我国在《“十四五”可再生能源发展规划》中已明确提出,到2025年,可再生能源消费的总量要达到一次能源消费的18%;可再生能源的年发电量要达到3.3万亿千瓦时左右,其中风电和太阳能的发电量要实现翻番。
全球累计光伏装机容量从2017年的372.2GW增加到2021年的约918.8GW,年复合增长率为25.3%。
其中,中国一直是全球光伏行业的领导者。2017年,中国光伏发电累计装机容量仅为131.3GW,但随着光伏发电技术的越趋成熟,以及应用范围的进一步扩大,中国累计光伏发电的装机容量在2021年增至308.8GW,年复合增长率为23.8%。
未来,随着不断提高的成本竞争力和有利的政策,预计2022年到2026年,全球累计光伏装机容量将从1132.3GW增至2400.7GW,年复合增长率为20.7%;其中中国累计光伏装机容量将从372.5GW增至721.5GW,年复合增长率为18.0%。
太阳能光伏发电的工艺相对简单,主要是不需要传统的机械转动等部件。太阳能光伏发电系统主要包括太阳电池组件、逆变器和控制器三部分。
太阳能电池组件是光伏产业链条中位于光伏电池和光伏系统之间的下游环节,是最小有效发电单位,也是最主要的关键核心产品。
根据TrendForce公司发布的数据,2022年全球前六大太阳能电池组件制造商的出货量约为205~211GW,占全年270GW需求的76%~78%。其中,隆基、天合光能和晶科能源的出货量均超过40GW。
据索比太阳能光伏网(SOLARBE)的统计,2022年光伏组件出货Top10公司出货量合计已超过240GW,同比增长60%左右,在全球光伏组件需求中的占比提升到90%以上(2021年为75%以上)。2022年全球太阳能电池组件出货排名:
2022年全球太阳能电池组件出货排名
2021年全球十大组件出货企业 |
排名 |
企业 |
第一 |
隆基股份 |
第二 |
天合光能 |
第三 |
晶澳科技 |
第四 |
晶科能源 |
第五 |
阿特斯太阳能 |
第六 |
东方日升 |
第七 |
美国第一太阳能 |
第八 |
尚德太阳能 |
第九 |
韩华新能源 |
第十 |
正泰太阳能 |
领先的前四家均为中国企业;前十中,只有“第一太阳能”是美国公司;阿特斯虽然为加拿大企业,但实际为中国人控制且主要工厂在中国;韩华是韩国公司,但其主要工厂也在中国。中国太阳能电池组件的产能和出货量已经占据全球绝对领先地位。
太阳能电池组件的构成有九大核心部分,即:电池片、互联条、汇流条、钢化玻璃、EVA、背板、铝合金、硅胶和接线盒等。
太阳能电池背板具有可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性等性能,其位于太阳能电池板背面,对电池片起保护和支撑作用。
虽然太阳能电池背板的成本仅占组件整体成本的5%左右,但其对于保证太阳能电池组件整体质量的可靠性及保证其有效年度的老化性具有至关重要的作用。
太阳能电池组件的设计寿命通常为25年,它的运行可靠性对光伏发电系统的长期运行至关重要。
太阳能电池背板具有可靠的绝缘性、阻水性和耐老化性,是保护光伏组件的首要屏障,在户外应用环境下能够有效防止电池片的氧化。
若太阳能电池背板不能满足多变的外部环境考验,而出现龟裂、脱层、黄变和起泡等质量问题,进而造成太阳能电池组件的脱落、电池片移滑、电池有效输出功率大幅降低等问题,则太阳能电池的稳定性、可靠性与耐久性就不能得到保障,在极端情况下,还会造成更大的事故和损失。
复合型背板:在PET薄膜的两面将氟膜或胶膜等材料进行复合成三层结构,通常有TPT、KPK、TPE、KPE等结构;
涂布型背板:在PET薄膜的两面进行氟树脂涂布,再经过干燥而固化成膜,即CPC(FPF)结构;另外,也有一面复合一面涂布的背板类型,如TPC、KPC结构、PC结构等。
在复合型太阳能电池背板中,氟膜材料一直是太阳能电池背板所采用的主流材料,其中又主要分为T膜和K膜两种。T膜即Tedlar氟膜,是美国杜邦公司独家生产的一种PVF氟膜,因为其成本较高,此类型的背板占比在逐渐下降;K膜指的是PVDF膜,PVDF膜最先由法国Arkema公司商品化并用于光伏背板,但目前中国杭州福膜已成为全球最大的生产厂家。其他氟膜如ETFE、ECTFE、THV也曾用于背板,但目前已经很少有应用了。
随着光伏行业的快速发展,太阳能电池背板技术也得以加速更新,太阳能电池背板在原材料、生产工艺和技术路线等方面都发生了很大的变化。
经过分析汇总,太阳能电池背板主要有如下最新发展趋势:
在太阳能产业发展的前期,太阳能电池背板的供应被海外知名品牌所控制,主要有美国Madico和3M,日本的凸版印刷、东洋铝业、富士、DNP和东丽等,意大利的Coweme(康维明)、德国的Krempel(肯博),韩国的SFC,中国台湾省的台虹和奥地利的Isovoltaic(伊索)等。
中国的太阳能电池组件企业每年都花费较高的成本大量进口国外背板。
随着中国光伏技术的快速发展和革新,中国的太阳能电池背板厂家不断发展壮大,目前已经居于全球行业领先地位,有代表性的主要有:苏州中来光伏新材股份有限公司、苏州赛伍应用技术有限公司、杭州福斯特应用材料股份有限公司、乐凯胶片股份有限公司和明冠新材料股份有限公司等。
2022年我国的太阳能电池背板行业产能达到12亿m2,覆盖220~240GW组件制造,全球90%以上的光伏背板产自我国,“全球背板看中国”已成为光伏行业一道亮丽的风景线。
海外品牌除Coweme(康维明)、德国的Krempel(肯博),韩国的SFC等外,其他品牌均已陆续退出光伏产业。
由于市场对“平价上网”的持续强烈诉求,太阳能发电的成本一直在被迫加速下降。2009—2019年期间,太阳能电池组件价格下降超过了90%,2020年以前太阳能电池组件售价还能维持在2元/W以上,而2020年以后已很难升入2元/W,最低已接近1.5元/W。
受太阳能电池组件价格下滑的影响,太阳能电池背板的价格也被迫从几十元/m2下降到10元/m2左右,且有相当一部分已经低于10元/m2。
之前主流的TPT、TPC、KPK、KPE等背板的市场份额大幅下滑,而氟材料涂布型背板市场份额快速上升,CPC结构背板出货在2022年已经超过总量的50%。
同时,成本更低的不含氟的PET型背板、BO型背板、多层共挤型背板已经展现出了份额上升的趋势。
PET型不含氟背板以意大利Coweme(康维明)为代表,因其不含氟而宣传其环保概念,在欧美日等发达市场占有一定的市场份额。
中国的明冠新材基于成熟的M膜技术,自主开发了无氟BO背板,其绿色环保性能优异,成本有优势,近两年发展较快。
但是PET材料的耐候性和耐水性较差,在湿热的环境条件下容易出现脱层、开裂、附着力下降等问题。
氟膜类材料虽然能为太阳能电池背板提供更高的耐磨性、耐候性、耐水性和阻燃性等,但因为其化学分子构成的特性造成降解困难、对环境会造成二次污染。
通过将聚烯烃类材料改性加工能够弥补这些材料上的劣势,而且聚烯烃类材料比PET有更好的耐水性。
聚烯烃共挤型背板可以视为环保型材料,这种材料可以充分进行回收,并且在回收时不会产生有害物质;在工艺特点上,多层共挤的技术可以提高背板的生产效率,进一步降低生产成本,因此预计将是未来太阳能电池发展的主流方向,但其可靠性及老化性等仍需要在实际应用中得到进一步的验证后才会规模化发展。
针对不同的安装场景和环境需要,提高太阳能电池背板的特性成为各生产厂家重点研发的方向。其中高分子类太阳能电背板在高阻隔、高反射、高散热、高阻燃、环保、导电、适应1500V系统电压等方向快速发展。
光伏市场需求不断变化,传统的白色背板已经不能全面满足相关客户的特定需求。为提高发电效率,能够满足双面发电的太阳能电池背板应运而生,并得以快速发展;在此基础上,为进一步提高太阳能电池组件的增益,透明网格背板也被开发出来。
乐凯胶片将于10月20日在无锡举办“2023年第二届光伏材料论坛”给大家带来“透明网格、高反黑光伏背板及高耐候前板的开发应用”主题演讲,敬请期待!
2020年全球光伏新增装机量134GW,带动全球太阳能背板出货量6.16亿m2。2021年全球光伏新增装机量183GW,带动太阳能背板出货量超7亿m2。其中透明背板组件涨势较高,出货超过5500万m2,装机量超过11GW。
为满足美国等家庭用户的审美需求,相关厂家推出了彩色太阳能电池组件,其中以黑色为主,因此黑色太阳能电池背板也有了一定的市场份额。
在部分特定应用场景,金属材料类的背接触太阳能电池背板,如铝太阳能电池背板也有所推广。
当前,太阳能电池组件的去背板化趋势需要相关背板厂家予以更多的重视。
全球2020年新增装机中,双玻组件占比约30%,而单玻组件占比约70%,2021年双面双玻组件的占比进一步提升至40%,预计在2025年双面双玻组件占比可能会将提高到70%。
双玻组件和透明背板组件有强替代性,这主要取决于玻璃和透明背板的成本对比,双玻组件占比的大幅度提高,将直接挤掉常规太阳能电池背板的市场份额,造成相关生产厂家的产能被迫闲置。
以美国FirstSolar所引领的薄膜太阳能电池组件走的是完全不同的技术路线,其在部分应用领域占有相当的市场份额,并保持了一定的发展速度。
薄膜电池被称为第二代太阳能电池,是在玻璃、不锈钢或高分子聚合物衬底上附着感光薄膜材料从而形成PN级,用硅量极少。同时具有弱光性好、温度系数低等特点,可进一步细分为非晶硅、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)等。这种类型的产品不使用太阳能电池背板。
2021年,全球薄膜太阳能电池产能为10.7GW,产量约为8.28GW,同比增长27.7%,主要受FirstSolar产量增长的拉动,薄膜太阳能电池组件市场占有率为3.8%。
美国第一太阳能公司(FirstSolar)是全球最大的碲化镉组件生产企业,2021年组件产量达7.9GW,其占据全球薄膜电池90%以上的市场份额。目前其产能主要分布在美国俄亥俄州、马来西亚和越南,公司计划在印度和美国俄亥俄州分别新建3.3GW产能,将在2023年投产,并预计2024年组件产能达16GW。
钙钛矿是新一代的薄膜太阳能发电技术,钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cell)是指使用钙钛复合氧化物晶体结构的化合物作为吸光半导体材料的太阳能电池。
钙钛矿电池目前国内参与企业主要是纤纳光电、协鑫光电以及极电光能,钙钛矿作为第三代薄膜太阳能电池,相比于碲化镉组件,其优势主要在于极限转化效率更高、成本更低。
2022年7月28日纤纳光电生产的全球首款钙钛矿商用组件成功出货5000片,标志着钙钛矿电池开始进入商业化阶段。预计钙钛矿太阳能电池发电技术未来会加速发展。
太阳能电池背板制造商应当紧盯光伏行业发展趋势,配备充足的研发人员和资源,针对行业的变化,不断进行技术革新和进步,在保证质量性能的基础上进一步降低成本,满足下游太阳能电池组件厂家不断变化的需求;同时需要考虑加大研发投入和人员配置,拓宽产品线,利用现有的设备和技术,开发其他产品,避免因太阳能电池背板逐渐在光伏产业制造中“失宠”而被迫停产。
另外,建议政府应加强宏观调控,引导太阳能光伏发电产业的有序整合;加强行业协会的积极引导,鼓励企业之间开展合作,避免盲目扩大生产规模,减少恶意竞争。
参考资料:太阳能电池背板发展趋势,刘向军,保定乐凯进出口贸易有限公司等
原文始发于微信公众号(艾邦高分子):光伏背板发展趋势:中国化,低成本化,特性化,去背板化……