光伏产业进入新周期 背板聚酯材料迎来新机遇

时间: 2025-03-21 16:12:19 |   作者: 爱游戏中国官方网站

  目前,光伏已成为发展最快的可再次生产的能源之一。我国光伏产业的技术水平与产量规模位居全球前列,但产能增长过快引发竞争失序,行业已步入新一轮发展周期。聚酯是光伏组件封装核心材料,光伏产业的发展对背板聚酯的需求将稳定增长,分布式场景中组件轻量化或实现聚酯类背板对玻璃背板(前板)的替代,性能化、专业化是光伏背板聚酯材料发展的有效路径。

  •当前,全球光伏产业正在经历前所未有的井喷式发展,已成为实现零碳目标的重要手段和主要动力。

  •我国光伏产业实现跨越式发展,“技术水平位居全球前列,产业链优势持续增强。

  推动能源转型、实现碳中和,已成为绝大多数国家的共识。若2050年全球实现净零碳排放,则近90%的发电将来自可再次生产的能源,其中太阳能和风能合计占比近70%,而光伏系统累计装机容量也将在2027年超越其他所有电源形式。2023年底,联合国气候变化大会重申将全球气温升幅控制在1.5摄氏度以内是《巴黎协定》所设的目标之一,并强调需要采取紧急行动和支持,保证这一目标实现。主办方阿联酋提出“全球脱碳加速器(GDA)”计划,116个国家承诺到2030年将可再次生产的能源发电装机容量增加两倍,达到11太瓦,能源效率提升的年均速度增加1倍,达到4%。GDA计划的完全落实,有待持续扩大对光伏等可再次生产的能源的投资规模。当前,光伏产业正在经历前所未有的井喷式增长,2023年全球光伏系统累计装机容量达到1.6太瓦,新增装机容量从2022年的236吉瓦增至446吉瓦。光伏产业作为可再次生产的能源的主力军之一,表现出了极强的市场潜力,慢慢的变成了实现零碳目标的重要手段和主要动力。

  推进能源革命,构建清洁低碳社会,是保障我国能源安全、建设生态文明的必然选择。我国幅员辽阔、光照资源丰富,且拥有完整并输出全球的制造业产业链。在政策引导和国内外市场需求的双重作用下,我国光伏产业实现跨越式发展,产业链优势持续增强。“十三五”期间,我国光伏产业技术水准不断提高,位居全球前列,制造规模占据全球主导地位,多晶硅、硅片、电池片和组件产量分别占全球产量的76%、96%、83%和76%。随世界各国能源转型关键期到来,全球能源将在零碳路径上加速演进,我国光伏产业正处于大有可为的战略机遇期。

  •光伏组件由光伏玻璃、胶膜、电池片和光伏背板构成。聚酯薄膜背板凭借其绝缘、耐候等特性,成为单面组件的主要封装材料。

  •目前,聚酯薄膜背板在光伏单面组件中是主要封装方案。未来,双面-透明聚酯薄膜背板组件将脱颖而出,成为新的发展趋势,市场对聚酯薄膜的需求将稳步增长。

  完整的光伏产业链由硅料、硅片生产、电池片制造、组件封装、发电集成运营等环节构成。光伏组件截面一般有五层,由上至下分为光伏玻璃、胶膜、电池片、胶膜、光伏背板。光伏背板作为组件生产的关键封装材料,对电池片起到保护和支撑作用,其从属于光伏产业链,直接面向光伏产业市场需求。

  按材料特性划分,光伏背板大致上可以分为有机高分子类和无机物类,有机高分子类主要为聚酯薄膜背板,无机物类主要为玻璃背板。

  聚酯薄膜背板。该背板是一种多层结构膜,骨架层为高绝缘、低透湿的改性PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯),外层一般为耐候、耐老化的含氟材料,层与层之间一般是通过胶黏剂复合的办法来进行加工,也可直接涂覆而得。水汽阻隔、绝缘、耐候是背板的三大基本功能,使太阳能电池能够在恶劣的环境下长时间有效工作。另外,背板还应具有在光伏组件层压温度下外观不形变、与胶膜黏合牢固等特性。TPT是最为经典的背板膜结构,其中,T是由杜邦公司垄断生产的具有抗紫外能力的PVF膜(聚氟乙烯膜,商品名为Tedlar®膜)、P是具有绝缘阻隔性的PET膜,TPT结构能有效保证光伏组件25年常规使用的寿命。当前,聚酯薄膜背板的生产的基本工艺主要有复合型、涂覆型和共挤型三类。

  除含氟材料的聚酯薄膜背板外,还有一类无氟背板,主要是为摆脱对高价氟材料的依赖,通过对耐候性PET膜进行表面改性、多层复合等制备得到,主要使用在在欧洲和日本市场。

  玻璃背板。光伏背板若为玻璃材质,与正面玻璃共同封装晶硅电池片,形成具有对称结构的光伏组件,即双玻组件(聚酯薄膜背板为单玻组件)。双玻结构常见于双面发电的光伏组件,能利用电池片正反面的光照,提高组件的发电效率。

  背板玻璃与正面玻璃同属于光伏玻璃,在工艺流程中需采用钢化、镀膜等工艺保护晶硅电池片不受环境影响,对组件提供支撑,同时为提高光电转换效率,要求钢化玻璃透光率达91.5%以上。相较普通玻璃,光伏玻璃含铁量更低,承受温度更高,透光性、抗冲击能力与耐腐蚀性更强。

  从功能上看,光伏组件分为单/双面发电:晶硅电池片背面由全铝层覆盖,只有正面接收光照为单面发电;电池片背面局部铝层,两面都可接收光照为双面发电。从结构上看,光伏组件分为单/双玻组件:正面盖板为玻璃、背板为聚酯薄膜称为单玻组件;正面盖板和背板均为玻璃称为双玻组件。

  在单面发电中,传统光伏电池为单玻组件,背板为不透明的聚酯薄膜背板。若改用玻璃背板,各项性能较传统的单玻结构将得到一定的改善,适合使用的范围扩大,但玻璃背板使组件成本、重量增加,发电增益有限,为解决漏光问题使用的白色胶膜还会带来工艺缺陷,因此聚酯薄膜背板仍然占据单面发电市场主流。

  在双面发电中,因晶硅电池片背面光照需要用透明聚酯薄膜背板(双面-透明背板组件)或玻璃背板(双面-双玻组件)。随着光伏电池转换效率提升,双面组件应用开始规模化普及并快速地发展。目前,玻璃背板是双面组件的主流选择,但市场对透明聚酯薄膜背板的需求也逐渐增多。相比玻璃背板,透明聚酯薄膜背板重量是其1/10,便于组件运输和安装,且不惧盐碱侵蚀,抗污性能优异;在高温差环境下,透明背板组件积聚的内应力更小。

  2023年,我国单/双面组件的市场占有率比是55∶45,随着下游应用端对于双面组件发电增益的认可,双面组件将成为高效光伏的主要路径。2030年,双面组件市场占有率将达62%。

  当前,聚酯薄膜背板在单面组件中是主要封装方案;在双面组件中,虽然占有率不及玻璃背板,但在下游终端发电增益及减重需求的双重驱动下,双面-透明聚酯薄膜背板组件或将脱颖而出,成为新的发展趋势。因此,随着光伏产业持续不断的发展,对聚酯薄膜的需求将稳步增长,同时也会提升对光伏背板用聚酯切片的派生需求。

  •在新一轮发展周期下,光伏市场对高功率、低成本组件的追求,将加速淘汰落后产能,为高效可靠的产品留出更多空间。

  •背板聚酯作为光伏组件封装的核心材料,需提升耐湿热性能、提高薄膜复合效率、降低加工能耗,通过性能化、专业化发展保持销量的稳定增长。

  光伏背板聚酯材料,即背板用聚酯切片,供应端为聚酯切片生产企业,需求端为聚酯薄膜生产企业。

  聚酯薄膜是以PET切片为原料,采用熔体挤出法制成厚片,再经双向拉伸工艺制成的一种无色、有光泽的薄膜材料。聚酯薄膜的特点是物化性质稳定、加工性能好,经过涂覆等深加工改性后,可大范围的应用于包装印刷、电子电气绝缘、光学面板显示等领域。用于晶硅电池片的背面封装,是聚酯薄膜在高端应用领域的纵向拓展。因此,国内优秀的聚酯薄膜生产企业尤其是光学膜生产企业,在技术储备、经验积累的基础上,都能通过切片配方升级、工艺改进,进军背板聚酯材料市场。

  聚酯切片是聚酯产业链的中间段产品,上游原料为对苯二甲酸(PTA)、乙二醇,通过直接酯化、连续聚合等流程制备,下游应用大多分布在在切片纺长丝(另一类长丝生产方式为PTA、乙二醇聚合后熔体直纺长丝)、聚酯薄膜两大领域,其中聚酯薄膜占切片消费量的三成。近年来,聚酯切片产量整体呈上涨的趋势,一方面由于聚酯薄膜、切片纺长丝拉动需求;另一方面是因为熔体直纺长丝装置在投产初期会生产切片,并在长丝市场下行时选择阶段性增加切片供应。因熔体直纺企业的弹性生产,粗略估计,近几年聚酯切片产能在1000万吨/年。

  2023年国内光伏组件产量超过433.1吉瓦,其中六成左右为使用聚酯薄膜背板的单玻组件。随着组件转换效率提升,高效光伏市场扩大,每吉瓦组件消耗背板量约480万平方米,2023 年聚酯薄膜背板需求量为12.4亿立方米。为达到封装性能的要求,使用的聚酯薄膜一般为厚膜(厚度200~250微米,密度1.25~1.45克/立方厘米)。因此,按厚度、密度平均值测算,2023年国内对背板聚酯切片的需求量约37.7万吨。

  国内涉足背板膜生产的企业有10余家,大多分布在在华东地区,合计产能约40万吨/年。此外,还有很多具备实力但暂未涉足的拉膜企业,主力产品为光学显示、包装印刷、电气绝缘等,会短暂生产背板膜作为市场紧张时的补充。

  近年来,国内众多光伏从业者实施扩产,产能迅速增加带来低端产品大规模复制,产业链各环节发展面临失序。2023年,光伏产业约定新的组件标准和规范,旨在加速产业链的配套融合和产品迭代升级。在新一轮发展周期下,市场对高功率、低成本组件的追求将加速淘汰落后产能,为高效可靠的产品留出更多空间。背板聚酯作为光伏组件封装的核心材料,只有性能化、专业化发展,才能保持销量的稳定增长。

  背板聚酯对光伏组件起到保护支撑作用,但易发生水解而失去强度和阻隔性,因此提高聚酯耐湿热性能是背板聚酯发展的主要目标。当前,背板聚酯技术已发展三代,由在需求端拉膜过程中添加抗水解剂,发展到供应端聚酯切片制备过程中进行耐湿热改性。根据湿热老化机理,降低聚酯分子链中的酯键或端羧基含量是耐湿热改性的关键。在部分公开专利中,有通过引入聚乙二醇醚键或萘基结构取代酯基的尝试,但此方法可能会影响聚酯机械性能和加工性能。降低端羧基的方法主要是加入一类活性封端剂与端羧基反应形成稳定基团,但封端剂的选用及成本也在某些特定的程度限制其应用。此外,添加适量二氧化钛也有助于抑制湿热老化引起的特性黏度和机械强度降低。

  针对涂覆胶黏工序,背板聚酯发展还应利于提高薄膜复合效率、降低加工能耗。氟材料被少数厂商垄断,聚焦无氟背板方案开发专用聚酯将成为趋势。在单面组件中,聚酯薄膜可将光线重新反射回电池片提高发电效率,因此高反射聚酯的开发对高性能光伏组件具备极其重大意义。


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