光伏行业选择“PVDF”的五大理由

【序】PVDF材料用于光伏行业，主要是在电池和组件的制造环节。

在电池制造端，PVDF用来制作硅片花篮、酸洗槽、盐酸管道和超纯水管道。在组件制造端，PVDF用来制作薄膜并应用于光伏组件的背板和前板，已经有十多年的历史。

在这个领域，国内外起步的时间相距不远，法国阿科玛公司起步最早，大约在2009年（其产品简称K膜，属于第一代氟膜）。两年后，国产PVDF膜也量产并规模化进入光伏市场，最先进入的是加拿大和日本的光伏电站市场（产品简称S膜，以示和进口膜的区别）。

国产PVDF膜产品是个原创，和进口膜是同台打擂的。事实证明，经过多年竞争后，国产PVDF膜无论在性能上，还是在价格上，都领先于进口的PVDF膜产品。以乳白PVDF膜为例，其发展历史和技术路线升级见图1。

图1 光伏用PVDF膜产品升级技术路线图（MGPP：Multi-Generation Product Plan）

值得一提的是，国产S膜是从第二代产品起步和进入市场的。

由图1可以看到，光伏行业对PVDF膜的性能要求越来越高，不仅仅需要其具有超耐候特性（耐UV、耐湿热、耐UV+DH），还需要耐高温性能（RTI≧125℃）、低温韧性（-40℃）、和高低温循环性能（TC600，使用扭曲焊带）等。并且，一些谨慎的组件厂家，还要求PVDF通过长序列或组合老化序列的测试和认证。

笔者也想在这里探讨光伏行业选择PVDF的五大理由。

理由一：PVDF型背板（SPC/KPC）能应对全气候条件

我们知道，光伏和光热是最重要的可再生能源，在全世界范围内都得到充分重视并且大规模安装。光伏组件需要应对各种各样的气候挑战，如干旱沙漠地区、湿热地区、高海拔地区、海洋地区和屋面等，各种气候条件下对应的户外耐气候老化性能要求见图2。

图2 不同气候条件下对应的户外耐气候老化性能要求

在现有的市场条件下，组件厂商一般不特定设计对应不同气候的组件类型，组件需要有全气候应对的能力。这样的要求延伸到背板，此时PVDF型覆膜背板就是一种理想的全场景选择。

我们知道，PVDF膜既不怕热，也很耐寒，对湿热水汽不敏感，能安全使用于湿热地区。和涂料型CPC背板相比，SPC/KPC型背板的抗风沙能力要好的多，这不仅是由实验室的落砂实验所证实，实际上央企的西部地面电站首选的也是覆膜背板。

PVDF还特别耐盐雾，远优于常规的聚合物材料。由于氟原子的存在，PVDF还自带抑菌和耐藻类生长的能力，因此在海洋环境下，如海边或海上光伏电站，特别适合PVDF等氟材料发挥其强项能力。此外，PVDF特别耐酸性气体、不怕酸雨和腐蚀性的烟尘，并且具有良好的阻燃自熄能力，在屋顶电站使用PVDF膜和相关材料也是优选。

理由二：单玻组件更耐冰雹冲击，可能会引发单玻组件市场的止跌回升

《光伏技术》在2024年3月8日的文章中引述PV Evolution Labs（PVEL）的数据，双玻组件在受到直径为50mm的冰雹冲击时，其玻璃的破碎率可达89%！而对应的单玻组件破碎率仅为34%。可以推测，即使是更小尺寸的冰雹，也很可能会引起电池片的隐裂。

组件前板玻璃破碎是严重的失效模式，而双玻组件在2018年之后才大规模应用。电站侧，在过去几年中，经常能听到双玻组件的失效案例，例如在运输、安装和运营各个环节，时有破碎或自爆的报道。因此，单玻组件市场可能会回暖，性能可靠的SPC/KPC背板可能会重新被行业所重视。

理由三：PVDF膜具有极好的耐腐蚀和阻燃特性，能给组件提供更好的安全防护

在一些应用场景下，如对应于安装在重污染地区、海边和海上光伏电站，需要防护材料有更好的耐污、耐腐蚀特性。玻璃并不耐碱，对大多数自然界的粉尘和油污也不具备自清洁能力，而PVDF膜具备非常好的耐污、耐腐蚀特性，且比FEVE涂料要好的多。

图3给出一个实例，是山东玻璃纤维厂房屋顶的实景。玻璃纤维厂有窑炉，经常有“灰”掉下来。尽管厂家使用了最好的钢板，并涂布了聚酯漆或氟碳漆；仅仅过1年，钢板上就出现了大面积点蚀。而复合了PVDF膜的钢板，雨水一冲，光亮如新。这个应用案例已经有6-7年的运营历史了。

图3 山东泰山玻璃纤维厂的PVDF覆膜彩钢板屋顶

理由四：组件的BOM成本更低

组件的BOM成本方面，单面单玻组件要比双面组件要低得多，而双面单玻可能也比双玻组件要略低。这里的假定：单面单玻、双面单玻组件可以配置EVA胶膜，而双玻组件至少需要一张POE胶膜。

我们知道，光伏组件采用的白玻璃属于钠钾玻璃，在光伏组件工作时施加系统电压情况下会建立内电场，引起所谓组件的电势诱导衰减（PID）。因此双玻的封装材料一般需要采用POE或者至少EPE胶膜，而透明背板组件大概率可以采用双EVA胶膜方案（特别是考虑到近期LECO电池的兴起）。

EVA胶膜比POE胶膜要便宜得多，这些BOM组合的成本分析对比总结在表1中。我们的观察是，随着LECO电池的兴起，单玻组件的用量可能会回升，而SPC/KPC型背板可靠性最好、价格只略高于CPC型背板。

表1 单玻和双玻组件的BOM非硅成本分析对比

理由五：透明背板在国内外已经得到大规模实证检验

透明背板在国内外已经得到大规模实证检验，在北美和印度已得到大量市场应用。

光伏行业透明背板主要有四种，分别是共挤型的PVF、PVDF、非氟背板，以及涂覆型透明背板。早在2018年，美国杜邦和杭州福膜就分别推出了PVF透明背板和PVDF透明背板。2019年PVDF透明背板被国内某央企采用，建设示范实证电站，至今电站运行良好。

透明背板在国外的接受程度是比较高，特别是使用含氟薄膜的背板。近年来，透明PVDF膜已大量出口到印度背板企业,如RENEWSYS和YUVRAJ Packaging；杜邦PVF膜透明背板主要应用在出口北美地区的双面组件中；苏州中来使用透明FEVE涂料制作的透明背板，也占据了一定的市场份额。笔者相信国内市场，特别包括央企和国企电站，未来也将会大规模采用透明背板。

在探讨了光伏行业选择PVDF型背板和前板的五大理由之后，我们得出结论：

1）使用PVDF膜的背板在性能上是最可靠的选项之一，能全天候的对应于各种严苛的应用场景；

2）单玻组件的非硅BOM成本最低；

3）使用高分子透明背板的双面组件，在国内外已经开始大规模推广使用，该类光伏组件重量更轻、抗冰雹能力更好一些。

那PVDF如何与氟塑料家族其他的兄弟，如PVF膜和FEVE涂料等，做比较？近期《全球光伏》将特邀光伏材料技术专辑继续分析PVDF膜、PVF膜、和FEVE涂料的竞争比较。

转载：《全球光伏》