PVDF树脂暴涨200%、供应受限,平价“重压”下光伏背板如何选型?
责任编辑:臧超 作者:光伏们 2021/7/2 16:55:50 浏览:1378 市场

涨价正成为2021年光伏行业的关键词,这其中不仅是来自于由多晶硅料主导的组件上下游成本的持续攀升,受全球大宗商品普涨的影响,化工材料价格也屡创新高,间接也导致了光伏组件成本持续上涨。近日,光伏們了解到,受化工行业PVDF树脂价格上涨影响,目前市场主流的KPC结构背板涨幅已经超过了30%。

 

除了价格之外,PVDF树脂的供应问题也日趋紧张。5月中旬,涂料巨头阿克苏诺贝尔亚太区发布供货紧急沟通函。该企业在沟通函中表示,关键原材料PVDF树脂上游原材料近几个月内价格涨幅超过200%,未来有更高涨幅趋势。鉴于当前形势,自2021年6月1日开始,所有产品线执行月度报价,6月份及后面一段时间的供货量会有相应的限制。


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数据来源:氟化工


根据资料,PVDF的下游应用领域覆盖锂电粘合剂、涂料、注塑料、PVDF薄膜(光伏)、水处理膜等诸多应用。今年以来PVDF树脂价格暴涨,一方面与其上游材料价格上涨有关,另一方面也与锂电池市场的快速增长密不可分(PVDF树脂用于锂电池的粘结剂)。

 

据了解,由于电动汽车的市场骤起,今年以来锂电池对PVDF树脂的用量急剧增加,锂电池巨头在全球范围内抢占PVDF树脂产能。另一方面,PVDF树脂的扩产周期约为2-3年,严重滞后于锂电池需求的增长速度,所以新的扩产计划”远水解不了近渴“。

 

雪上加霜的是,锂电池用PVDF树脂价格远高于光伏、涂料、化工防腐件等领域的产品价格,导致PVDF树脂生产商纷纷将现有产能倾斜到锂电池领域的生产,这进一步加剧了其他应用领域的供不应求形势,这其中便包括光伏发电用PVDF膜。



平价时代选型需兼顾供应与可靠性



面对光伏平价之后的“毫厘必争”,原材料涨价毫无疑问给光伏行业带来了巨大的降本压力。不仅如此,在全球光伏下游需求持续火爆的背景下,产品的供应链管理也将成为平价时代的关键一环。作为光伏组件中承担保护重任的背板,虽然成本占比微不足道,却也是不可或缺的关键辅材。

 

目前,市场上主流的背板类型主要有两种,一是以PVDF膜为基础的KPC结构背板,二是以福斯特为代表的少数企业研发的含氟涂料的涂覆成膜技术。目前,这两条技术路线均实现了下游电站端的大规模应用。在PVDF膜现面临原料供应短缺和成本上涨过快的当下,双涂型含氟结构背板(CPC)由于不受上游原料供应限制,从供应稳定性和成本方面都将凸显出更高的价值。


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图1 双涂型含氟背板的结构示意图


截至目前,福斯特已经累计出货双涂型含氟结构背板(CPC)超过1.5亿平米,使用客户超过50多家,累计安装了约25GW的电站,至今为止电站客户端的质量投诉为0。在光伏组件的认证测试中,CPC背板可达到IEC标准的2倍甚至3倍的测试要求。

 

众所周知,尽管光伏背板在组件成本构成中占比仅为1%左右,但其对电池片的保护却直接决定了光伏组件的户外发电能力,简言之,可靠性是组件企业选择背板的决定性因素。正因如此,组件企业在导入背板供应商时,往往需要经历长时间的认证过程。

 

显然,作为背板企业的“老兵”,福斯特深谙行业痛点。为了更好的验证双涂型含氟结构背板(CPC)的可靠性,福斯特选取了青海和甘肃两地强紫外、多风沙及气候温差大的典型高原地区光伏发电项目进行了实地验证。项目情况如下:

 

项目一:位于青海共和县恰卜恰镇某光伏电站,总规模30MWp,所有组件采用多晶60PCS版型,于2013年并网发电,该项目组件全部采用福斯特的双涂型含氟结构背板(CPC)。

 

项目地点:青海共和县、海拔3100米、沙化土地

并网时间:2013年12月

气候特点:高原强紫外、高风沙、年辐照量约2000kWh/m2


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图2 青海共和30MWp某光伏电站


项目二:位于青海共和县塔拉滩的某100MWp组件实证基地,该基地建成于2016年,是国内最大的,对组件中各类材料、系统、安装等多维度实证对比的试验基地,其中在组件材料对比区,有176件组件(单晶60PCS版型)采用了福斯特的双涂型含氟结构背板(CPC)。

 

项目地点:青海共和县、海拔3100米、沙化土地

并网时间:2016年10月

气候特点:高原强紫外、高风沙、年辐照量约2000kWh/m2


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图3 青海共和某组件实证基地


项目三:位于甘肃省永昌县曹西堡河清滩的某200MWp光伏电站,是甘肃省内规模最大的电站之一,项目一期100MWp规模,于2013年2月电站并网发电,项目组件(多晶60PCS版型)全部采用福斯特的双涂型含氟结构背板(CPC)。

 

项目地点:甘肃永昌县、海拔1700米、戈壁地形

并网时间:2013年2月

气候特点:高紫外、高风沙、年辐照量约1800kWh/m2


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图4 甘肃永昌200MWp某光伏电站


十年户外应用权威数据:发电稳定


不仅如此,为了充分验证双涂型含氟结构背板(CPC)在实际户外使用过程中性能的表现情况,福斯特从青海共和一座于2013年并网的光伏电站中选取了若干组件,针对CPC背板样品进行了实验室数据分析,重点对空气面的涂层厚度、附着力、颜色、光泽度及背板的机械性能、水汽透过率等主要性能指标进行了测试。


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图5 电站项目地组件取样登记


实验数据显示:

 

  • 通过对服役组件上取样的背板进行的材料厚度的检测发现,各层材料厚度基本无变化,外层涂层经过近十年的户外使用,并没有出现减薄(图6)。

 

  • 通过背板的颜色、光泽度等指标进行对比,可以看到的是,在高原强紫外的环境中,背板涂层也并未出现黄变(图7中b值),背板整体的颜色基本与初始样品一致;光泽保持率作为涂层的一项重要指标,用于评价涂层表层是否有粉化侵蚀等,在本次的样品测试中,BEC-301背板外涂层的保光率仍达95%,说明背板在该气候条件下,表层并未受到明显的风沙侵蚀,表面状态仍然完好如初。

 

  • 针对背板的机械性能、电气性能、阻隔性能等进行了全方位的对比分析:高原户外环境与强紫外老化的环境较类似,从图8 我们可以看出户外老化的背板性能比实验室UV老化180kWh的各项性能指标均要好。(备注:以高原年辐照量2000kWh/m2,UV占比4%,10%的地面反射率,9年户外的UV老化辐照量为180kWh)


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图6 CPC背板的各层厚度(左图为留样;右图为电站背板取样)


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图7 CPC背板空气面Lab值变化(分6个测试区域)


图片 92.png图8 实证CPC背板与实验室老化样品性能对比


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图9 CPC背板初始样与户外样对比


综合上述分析测试结果可以发现,在青海、甘肃两地的强紫外、多风沙、气候温差大的高原地区条件下,经历了接近十年的户外应用后,福斯特双涂型含氟结构背板(CPC)各方面的性能保持非常优秀(图9),主要体现在以下五点:

 

1、空气面涂层的外观颜色值基本不变,黄度指数增长很小,光泽度保持率高,能耐住强紫外的破坏;

2、空气面涂层厚度基本无减薄现象,能满足此类地区风沙的侵蚀;

3、空气面涂层附着力保持100%,不存在涂层脱落、开裂、粉化等现象;

4、CPC背板整体水汽透过率能保持在低于2g/m2.d;

5、CPC背板的机械性能保持90%以上:拉伸强度大于100Mpa,延伸率大于80%


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图10 使用时间超过10年的光伏组件、背板为福斯特双涂背板

 

除了上述的数据分析之外,福斯特还走访了数座大型地面光伏电站,检查了大量使用福斯特双涂型含氟结构的背板(CPC)的光伏组件,均未发现有肉眼可见的鼓包、粉化、开裂、脱落、黄变等不良现象,组件的发电功率表现稳定。同时,在考察过程中,在同个发电项目的组件试验材料对比区中也观察到了一些非氟背板整体开裂的现象,这些数据也证明了材料在户外实地的失效基本与实验室加速老化产生的失效较为吻合。


图片 95.png图11 非氟背板沿焊带开裂的现象


福斯特认为,经过对青海及甘肃地区的地面光伏电站的实际考察,可以证明双涂型含氟结构背板(CPC)在此类强紫外、多风沙、气候温差大的地域环境下,完全可以为组件提供可靠的保护。后续福斯特还将继续考察更多项目,跟踪在不同地域气候条件下双涂型含氟结构背板在电站项目上的应用情况。

 

福斯特从2008年开始致力于涂覆型背板的研发,十年磨一剑,在涂层配方的改性技术与精密涂覆加工技术方面积累了丰富的经验,对如何提高氟涂层致密成膜,耐候性,绝缘性,及与PET等材料的高粘结力等技术难题方面掌握核心技术,产品十多年来的应用表现积累了良好的市场口碑。截至目前,福斯特光伏背板累计出货45GW,其中双涂型含氟结构背板(CPC)占比超过50%。


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目前该公司拥有年产能约8000万平米(约13GW)的光伏背板规模,新建1.1亿平米(约18GW)的光伏背板项目正在抓紧建设中,预计2022年上半年开始陆续释放新产能,全部达产时可供货量超过30GW组件的需求。据介绍,福斯特可为客户提供各种类型的常规背板以及大尺寸、高反黑、透明等全系列背板,始终致力于提供优秀品质的背板产品,为客户的组件保驾护航!



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