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2017年中国光伏电池背板行业发展情况及市场竞争情况分析(图)

2017年05月19日 13:3010000人浏览字号:T|T

    (1)光伏发电装置简介

    光伏发电是指根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光电转换的关键元件是太阳能电池片,太阳能电池片经过串联,通过太阳能光伏电池背板、玻璃、边框等封装保护后形成太阳能电池组件,再配置控制器、逆变器及安装系统支架等部件形成光伏发电装置。

    太阳能电池分为晶硅太阳能电池、薄膜电池、聚光太阳能电池等,其中晶硅太阳能电池应用最为广泛。晶硅太阳能电池产业链包括:上游原材料行业,包括生产电池片的硅料、硅片,生产背板的PET 基膜、含氟薄膜等;中游包括电池片、玻璃、EVA 胶膜、背板、边框、接线盒及其组合而成的太阳能电池组件、安装系统支架、控制器、逆变器等;下游为应用系统环节。晶硅太阳能电池产业链基本呈金字塔型,越往上游,生产技术门槛越高,市场中参与企业数量越少,盈利能力也越强。

晶硅太阳能电池产业链结构图

资料来源:公开资料整理

    太阳能电池组件的使用年限是25 年,而且太阳能电池组件的工作环境非常恶劣,有的安装在荒凉的戈壁沙漠,昼夜温差大,飞沙走石;有的组件工作的地方经常有雷雨、冰雹等恶劣天气;有的组件安装在高原,紫外线辐射量非常大。因此,对于组件的保护就显得尤为重要,不仅要求组件的原辅料要有至少25 年的使用年限,作为背面保护材料,光伏电池背板更要有优异的抗老化、抗紫外线、抗渗水、抗高温高湿、防火绝缘等性能。

    由于技术门槛较高,目前我国太阳能电池背板上的氟膜材料较为依赖进口,是太阳能电池组件产业链上为数不多的尚未实现大规模国产化的光伏配套材料。

晶体硅太阳能电池组件结构图

资料来源:公开资料整理

    (2)光伏电池背板简介

    光伏电池背板是光伏产业链中不可或缺的辅助材料,是保护光伏组件在户外使用25 年以上的关键封装材料,其主要功能为在户外环境下保护太阳能电池组件抵抗光、湿、热等环境影响因素对电池片等材料的侵蚀,起到绝缘、耐候、保护、支撑等作用。光伏电池背板作为直接与外界自然环境大面积接触的封装材料,其性能的优劣直接决定了光伏组件的性能和使用寿命,因此光伏电池组件对背板的厚度、抗张强度、断裂伸长率、收缩率、层间附着力、与EVA 粘结强度等性能指标有着很高的要求。

    由于光伏电池背板需具备诸多优异特性,其原材料大多采用绝缘性良好的PET基膜和阻隔性、耐候性优良的含氟材料,其中PET 基膜主要提供绝缘性能和力学性能,但耐候性能较差,需要含氟材料的附加以提供耐候、耐划、耐腐蚀等性能。

    目前主流的太阳能光伏电池背板具有三层结构:外层保护层氟膜材料具有良好的抗环境侵蚀能力,中间层PET 聚脂薄膜具有良好的绝缘性能,内层氟膜材料和EVA 胶膜具有良好的粘接性能。

太阳能光伏电池背板结构图

资料来源:公开资料整理

    光伏电池背板的产品分类

    ①制膜材料:含氟型与不含氟型背板

    含氟材料中由于氟元素电负性大,碳氟键之间的键能极强,加上含氟材料结构中分子排列紧密、刚硬、平滑,使氟材料表现出优异的耐候、耐热、耐温及耐化学品等性能,可满足光伏组件在户外长期使用的要求。2008 年之前,背板市场以含氟背板为主,不含氟背板不足10%;2010 年前后,由于市场供不应求,组件厂商倾向于选择价格相对低廉的不含氟背板,其市场占有率一度高达55%;2011 年以后,由于不含氟背板在性能以及寿命上的差距,无法满足商用晶硅太阳能电池组件25 年的湿热、干热、紫外等环境考验与使用要求,难以适应用于晶硅太阳能电池组件的封装要求,不含氟背板的市场份额每年递减超过10%,2014 年降到10%左右,含氟材料是目前市场上太阳能光伏电池背板中主要的材料。

全球含氟与不含氟太阳能电池背板份额变化趋势

资料来源:公开资料整理

    ②含氟背板制膜工艺:复膜型与涂覆型

    含氟材料可以氟膜的形式通过胶粘剂复合在 PET 基膜上,即为复膜型背板;也可以氟碳涂料的形式通过特殊工艺直接涂覆在PET 基膜上,即为涂覆型背板。目前复膜型背板为市场主流产品。

    复膜型背板主要有TPT、TPE 和FPF 背板。TPT 是在PET 两面复合Tedlar 氟膜(由美国杜邦公司开发的PVF 薄膜);TPE 是在PET 基膜一面复合Tedlar 氟膜,另一面复合EVA 胶膜或聚烯烃薄膜;FPF 是在PET 基膜两面复合FFC 氟膜(聚偏二氟乙烯PVDF 薄膜),也可换成其他如ECTFE、THV 等氟膜。

    涂覆型背板以氟碳涂料直接涂覆在PET 基膜上,无需使用胶粘剂,相对于复膜型背板具有一定的成本优势,但由于多相复杂环境下含氟聚合物杂化,涂覆时氟碳涂料不规整、松散且不连续,涂料配方与涂覆工艺难以适配等诸多问题,导致其使用范围受到一定限制。

    ③复膜型背板中氟膜的制膜技术:流延法与吹膜法

    流延法是指树脂经挤出机熔融塑化,通过狭缝机头模口挤出,使熔料紧贴在冷却辊筒上,经过拉伸、切边、卷取等工序制成片材的制膜方法。传统制备氟膜产品一般使用流延方法,流延方法主要有厚度均匀、生产产量大等优点,但流延制膜技术存在以下固有的缺陷:边角料浪费严重,膜宽调整不灵活,在机器方向耐撕裂强度低等。
吹膜法是指借助流体压力,使闭合在模具中的热型坯或片材吹胀成为中空制品的一种方法。与流延工艺相比,吹膜工艺能够减少加工过程中边角料的浪费情况,提高原材料到成品的转化率,并能提高薄膜产品在垂直和水平方向的力学性能的均衡性。

    (4)光伏电池背板市场竞争情况

    目前奥地利 Isovoltaic 公司、日本东洋铝业株式会社、美国Madico 公司、德国Krempel 公司等跨国企业在复膜型背板市场的竞争优势较为突出,市场份额占比较高。

    随着光伏行业的发展,我国太阳能电池组件生产企业不断壮大,对于太阳能背板需求日益增长。在此情况下,国内企业逐步从事复膜型背板的生产,如苏州赛伍应用技术有限公司、苏州中来光伏新材股份有限公司、明冠能源(江西)有限公司、乐凯胶片股份有限公司、湖北回天新材料股份有限公司等,市场占有率不断提升,并开始立足于国际市场。2010 年,国产太阳能背板仅占全球太阳能背板市场份额的10%左右,国外产品占据约90%的份额。2013 年,台虹科技(昆山)有限公司、苏州赛伍应用技术有限公司和苏州中来光伏新材股份有限公司三家公司全球市场份额合计近25%3。随着国产太阳能背板产品技术和客户的突破,预计未来国产太阳能电池背板市场在全球市场中的份额有望进一步提升。此外,由于国产背板产品与进口背板产品相比有较为明显的性价比优势,光伏组件生产企业在盈利能力有所下降的时候将更重视成本控制,将更倾向于购买质量可靠且成本更低的国产背板品。

国产太阳能背板市场占有率情况

资料来源:公开资料整理

    (5)光伏电池背板对氟膜材料的需求情况

    全球光伏装机量的增长极大地带动了光伏电池背板的市场需求。2010 年全球新增背板市场的需求量接近1.4 亿平方米,2015 年全球新增背板市场的需求量接近3.5 亿平方米,年均增长率超过20%。按照目前全球光伏装机量的增长速度测算,2017 年全球新增光伏装机容量将超过80GW,按太阳能电池组件转换效率约为16%、1GW 太阳能电池组件大约需要700 万平方米背板测算,对应的2017 年全球新增太阳能光伏电池背板需求量约为5.7 亿平方米;根据欧洲光伏产业协会的预测,基于未来成本持续下降、新市场开发、用户对于光伏应用接受度的持续提高等因素的影响,2020 年全球光伏市场新增装机容量有望达到97GW,届时对于光伏电池背板的需求量将超过7.3 亿平方米,市场前景良好。

全球新增光伏电池背板需求量(单位:亿平方米)

资料来源:公开资料、智研咨询整理

    光伏电池背板的下游为太阳能电池组件,因此背板需求市场与太阳能电池组件生产区域分布一致。目前,全球太阳能电池组件的生产已初步形成了中国、德国、美国、日本四足鼎立的局面。我国的光伏应用市场虽启动较晚,却成为全球太阳能电池生产最集中的地区。

    由于技术限制,我国复膜型背板生产企业所需氟膜、胶粘剂等原材料较为依赖进口,价格较高且供货不能及时保证,加上太阳能背板生产设备及工艺技术的限制,我国光伏电池背板的全产业链国产化尚处于发展阶段,距《太阳能光伏产业“十二五”发展规划》中要求的“光伏电池生产设备和辅助材料本土化率达到80%”尚有一定差距。目前国内背板企业生产所用的氟膜原材料较多使用美国杜邦公司的Tedlar PVF 氟膜,法国阿科玛公司、韩国SKC 公司等生产的进口PVDF 薄膜,其与国产PVDF 薄膜的性能对比情况如下:

氟膜材料对比

资料来源:公开资料整理

    由于目前国内能够大规模稳定生产PVDF 薄膜的企业较少,目前PVF 薄膜和进口PVDF 薄膜在国内仍占有主要的市场份额,其市场供应紧张,价格较高,成为制约光伏电池背板行业发展和辅助材料国产化的关键因素,亟需以福膜科技为代表的国内企业通过进一步扩大生产规模,以降低背板生产企业对于进口产品的依赖。

    相关报告:智研咨询发布的《2017-2022年中国太阳能光伏电池组件行业运营态势及投资前景预测报告

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