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

據當地氣象資料顯示，青海省屬高原高山寒溫性氣候，年平均日照數大于2000小時，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。據悉，背板是光伏組件背面關鍵性材料，它必須具有超強耐候性，機械性能，絕緣性能以及可呼吸的特性，才能更好地保護電池并防止水汽聚集在組件內部。質量較差的背板在短短幾年中就會產生不同形式的失效，例如開裂、黃變、脫層、粉化等，其中背板發(fā)生開裂最為危險，開裂不僅會影響發(fā)電性能，更嚴重的狀況將會對運維人員造成觸電風險。
圖一：電站項目中80%的組件出現背板外層PVDF薄膜開裂現象，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。

價格vs價值

據中國光伏行業(yè)協會統(tǒng)計，2007年至2017年十年間，光伏系統(tǒng)價格下降了90%，我國光伏裝機量暴漲至130GW，提前4年完成十三五規(guī)劃目標。不僅如此，我國光伏系統(tǒng)仍處于成本和價格快速下降區(qū)間，數據顯示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，國內從上游到下游普遍持悲觀情緒，短期內面臨比較大壓力，降價趨勢更為明顯。

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和循環(huán)，在組件和電池技術創(chuàng)新面臨較大挑戰(zhàn)下，產能與良品率競賽成為光伏龍頭最好的選擇。據相關第三方機構調研數據顯示，在此期間，大量未經實際驗證的原材料被投資商選用。隨著使用時間的推移，這些組件產品在質保期內便出現了如功率顯著衰減、背板黃變和開裂等嚴重失效，給電站投資回報帶來了嚴重影響，不少組件更是不到5年就出現各類問題。舉例來說，2016年，一款通過了所有組件認證測試的背板僅僅在戶外使用3-4年后便在全球范圍內發(fā)生了大規(guī)模開裂的問題，2013年看到的微裂紋已經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。項目業(yè)主向組件廠家提出質保索賠。

光伏背板材料在整個電站系統(tǒng)總價中占比微小，但卻保護著50%以上光伏資產。它作為保護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重要的作用。要達到保護的目的，背板需具備良好的機械強度與韌性、耐候性、絕緣、水汽阻隔、耐腐蝕和耐風沙磨損等各種平衡的性能。

而本項目使用的光伏組件來自一線組件廠，產品同樣通過各類認證檢測，但為什么會出現上述問題？相關技術人員認為，PVDF等材料雖然也通過第三方實驗室認證，但實驗室與戶外環(huán)境相比過于“溫柔”，組件長期在戶外使用，溫差、風沙、腐蝕等短期內不會出現問題，但是一旦長時間在戶外曝嗮不到10年、甚至5年就會開始出現老化失效等問題，經不住時間的考驗。背板開裂更為重要是的導致組件漏電，在屋頂項目上業(yè)主或租戶往往是非專業(yè)人士觸電風險極大。第三方權威機構DNV-GL采用序列老化測試發(fā)現兩塊PVDF背板組件背后明顯開裂，裂紋沿著焊帶方向發(fā)展，貫穿整個組件。所以此測試可以更準確地預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械性能，所選用的背板材料最好是各向同性的，不會在某個方向上的機械性能特別差，這樣才能避免背板短期開裂。例如傳統(tǒng)結構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方向都經過強化，機械性能均衡。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）作為增塑劑。添加亞克力之后容易造成PVDF薄膜橫向力學性能差的缺陷，主要表現為斷裂伸長率低，一般低于30%。

為了彌補這個缺陷，個別廠家在配方中添加彈性體，使得這類PVDF薄膜在力學性能測試時產生“藕斷絲連”般的效果，以達到更高的測試結果，但這樣的改性對實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、配方和膜結構也有所差異，導致不同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)現光伏組件出現了此類背板的開裂、變黃、起泡等各類問題，安裝時間都在5年以內。根據產品質保的要求，組件廠應該對出現問題的組件進行更換，造成大量資產損失。所以選用質量可靠的背板材料可是使組件供應商及開發(fā)商安心，亦可確保電站的長期可靠運行和投資回報。

平價是太陽能打敗燃煤的第一小步，《彭博新能源財經》預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：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于人類，我們呼吁更多的機構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的紫外、濕熱和冷熱應力等老化因素測試按照一定順序對同一個樣品進行測試，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，讓太陽能更廣泛應用于我們賴以生存的地球。