案例探访：短跑vs长跑 6年光伏组件背板开裂警示

国庆节前夕，笔者与相关机构技术人员探访了位于中国西部光伏装机大省青海的某屋顶光伏案例。据业主介绍，该项目建于2012年，采用固定支架系统和国内某知名一线品牌多晶硅电池组件，至今运行时间为6 年。记者看到现场组件背部保护电池的PVDF薄膜背板材料开裂比例约为80%，开裂方向大多为纵向，给电站运维带来触电等安全隐患。

据当地气象资料显示，青海省属高原高山寒温性气候，年平均日照数大于2000小时，平均海拔高于3000米，年平均降水量400至600毫米，年平均气温-5.1~9℃，冷热温差较大。据悉，背板是光伏组件背面关键性材料，它必须具有超强耐候性，机械性能，绝缘性能以及可呼吸的特性，才能更好地保护电池并防止水汽聚集在组件内部。质量较差的背板在短短几年中就会产生不同形式的失效，例如开裂、黄变、脱层、粉化等，其中背板发生开裂最为危险，开裂不仅会影响发电性能，更严重的状况将会对运维人员造成触电风险。
图一：电站项目中80%的组件出现背板外层PVDF薄膜开裂现象，PVDF薄膜开裂大都从电池片间隙处开始，沿纵向。
图二 特写照片

图三，特写照片 PVDF薄膜裂纹边缘清晰，裂纹两头窄中间宽，裂纹还在发展中。

价格vs价值

据中国光伏行业协会统计，2007年至2017年十年间，光伏系统价格下降了90%，我国光伏装机量暴涨至130GW，提前4年完成十三五规划目标。不仅如此，我国光伏系统仍处于成本和价格快速下降区间，数据显示2016年一季度到2018年一季度，组件成本下降幅度仍超过15%，未来3年成本可望继续降低30%以上。2018年531政策后，国内从上游到下游普遍持悲观情绪，短期内面临比较大压力，降价趋势更为明显。

纵观光伏十年爆炸式发展，降本增效这把双刃剑功不可没。然而，仿佛历史总是这样重复和循环，在组件和电池技术创新面临较大挑战下，产能与良品率竞赛成为光伏龙头最好的选择。据相关第三方机构调研数据显示，在此期间，大量未经实际验证的原材料被投资商选用。随着使用时间的推移，这些组件产品在质保期内便出现了如功率显著衰减、背板黄变和开裂等严重失效，给电站投资回报带来了严重影响，不少组件更是不到5年就出现各类问题。举例来说，2016年，一款通过了所有组件认证测试的背板仅仅在户外使用3-4年后便在全球范围内发生了大规模开裂的问题，2013年看到的微裂纹已经变成更长更深的裂纹；很多裂纹沿焊带形成，造成明显的漏电隐患。项目业主向组件厂家提出质保索赔。

光伏背板材料在整个电站系统总价中占比微小，但却保护着50%以上光伏资产。它作为保护电池片和封装材料的直接屏障，对组件的安全性、长期可靠性和耐久性起着至关重要的作用。要达到保护的目的，背板需具备良好的机械强度与韧性、耐候性、绝缘、水汽阻隔、耐腐蚀和耐风沙磨损等各种平衡的性能。

而本项目使用的光伏组件来自一线组件厂，产品同样通过各类认证检测，但为什么会出现上述问题？相关技术人员认为，PVDF等材料虽然也通过第三方实验室认证，但实验室与户外环境相比过于“温柔”，组件长期在户外使用，温差、风沙、腐蚀等短期内不会出现问题，但是一旦长时间在户外曝嗮不到10年、甚至5年就会开始出现老化失效等问题，经不住时间的考验。背板开裂更为重要是的导致组件漏电，在屋顶项目上业主或租户往往是非专业人士触电风险极大。第三方权威机构DNV-GL采用序列老化测试发现两块PVDF背板组件背后明显开裂，裂纹沿着焊带方向发展，贯穿整个组件。所以此测试可以更准确地预测背板材料在户外的情况，提升光伏组件安全性和耐久性等性能。

安全重如山 选用可靠材料

从专业角度分析，为了使背板在户外有良好的机械性能，所选用的背板材料最好是各向同性的，不会在某个方向上的机械性能特别差，这样才能避免背板短期开裂。例如传统结构的背板中间层均采用双向拉伸的聚酯材料（PET）, 有些外层氟膜材料如聚氟乙烯（PVF）薄膜也采用了双向拉伸制造工艺，所制备的薄膜在横向和纵向两个方向都经过强化，机械性能均衡。相对而言，聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜主要使用吹膜和流延两种成型工艺。这两种成型工艺制备的薄膜在纵向有不同程度的拉伸，但在横向的拉伸都很弱或甚至没有拉伸，造成薄膜横向机械性能均较差。另外，PVDF自身难以成膜，必须添加其他材料—30%左右的PMMA（俗称亚克力，固有脆性很强）作为增塑剂。添加亚克力之后容易造成PVDF薄膜横向力学性能差的缺陷，主要表现为断裂伸长率低，一般低于30%。

为了弥补这个缺陷，个别厂家在配方中添加弹性体，使得这类PVDF薄膜在力学性能测试时产生“藕断丝连”般的效果，以达到更高的测试结果，但这样的改性对实际的户外耐老化性能毫无帮助。另外，由于PVDF薄膜加工难度和门槛相对较低，每家的工艺、配方和膜结构也有所差异，导致不同PVDF薄膜性能参差不齐。但很难从外观或一般的成分分析区别不同的PVDF薄膜，因此监管难度大。

除我们探访的中国西部案例外，在欧洲、东南亚和中国东部的电站，也陆续发现光伏组件出现了此类背板的开裂、变黄、起泡等各类问题，安装时间都在5年以内。根据产品质保的要求，组件厂应该对出现问题的组件进行更换，造成大量资产损失。所以选用质量可靠的背板材料可是使组件供应商及开发商安心，亦可确保电站的长期可靠运行和投资回报。

平价是太阳能打败燃煤的第一小步，《彭博新能源财经》预测太阳能降低成本的脚步毫不停歇，也看不到停止的迹象，过去太阳能是最昂贵的能源种类之一，但我们可能很快就会面对新的事实：在2025年前太阳能将成为成本最低的能源来源。而为让光伏更好地服务于人类，我们呼吁更多的机构最好采用模拟户外老化测试，即在加速老化测试中将原来单项的紫外、湿热和冷热应力等老化因素测试按照一定顺序对同一个样品进行测试，这样就能更好的评估不同材料在长期老化性能方面的差异，让太阳能更广泛应用于我们赖以生存的地球。