國慶節(jié)前夕，筆者與相關(guān)機(jī)構(gòu)技術(shù)人員探訪了位于中國西部光伏裝機(jī)大省青海的某屋頂光伏案例。據(jù)業(yè)主介紹，該項(xiàng)目建于2012年，采用固定支架系統(tǒng)和國內(nèi)某知名一線品牌多晶硅電池組件，至今運(yùn)行時(shí)間為6 年。記者看到現(xiàn)場組件背部保護(hù)電池的PVDF薄膜背板材料開裂比例約為80%，開裂方向大多為縱向，給電站運(yùn)維帶來觸電等安全隱患。

據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料顯示，青海省屬高原高山寒溫性氣候，年平均日照數(shù)大于2000小時(shí)，平均海拔高于3000米，年平均降水量400至600毫米，年平均氣溫-5.1~9℃，冷熱溫差較大。據(jù)悉，背板是光伏組件背面關(guān)鍵性材料，它必須具有超強(qiáng)耐候性，機(jī)械性能，絕緣性能以及可呼吸的特性，才能更好地保護(hù)電池并防止水汽聚集在組件內(nèi)部。質(zhì)量較差的背板在短短幾年中就會產(chǎn)生不同形式的失效，例如開裂、黃變、脫層、粉化等，其中背板發(fā)生開裂最為危險(xiǎn)，開裂不僅會影響發(fā)電性能，更嚴(yán)重的狀況將會對運(yùn)維人員造成觸電風(fēng)險(xiǎn)。
圖一：電站項(xiàng)目中80%的組件出現(xiàn)背板外層PVDF薄膜開裂現(xiàn)象，PVDF薄膜開裂大都從電池片間隙處開始，沿縱向。
圖二 特寫照片

圖三，特寫照片 PVDF薄膜裂紋邊緣清晰，裂紋兩頭窄中間寬，裂紋還在發(fā)展中。

價(jià)格vs價(jià)值

據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì)，2007年至2017年十年間，光伏系統(tǒng)價(jià)格下降了90%，我國光伏裝機(jī)量暴漲至130GW，提前4年完成十三五規(guī)劃目標(biāo)。不僅如此，我國光伏系統(tǒng)仍處于成本和價(jià)格快速下降區(qū)間，數(shù)據(jù)顯示2016年一季度到2018年一季度，組件成本下降幅度仍超過15%，未來3年成本可望繼續(xù)降低30%以上。2018年531政策后，國內(nèi)從上游到下游普遍持悲觀情緒，短期內(nèi)面臨比較大壓力，降價(jià)趨勢更為明顯。

縱觀光伏十年爆炸式發(fā)展，降本增效這把雙刃劍功不可沒。然而，仿佛歷史總是這樣重復(fù)和循環(huán)，在組件和電池技術(shù)創(chuàng)新面臨較大挑戰(zhàn)下，產(chǎn)能與良品率競賽成為光伏龍頭最好的選擇。據(jù)相關(guān)第三方機(jī)構(gòu)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，在此期間，大量未經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證的原材料被投資商選用。隨著使用時(shí)間的推移，這些組件產(chǎn)品在質(zhì)保期內(nèi)便出現(xiàn)了如功率顯著衰減、背板黃變和開裂等嚴(yán)重失效，給電站投資回報(bào)帶來了嚴(yán)重影響，不少組件更是不到5年就出現(xiàn)各類問題。舉例來說，2016年，一款通過了所有組件認(rèn)證測試的背板僅僅在戶外使用3-4年后便在全球范圍內(nèi)發(fā)生了大規(guī)模開裂的問題，2013年看到的微裂紋已經(jīng)變成更長更深的裂紋；很多裂紋沿焊帶形成，造成明顯的漏電隱患。項(xiàng)目業(yè)主向組件廠家提出質(zhì)保索賠。

光伏背板材料在整個(gè)電站系統(tǒng)總價(jià)中占比微小，但卻保護(hù)著50%以上光伏資產(chǎn)。它作為保護(hù)電池片和封裝材料的直接屏障，對組件的安全性、長期可靠性和耐久性起著至關(guān)重要的作用。要達(dá)到保護(hù)的目的，背板需具備良好的機(jī)械強(qiáng)度與韌性、耐候性、絕緣、水汽阻隔、耐腐蝕和耐風(fēng)沙磨損等各種平衡的性能。

而本項(xiàng)目使用的光伏組件來自一線組件廠，產(chǎn)品同樣通過各類認(rèn)證檢測，但為什么會出現(xiàn)上述問題？相關(guān)技術(shù)人員認(rèn)為，PVDF等材料雖然也通過第三方實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證，但實(shí)驗(yàn)室與戶外環(huán)境相比過于“溫柔”，組件長期在戶外使用，溫差、風(fēng)沙、腐蝕等短期內(nèi)不會出現(xiàn)問題，但是一旦長時(shí)間在戶外曝嗮不到10年、甚至5年就會開始出現(xiàn)老化失效等問題，經(jīng)不住時(shí)間的考驗(yàn)。背板開裂更為重要是的導(dǎo)致組件漏電，在屋頂項(xiàng)目上業(yè)主或租戶往往是非專業(yè)人士觸電風(fēng)險(xiǎn)極大。第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)DNV-GL采用序列老化測試發(fā)現(xiàn)兩塊PVDF背板組件背后明顯開裂，裂紋沿著焊帶方向發(fā)展，貫穿整個(gè)組件。所以此測試可以更準(zhǔn)確地預(yù)測背板材料在戶外的情況，提升光伏組件安全性和耐久性等性能。

安全重如山 選用可靠材料

從專業(yè)角度分析，為了使背板在戶外有良好的機(jī)械性能，所選用的背板材料最好是各向同性的，不會在某個(gè)方向上的機(jī)械性能特別差，這樣才能避免背板短期開裂。例如傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的背板中間層均采用雙向拉伸的聚酯材料（PET）, 有些外層氟膜材料如聚氟乙烯（PVF）薄膜也采用了雙向拉伸制造工藝，所制備的薄膜在橫向和縱向兩個(gè)方向都經(jīng)過強(qiáng)化，機(jī)械性能均衡。相對而言，聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜主要使用吹膜和流延兩種成型工藝。這兩種成型工藝制備的薄膜在縱向有不同程度的拉伸，但在橫向的拉伸都很弱或甚至沒有拉伸，造成薄膜橫向機(jī)械性能均較差。另外，PVDF自身難以成膜，必須添加其他材料—30%左右的PMMA（俗稱亞克力，固有脆性很強(qiáng)）作為增塑劑。添加亞克力之后容易造成PVDF薄膜橫向力學(xué)性能差的缺陷，主要表現(xiàn)為斷裂伸長率低，一般低于30%。

為了彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，個(gè)別廠家在配方中添加彈性體，使得這類PVDF薄膜在力學(xué)性能測試時(shí)產(chǎn)生“藕斷絲連”般的效果，以達(dá)到更高的測試結(jié)果，但這樣的改性對實(shí)際的戶外耐老化性能毫無幫助。另外，由于PVDF薄膜加工難度和門檻相對較低，每家的工藝、配方和膜結(jié)構(gòu)也有所差異，導(dǎo)致不同PVDF薄膜性能參差不齊。但很難從外觀或一般的成分分析區(qū)別不同的PVDF薄膜，因此監(jiān)管難度大。

除我們探訪的中國西部案例外，在歐洲、東南亞和中國東部的電站，也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)光伏組件出現(xiàn)了此類背板的開裂、變黃、起泡等各類問題，安裝時(shí)間都在5年以內(nèi)。根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)保的要求，組件廠應(yīng)該對出現(xiàn)問題的組件進(jìn)行更換，造成大量資產(chǎn)損失。所以選用質(zhì)量可靠的背板材料可是使組件供應(yīng)商及開發(fā)商安心，亦可確保電站的長期可靠運(yùn)行和投資回報(bào)。

平價(jià)是太陽能打敗燃煤的第一小步，《彭博新能源財(cái)經(jīng)》預(yù)測太陽能降低成本的腳步毫不停歇，也看不到停止的跡象，過去太陽能是最昂貴的能源種類之一，但我們可能很快就會面對新的事實(shí)：在2025年前太陽能將成為成本最低的能源來源。而為讓光伏更好地服務(wù)于人類，我們呼吁更多的機(jī)構(gòu)最好采用模擬戶外老化測試，即在加速老化測試中將原來單項(xiàng)的紫外、濕熱和冷熱應(yīng)力等老化因素測試按照一定順序?qū)ν粋€(gè)樣品進(jìn)行測試，這樣就能更好的評估不同材料在長期老化性能方面的差異，讓太陽能更廣泛應(yīng)用于我們賴以生存的地球。