光伏背板的环保迭代

专访江苏索拉菲斯合成材料有限公司总裁彼特•沃尔符斯雷讷（Peter Wolfslehner）



“从防患于未然的角度来说，减少乃至杜绝光伏系统设备产品中的有毒物质，可能是最好的办法。这是光伏产品生产商必须要面对的课题。我们需要思考的是，如何让这种生产清洁能源的系统本身，乃至它的设备的生产过程，都变得更加清洁和环保一些？”

对于正在大量应用于建筑及其他生活设施上的光伏发电系统而言，其所使用的材料是否完全无毒、无污染，无疑将会成为一个越来越重要的基本条件。

作为清洁的能源，光伏发电与社会生活具有非常广泛的结合前景。特别是分布式光伏发电的应用，正越来越多地出现在人群密集的社会生活空间中，非常容易被人们接触到。因此，其配套设备是否对人畜完全无毒、副作用，至关重要，这无疑对光伏系统产品的生产材料提出了更高的“清洁”要求。

而在整个光伏发电系统的配套设备中，长时间暴露于室外的电池组件，除了要长期历经恶劣的气候环境检验，还将经受火灾、地震等突发灾害的考验，因此其构成材料不仅应具备较高的耐候性能，同时还应具有良好的环境友好性。

曾有媒体报道，在欧洲、澳洲、日本市场，均曾发生过多起屋顶光伏系统火灾事故，并出现过因电池组件燃烧后散发出有毒气体而致人中毒的事件。

调查结果显示，不少光伏系统起火，多是由于系统设计、安装不规范所致。有毒气体的来源，则与部分组件封装材料中含有有毒物质有关，而背板中含有剧毒化学物质——氟，可能正是原因之一。

年前，总部和研发部门位于奥地利的光伏组件背板供应商江苏索拉菲斯合成材料有限公司（以下简称“索拉菲斯”）在上海宣布，正式推出不含氟的环保背板——基于PA12材料的光伏组件背板SF0150。

作为绝缘材料和光伏背板方面的专家，彼特•沃尔符斯雷讷（Peter Wolfslehner）在创办索拉菲斯之前，曾就职于全球知名光伏背板企业多年。日前，记者记者在上海专访了现任职索拉菲斯公司总裁的他。

彼特先生说，在一个新技术、新材料乃至新思想不断迭代的年代，光伏背板材料也正在迭代。而此次的迭代主题，正是环保。

记者：据我们所知，利用化学材料制作出来的光伏组件背板，被称之为“柔性背板”，以区别于此前利用玻璃的背板，您能给我们讲讲“柔性背板”的来源和历史吗？

彼特：光伏组件背板开始使用玻璃以外的柔性材料，大约起源于十五到二十年前的欧洲市场，之后不久，日本企业也开始跟进。而早期的光伏组件，双面都是玻璃的。

柔性背板的兴起，是由于大量光伏系统开始安装在人们的房屋屋顶上。因为屋顶的承重能力毕竟有限，为了安装更多的电池组件，就必须想办法减轻光伏电池组件的重量，于是技术人员开始研发和尝试利用重量轻的柔性材料制作光伏组件的背板。

但在随后，人们发现，使用柔性背板的电池组件，在加工时还可以大大降低电池片的破片率。因此，越来越多的光伏组件制造企业开始接受柔性背板。

不过，当时的柔性背板价格还比较高，比玻璃贵不少，后来随着产量的提高，成本才开始降低到了与玻璃差不多的水平，也才开始得到大量的应用，并成为光伏组件封装方式的主流。



记者：氟是一种剧毒的化学物质，这应该是一个常识。那么，早先的光伏组件背板为什么会使用含氟的材料呢？

彼特：在不含氟的环保背板出现之前，市场上普遍的背板材料都是含氟的，因此很多人都认为光伏背板材料是必须要含氟的。

最初的背板材料之所以含氟，是因为氟原子在耐候性方面有显著的特性，它具有非常强的抗紫外线性能，这对需要长期在阳光下暴晒的电池组件而言，无疑具有非常重要的意义。

我觉得，当时可能是由于人们对材料的了解和选择范围有限，才让含氟的背板材料在后来似乎演变成了行业约定俗成的标准。

变革，当然不是一件容易的事。何况在材料科技领域，由于研发的巨大投入和技术的惯性，科技工作者们很难去革自己的命。（吐着舌头调皮地笑）

不过，随着光伏行业的成熟，含氟的背板材料在使用中开始出现一些令人头疼的问题。

一般而言，欧美成熟市场均要求企业考虑产品的全生命周期问题。也就是说，生产者并不是仅仅把产品买给客户了就算结束，还要考虑产品的回收处理，并承担由此带来的成本。

在光伏组件回收时，人们就遇到了一个难题，含氟的光伏背板如果通过焚烧处理，则会产生氟化氢等非常剧毒的气体，改用其他方式，氟同样也很难处理。

而此时，在欧洲、日本和澳洲市场，也都曾出现了一些案例，由于屋顶电站发生火灾，造成了消防员或其他人员中毒乃至身亡的事故，虽然其中的原因并不完全是因为背板含氟，但却仍然因此对含氟背板的前景提出了挑战。

有研究结果显示，当氟在空气中的含量达到1PPM（parts permillion，百万分率。1ppm，即一百万千克的溶液中含有1 千克溶质。——编者注）以上时，就会对人带来明显的影响。如果大量氟化物进入人体内，轻则会引起急性中毒，可以产生如厌食、恶心、腹痛、胃溃疡、抽筋出血等病变，重则甚至会造成死亡。而氟化物在燃烧中，释放出来的浓度会更高。（皱着眉头的彼特面对记者耸了耸肩，摊开双手）

当然，使用含氟材料做成的光伏背板，氟的状态处于固化状态，加上目前的光伏背板阻燃性较高，在通常情况下的安全性还是有保障的。

记者：光伏电站发生火灾的原因跟背板材料有关系吗？

彼特：屋顶光伏电站起火的原因，有的是因为系统设计安装不规范，比如布线不合理导致输电线路短路；有的是因为组件产品其他方面的质量问题引起的，比如接线盒的原因；也有的是因为建筑本身发生火灾事故，而引发了光伏系统燃烧。基本和背板没有关系。

曾经有报道说，澳大利亚有近四分之一的屋顶光伏系统存在安装布线问题，并能够导致火灾危险。而荷兰政府也曾警告，有60多万个光伏组件具有火灾隐患。

因此，不管是哪种原因的火灾，如果燃烧到电池板，都有可能因为电池板材料中的有毒物质的挥发和泄漏，而给救火的消防人员造成伤害。随着越来越多的屋顶光伏系统的建成，这显然会成为一个更加显著和紧迫需要解决的问题。

而且，在电池板生命周期最后的回收环节，对于有毒害的物质的处理，同样是个问题。

从防患于未然的角度来说，减少乃至杜绝光伏系统设备产品中的有毒物质，可能是最好的办法。

这是光伏产品生产商必须要面对的课题。我们需要思考的是，如何让这种生产清洁能源的系统本身，乃至它的设备的生产过程，都变得更加清洁和环保一些？

记者：除了您刚才所说的环保与安全外，一般而言，评估光伏背板材料是否优异，还有哪些参考指标？

彼特：一般情况下，评估背板的指标主要有耐候性、电气性能和水汽透过率，当然，还有抗拉强度等。

耐候性，也就是产品的抗老化性能，这可以通过行业内简称的“双85湿热老化试验”来评估。“双85湿热老化试验”，是指在85℃高温和85%的相对湿度这样一个高温高湿的环境下，通过连续不间断的数百上千小时的测试，来观察或检测材料各方面的性能，包括性能的衰减、材料的老化等情况，以达到评估产品质量的目的。

这相当于一个快速的老化过程。行业内大致认同在“双85湿热老化试验”中能达到2000 小时而各方面性能变化保持在一定水准内的组件，其对应的实际寿命相当于20年。

目前，一般的光伏背板在测试到2000小时时，就开始出现材料开裂和性能失效。实际上，这也正是大家公认光伏系统的寿命约在25年左右的一个由来。因为，质量较好的组件背板的寿命也只有25年左右，这限制了组件以及光伏发电系统的寿命。

背板的电气性能，则是指它在系统电压和绝缘性能方面的表现。目前要求的组件背板的系统电压标准，为大于或等于1000v•DC，但也在向着1500v•DC的方向发展，因为组件越来越大，这就要求背板耐系统电压的能力越来越大。同时，要求背板具有更高的电阻率。

水汽透过率，是指在单位面积内水汽透过组件背板的多少，可在38℃、90%的相对湿度这样一种环境下测试。一般情况下要求光伏组件背板的水汽透过率越低越好，因为要阻止水汽浸蚀进去腐蚀EVA 或电池。

水汽透过率的单位是“g/天﹒平方米”。目前，传统背板的水汽透过率在1.5-2.0g/天﹒平方米之间，一般在1.8g/天﹒平方米左右。

除了这几项主要的指标，还有材料的抗拉强度等。

记者：那么，索拉菲斯的新光伏背板在这几项指标上的表现如何？它与传统的光伏背板有哪些不同？

彼特：除了不含有毒的化学物质外，我们最近新推出的SF0150光伏组件背板，在耐候性、电气性能和水汽透过率方面均要优于传统光伏组件背板。

在“双85湿热老化试验”中，SF0150光伏组件背板连续测试到3000小时，基本性能变化不大，而且没有出现材料开裂现象。本来测试还可以继续往下做，但有点遗憾的是，到了3000小时后我们自己放弃了，因为这个表现已经大大优异于传统的背板了。

电气性能方面，SF0150光伏组件背板基本在1200v•DC 左右，从电气安全的角度讲还有一定的富余，可以比较容易地做到1500v•DC的标准。它的电阻率表现可能更优秀一些，比传统背板要高出将近十倍。

传统背板的电阻率一般在7×1010到8×1015之间，SF0150则达到了70×1010~15。

而SF0150在水汽透过率方面，不仅低于传统背板，范围在1.0-1.9g/天﹒平方米，一般为1.3g/天﹒平方米左右，更重要的是，SF0150的水汽透过率是可以可根据客户的需求进行调节的。

这种可调节有什么意义呢？虽然，理论上来说，背板的水汽透过率越低越好，但不同客户的要求，也总是千差万别的。比如，有的客户就跟我们反映说，他的组件由于设备问题做得一般，里面有一些挥发物需要挥发出去，或者因为层压工艺达不到，因此抽真空抽得不太好，需要排空气出去，这样的客户就需要水汽透过率高一些。而另外的客户则说，他的光伏组件要用在海边的电站，环境很潮湿，因此需要更低一些的水汽透过率。

这种可调节，是传统背板做不到的。或者，传统背板只能通过调整材料厚度来实现这种调节，而SF0150则可以在相同厚度下实现可调节。因此，对客户来讲，当我们了解了他们的生产设备及工艺情况后，就可以提供量身定制的透过率。

另外，SF0150在热导率方面的表现同样也比传统背板优秀。一般背板的热导率约为0.15W/mk，SF0150则能做到0.25 W/mk左右。虽然热导率不是背板较重要的一项指标，但对于将太阳80%以上的能量转化为了热能的光伏电池组件而言，热导率高的背板材料当然更好。可能一些组件生产商有些忽略了这项指标，但在许多光伏电站投资者看来，这其实是相当重要的一个表现。

同时，SF0150背板一次挤压成型的生产工艺，相对于需要使用各种溶剂来将材料复合在一起的传统背板生产工艺而言，也具有更高的环保性。

传统背板的生产，无论是涂氟工艺，还是复合工艺，都要用到化学溶剂，而多数化学溶剂都会含有丙酮和甲苯等有毒原料，虽然这些化学溶剂是在封闭的环境下使用，但毕竟是有毒或者有污染的原料。

而SF0150背板一次挤压成型的生产工艺，则基本上是一个物理加工工程，两者环保性一目了然。

除此以外，在大家更为关心的成本方面，SF0150也具有相当大的竞争力。

记者：SF0150是如何做到这样的表现的？

彼特：这就要说到索拉菲斯背板所使用的原材料了。

SF0150 背板的主要原材料，来自于德国的Evonik公司，这家创办于1846年拥有近180 年历史的公司是全球最知名的化工企业之一，他们的一位比利时科学家在上世纪70年代时开发出了一种创新的材料PA12。

这种材料无毒无污染，同时具有良好的耐腐蚀性及耐候性能，目前已被大量使用于海底电缆、石油管道、汽车油管等长期需要在恶劣环境下工作的产品中。

在几年以前，为了开发新的光伏背板，我们发现了PA12这种材料，并与Evonik公司的科学家一起开发出了基于PA12材料的光伏背板。目前，我们是世界上唯一只使用PA12材料生产光伏背板的公司。（吴军杰）