了经验不足的年轻的中国国有的电站投 资者的青睐，但随着他们的认知度的提高，最近已经出现的放弃特定而走向 开放的局面。 -- 单面氟膜背板和氟涂料背板是氟膜供不应求时代的产物，后来被用来针对双 面氟膜背板的降本措施，随着氟膜复合背板的降本，成为一个过渡性解决方 案,归纳、读逻辑演绎 Conclusion,KPf是背板进化的必然 result of evolution,20,-- 单面氟膜的内层E膜的弱点已被认知和验证，再怎么“修补”、由于 是材质决定了的，有限度。 -- 由于中国国有电站投资者的登场，几近销声匿迹的双面氟膜背板出现 回潮，而独立组件厂商并不认同这种选择，双方处在博弈之中。 -- 在高可靠性和成本压力的夹板中，组件行业一直期待有成本更低的背 板的出现，赛伍在与多家国际高分子企业的开发竞赛中率先实现了高 技术低成本的KPf双面氟膜背板，回答了他们 的期待，开启了电站投资商、组件商和背板厂商三盈的新时代。 -- 作为芯材PET扮演背板的核心作用（绝缘+阻水）没有变化，其质量 最近才被组件厂重视，电站投资商还不懂。 -- 胶黏剂层的批量生产中的可靠性被忽视，其高温下剥离力的设计、溶 剂残留量管控、交联密度管控等稳定性重要因子被 忽视，原因是组件厂商和加工商背景的背板厂商缺乏化学专业知识和 技术手段。 -- 随着对组件的认知的深入和技术进步，不久的将来还会有更好的背板 诞生,21,电池片质量因素以外的组件失效的最重要因素--- 水 - 水汽透过背板和EVA腐蚀电池片上的金属线路，导致锈蚀而电阻上升、电流输出 下降。还会导致电池片温度上升，造成功率下降和电池片早衰； - 组件内产生的酸性气体（EVA中会分解出来）在水介质下对金属锈蚀，导致上述后果； - 即便是PID现象，玻璃中析出的钠离子若没有水作为迁移介质，也不会造成PID现象； - 即便是蜗牛纹现象，若EVA中析出的化学物质没有于水反应，也不会变色而显现。 - 光伏组件是半导体芯片组成的电子线路的组合。在具有40多年工业化历史的半导体 芯片行业，早就证明失效的最重要原因是水，水是绝缘的万恶之源。因此半导体芯片 也需要用封装把水阻隔掉，同时达到电气绝缘。但半导体芯片的封装材料（也是有机 材料）会带来阻止芯片散热的负面因素，也会因封装材料的热变形对芯片造成 隐裂。因此在半导体芯片行业，衡量封装材料好坏的三大核心指标是低透水率、 高散热性和高热稳定性； - 光伏组件的背板和EVA就是半导体芯片的封装材料。就背板来说，发挥上述三大 核心指标的是背板的中间层PET。把关注点只放在外层内层氟膜的材质、忽视PET 的质量（与耐水老化能力有关）和厚度（与阻水能力和绝缘可靠性有关），是 十分片面的，因为氟膜仅仅解决把紫外线阻隔掉、保护PET不受紫外线而老化而已。 要是外皮的氟膜能决定背板的一切的话，那背板就没有必要做成复合材料。 - 外层氟膜的水汽透过率（保护PET少受水的侵蚀）是衡量氟膜好坏的重要指标。,,,23,产品开发的缘由和理念,Key Word：,High Quality Low Cost,细分化 降成本 PROCESS 合理化,,用技术的手段来实现+ 其他,高性能用在最合适的地方，特别针对分布式电站和组件的多样性。 达成效能最优化。给客户最佳的成本控制。,,,TIME,Cost,,,TIME,Quality,24,高反射背板（型号：Cynagard2X5A系列),针对分布式电站，安装角度变小,光利用率下降,要保证发电功率不输给大型电站，甚至更高，需要提高反射率率。,使用场合：分布式，屋顶，电站：,性能特点：反射率优异：大于90%（400-700nm） 发电功率提升0.4W以上 市场上平均在85%（积分球法） 售价不增加。 反射率可以更高至93%以上，发电功率进一步提升， 价格略有上涨。,已全面上市,25,PPF背板（型号：Cynagard275A),背板针对细分化市场,使用场合：分布式，屋顶：,性能特点：阻水性能优异：1.6g/ ㎡*day（红外法） 电器绝缘性能更优异。,已全面上市,26,高阻水背板 型号Super HWB,针对沿海地区，特别是长江以南， 分布式电站细分化市场,从背板自身最大化消除PID，闪电纹的诱因,性能特点：阻水性能优异：SUPER HWB 小于1g/ ㎡*day（红外法ASTM F 1249-06 ） 有三种种结构类型，供客户选择。 电器绝缘性能更优异。成本基本没有上涨。,27,黑色背板：黑金刚型号 黑金刚Cynagard 225A(B),针对屋顶美化,性能特点：黑色纯正 与KPF同结构，使用了赛伍系列背板， 可以直接使用黑色背板。,黑金刚：专门设计的营销方案：开展零售业务 一千平米起订 ，随时在库。,28,1500V背板,针对1500V系统电压电站,性能特点：厚度在0.5mm以下，相对较薄。,通过大幅提高阵列规模、降低太阳能电站中逆变器的使用数量，可获得最低的平准化能源成本。图片来源：福思第一太阳能,29,透明背板,针对透明双玻市场的轻量化需求。 薄膜型电池组件的前板。,性能特点：透光率90% 透明同时，阻隔UV，耐黄变。,30,背板修补液,针对①组件厂组件出厂轻度修复划伤 ②电站使用中被损背板修复,性能特点：使用方便，直接喷涂，常温干燥。 耐候稳定：经过DH1000和UV300KWh 稳定无黄变。 附着力良好，无外观异常。,,组件背面,,31,绝缘小条MPM 型号Cyangard 115E/ Cyangard 115F,针对①现行专用绝缘条不耐黄变。 ②使用背板+EVA形式的绝缘条成本高 厚度厚，不太适应自动装框的要求。,性能特点：耐黄变性能优异。 绝缘强度高，自带粘性，加工简易， 总厚0.300mm,适应自动装框。 成本较低。 有透明的品种。,,,32,POE封装胶膜 型号Cynagard T ® Polyolefin Film,针对①双玻组件，免边框，免封边，阻水 汽侧渗透，。 ②高反光下板，增加功率，解决白色 翻边问题。 ③用于单玻，防止PID，闪电纹。 ④均为热固型，高耐热，首创独自技术专利。,在库：双玻用高透型号。,E&E 研发团队 散热及绝缘材料 简介,2015.01.21,33,导电胶(Conductive Film),研发历程 1995~2009 宇野 敬一(日本东洋纺) 2009~2013 大森 良男(日本索尼化学) 2013~至今 邓建波(赛伍研究员),产品优点 替代传统焊接,减少隐裂,提升效率 热固性聚合物,快速交联 低膨胀系数 应用温度范围(-40℃~125℃) 高粘结强度 低阻抗 耐老化,应用开发领域 移动通信 计算机 汽车工业 医疗设备 光伏电池组件,,,,,,,,热压工具,焊带,导电胶,Busbar,导电胶,,,,,,34,叠层母线排绝缘胶膜,主要特性 1.阻燃等级 VTM-0(UL94) 2.适用温度范围 -40℃～105℃ 3.高粘结强度(与铜板、铝板、镀锡铜等) 4.尺寸安定性 5.高绝缘性能,35,散热材料(覆铜铝基板、散热铜基板),材料特性 ＋导热系数2.0 W/M·K以上 ＋适用温度-40~150℃ ＋绝缘等级AC/3KV ＋低膨胀系数(Low CTE),36,37,感谢各位！,联系方法：苏州赛伍应用技术有限公司 CTO 陈洪野： 手机：13776076962 电邮：chenhy@cybrid.net.cn 营销总监助理舒耀兰:手机：18963684459 电邮：shuyl@cybrid.net.cn,