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环保平衡术:光伏背板材料革新者如何破局

放大字体  缩小字体 时间:2017-01-05  来源:世纪新能源网  作者:张松  浏览:37001
核心提示:很长一段时间内,赵若斐都在问自己一个问题——光伏系统是否应该大规模装在我们的屋顶上?当然,做为一个从事光伏相关材料研发十余年的行业老人,他无比热爱这个产业。正因如此,他认为光伏系统中存在的巨大的安全隐患和挑战不应被商业的逐利性所掩盖…
很长一段时间内,赵若斐都在问自己一个问题——光伏系统是否应该大规模装在我们的屋顶上?当然,做为一个从事光伏相关材料研发十余年的行业老人,他无比热爱这个产业。正因如此,他认为光伏系统中存在的巨大的安全隐患和挑战不应被商业的逐利性所掩盖…

背板围城

2004年,随着德国政府率先出台光伏发电FIT补贴政策,全球光伏产业迎来投资热潮。促使各种材料、设备成为业界热议的话题和投资的热点。当时赵若斐博士刚刚进入全球化学巨头光伏材料领导者企业杜邦公司从事相关产品的研发工作。在太阳能电池组件中背板一直是除硅片以外最重要和关键的材料。背板起到对组件提供老化保护、绝缘和阻水的作用,确保组件户外超过25年的发电使用寿命,影响组件的发电功率和效率衰减,所以背板在很大程度上影响光伏的度电成本。 

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光伏背板材料

传统的背板类型有两大类,即含氟聚合物的如TPT、KPK、TPE、KPE结构背板和全PET结构的背板。具体而言,又细分成双层氟膜、单层氟膜、氟碳涂料、无氟结构背板。这些背板材料都必须采用胶水复合工艺。不仅如此,由于含氟背板含有卤族元素,在组件到达使用年限后若通过焚烧处理会产生氟化氢等毒性气体。如采用掩埋方式,因背板化学结构牢固,至少1000年以内都无法降解。改用其他方式,氟同样很难完美处理。

此前,我们的电站安装在戈壁或者荒漠,使用这样的背板问题不大。但是在我们人群密集的地区,在城市、在屋顶、在学校、在医院、在农田,是存在潜在的风险的。未来25年以后如何回收,这成为一直以来困扰赵若斐的难题之一。为破解相关难题,当时世界最早从事光伏背板业务之一的ISOVOLTAIC伊索沃尔塔公司尝试一种3层PA(尼龙)结构新型背板材料试图解决含氟背板在回收时或者发生意外火灾后产生的隐患问题,但试验结果表明这种三层尼龙结构的背板在户外耐老化性能和透水率存在明显弊端,ISOVOLTAIC探索宣告失败。

研发的“持久战”

5年前,已是杜邦中国技术中心研发负责人的赵若斐,毅然放弃令常人羡慕的世界500强工作,投入到新型背板材料的研发中,并创立尚善公司。创立之初,他给研发团队定了个硬指标“高可靠和环保”缺一不可。众所周知,越是简单的需求,越不容易达到,在否决了传统的背板产品路线后,尚善开始寻找新的突破口,凭借从事多年高分子材料研究的经验及以往研发包装材料中的灵感,尚善确立了全新的共挤技术路线工艺。

光伏背板

赵若斐介绍,聚合物多层包装材料最多可以有9层结构,通过共挤技术来制备,光伏背板只需要3层,不过光伏组件要经受长达25年的户外环境考验,要满足诸多如耐紫外、耐湿热等苛刻条件,所以对于这3层的材料选择和加工尤为重要。“就像一名厨师,一个菜谱的开发,需要解决很多问题与挑战,并且只有亲自实验,优化筛选,反复验证,才能优中选优。

材料的选择与实验过程是漫长的,面对一次一次的失败与问题,赵若斐同其他创业者一样内心也曾煎熬过。但又觉得这是一个机会,如果克服了它,就跨出了一步。当克服了一次问题,两次问题,三次问题,四次问题后,问题便不是问题,每一次遇到问题,都是一次进一步认识和把产品做得完美的机会。赵若斐说:“传统的复合型背板,是先单独做成三种薄膜,再通过胶水复合工艺复合成一张薄膜单独做一张膜,好做。而通过多层共挤的技术同时把三种材料,一次性做成三层薄膜并直接粘结为一体,而且要很完整,难度非常大,一开始我们做出来,缺陷很多,大家很失望。但我找出火柴盒这么大一块好的,没有缺陷。我就告诉大家,你们看到了,有一块火柴盒这么大的能做好,我们整张的就能做好,我说做吧。就是这样。后来我们经过一次一次的试验,找出它缺陷的原因,再一次一次的深入理解和改进,最终把整张薄膜全部做好,完全没有缺陷。。”终于,功夫不负有心人,历时3年研发,经历千百次实验,尚善的3层共挤产品成功了。APE背板成为尚善新材料全球首创的环保背板材料。具有不含氟材料,燃烧不会产生剧毒的氟化氢气体,不使用有机溶剂热固性胶水,易于回收利用等优点。

具体来说,APE背板材料外层是白色耐候的尼龙12膜,具备综合的、优良的耐候性。中间层是改性的高分子材料合金,比传统的PET中间层长期耐水解和水汽阻隔性能显著改进,并有优异的电气绝缘性能;与组件中EVA封装胶膜的贴合层采用改性的聚烯烃材料,与EVA可以形成很好的粘合效果,也具备很高的耐紫外辐照老化性能。

对一般企业来说,产品出来了,应该马上找到销路狠狠的赚上一笔才对。但尚善团队并没有这么做,喜爱研究毛泽东军事理论的赵若斐认为,光伏25年的系统生命周期,就是一场持久战,背板材料的优劣直接关系到业主的投资稳定。,对于曾经多年服务于GE、杜邦企业的赵若斐来说,高可靠性基因已深入尚善团队。为此,在背板产品的研发测试过程中,对产品的可靠性反复测试,坚持改进和优化,追求最高的可靠性和完美的综合耐老化性能还与国内外的认证测试机构以及国内众多的组件企业技术人员交流,有关背板的测试认证方法、反复验证产品性能。经过长达3年的反复测试和多次的改进直至近乎完美,保证产品可靠性、无缺陷、自信、完美地呈现在用户手中。

检验重斧 开创材料领跑者

TPT与TPE之所以成为主流的光伏背板材料必然有着独特的优势,例如TPT背板的氟膜杜邦的Tedlar薄膜在抗紫外方面独特优势,但是不是环保的材料;而中间层PET材料具有优秀的绝缘性能,但是阻水性能较差,耐水解性能也较差,背板的失效并带来组件的失效,主要原因之一是中间层PET不阻水和不耐水解导致的。所以目前传统的背板,存在“痛点”,很多企业都想创新研发更完美的材料,无疑赵若斐是这支创新大军中的幸运儿,开发成功了APE背板。为了印证APE材料的领先性,尚善选择了近乎苛刻的认证实验方式。

很多光伏同仁对光伏电池组件中“双85”认证并不陌生,即在绝对温度85℃与绝对湿度85%环境下,进行连续测试96小时。据报告显示在“双85”湿热老化实验中同比氟膜复合型背板的1500小时,尚善达到3000小时。PCT加速老化性实验中同比传统氟膜材料48小时,尚善达到192小时。在耐紫外老化性能实验中尚善APE背板可承受330kwh紫外辐照不老化,在耐紫外方面完全可以媲美、甚至超越氟材料薄膜。为了更进一步验证产品,尚善建议材料“领跑者”采用“双95” 测试的湿热老化测试。在温度95℃与绝对湿度95%环境下进行实验3000小时实验,结果证明APE经受住了最严酷的湿热老化考验,远远超过传统复合型背板。对于绝缘性能,尚善还提出1200V与1500V电压实验,均大幅高于同类标准。除上述在可靠性方面,尚善APE背板因为具备更高的反光率同比相关材料可提升0.5%功率,为降低光伏系统成本贡献力量。

3年时间内,经过了一系列测试验证了APE背板具有高耐水解性能、高耐紫外老化性能,高绝缘性能、高反光率、高阻水率、高耐风沙性,能够显著提升光伏组件户外可靠性,发电功率、降低蜗牛纹和PID效应。并拿到了权威的VDE、德国TUV莱茵、德国TUV南德、ETL、日本JET、美国UL、中国之力检验中心CQC等机构认证,并被国家光伏质检中心认定为最高4A等级产品。截止目前尚善已申请发明专利20余项,其中国内发明专利18项,国际PCT发明专利2项,已经取得发明专利授权7项。

牵手世界500强

2016年3月,世界500强企业荷兰皇家帝斯曼集团宣布与中国背板生产商——苏州尚善新材料科技有限公司建立商务联盟。根据协议,帝斯曼将负责除中国地区外尚善APE背板材料的独家代理,同时两家公司将为中国区的客户提供联合经营服务。拥有110多年历史的荷兰皇家帝斯曼集团,在全球范围内活跃于健康、营养和材料领域。在全球有200多个机构和超过2.35万名员。该协议的签署对中国背板企业乃至相关产业来说具有划时代意义。因为,此前都是我们代理海外品牌,而在材料届能让世界500强企业代理中国产品还是头一遭。

赵若斐博士正值不惑之年。创业5年他的团队始终坚守“尚善”成立之初的文化寓意。即尚善若水或明代大思想家王明阳的 “无善无恶心之体、有善有恶意之动、知善知恶是良知、为善去恶是格物“的思想。面对背板行业规模从30GW升至70GW规模产值超百亿元,赵若斐告诉笔者尚善团队崇尚“知行合一,不忘初心”,始终追求尽善尽美,太阳能发电绿色环保,尚善背板让太阳能发电更加环保,不为追求利益产业规模而牺牲环保和质量。目前,尚善产能2GW,相对很多同行市场占有率不高,但至今保持产品零投诉。而对于未来,它们相信只有时间才是验证可靠性和环保最公正的法官。

人物背景:

赵若斐博士,毕业于华东理工大学,苏州尚善新材料科技有限公司总经理,江苏省“双创”领军人才,华东理工大学客座教授、中国可再生能源学会特聘专家,个人拥有发明专利20余项,学术论文20余篇。具有十多年光伏行业从业经验,作为苏州尚善新材料科技有限公司创始人,完成了高性能太阳能背板的开发工作,该背板为国家光伏质检中心4A认证产品,具有可靠性优异、高反光、高绝缘、高阻水、高耐风沙、环保可回收的特点。
 

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