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光伏用EVAPOE:市场、应用和改性方法

发布时间: 2024-09-08 21:55:00 |   作者: 产品展厅

  近年来,随着光伏产业快速的提升,光伏胶膜粒子(EVA/POE)原料需求快速增加。

  据统计,全球胶膜产能几乎全部集中在中国,而EVA与POE作为核心封装材料,我国仍高度依赖进口,2021年我国EVA进口依存度仍超过50%,POE更是被海外厂商垄断,基本依赖进口,下游需求的高速扩张与国产率低都为EVA与POE材料的发展带来广阔的市场空间。

  EVA/POE作为光伏胶膜的核心原料,国产化程度偏低。截止2021年,中国EVA产能合计177.2万吨,占全球的27%;而POE/POP全球产能超过100万吨,由于聚合工艺、茂金属催化剂、a-烯烃等多个环节存在较高的技术壁垒,中国当前仍未实现POE大规模工业化应用。

  在光伏领域,EVA与POE性能各有优缺点,EVA价格较低、易加工、耐存储、交联速度快、与玻璃&背板粘结性能好;POE优势主要在于材料性能好,抗PID性能优异、电阻率高、水汽阻隔率大、耐低温耐黄变。

  EVA的劣势主要在于:醋酸乙烯在在光、氧气、湿热环境下易发生水解,产生醋酸,对电池片表面、焊带等腐蚀,同时还会与玻璃中的Na反应,可以生成大量的自由移动的Na离子,造成功率衰减;同时EVA容易在光热环境下发生黄变,影响透光性,造成组件整体的功率损失。

  POE的劣势在于:POE极性较低,胶膜工艺流程中极性助剂溶剂析出至膜表面,造成表面光滑容易移位;加工难度偏大,膜唇容易挂料;POE粒子价格整体较EVA贵。总体认为在未来几年,POE粒子在胶膜粒子中的应用占比有扩大趋势,主要是受以下几点因素的影响:

  1. 电池N型化:当前P型电池光电转化效率已接近24.5%的上限,而N型电池转化效率上限更高;P型电池在硅片中的掺杂的硼氧复合体会引起电势衰减加快,N型电池掺入鱗,抗衰减性能较好。N型电池的PID效应在受光面更敏感,对PID衰减大的N型组件,在光照恢复后,也会造成不可逆损伤,同时N型电池使用单玻封装时,背板水汽阻隔性较差,因此选择POE胶膜进行封装,能降低组件的整体水汽透过率,延长组件的使用时间,因此,N型电池的推广能增加POE用量。

  2.电池功率大型化:近年来,不一样的电池组件功率均有明显的提高,发热量增大,温度会对电池的峰值功率、开路电压等电性能产生较大影响,因此对封装材料的电性能要求要来越高。

  3.盖板玻璃减薄化及双玻组件增多:根据CPIA数据,当前玻璃厚度主要有2.5mm、2.8mm、3.2mm三个等级;其中厚度2.5mm的玻璃盖板市场占有率32%,预计到2025年比例将提高到50%左右,玻璃变薄会对封装材料性能要求慢慢的升高,POE拥有非常良好的机械强度及韧性。

  EPE胶膜可以兼具EVA和POE的优点,是未来胶膜的重要发展趋势。此外,POE优异的材料性能在汽车、电线电缆、机械、鞋底料、热熔胶等领域都有着非常大的应用潜力,随着国产化进程的加快,POE将培育出更大的市场空间。

  POE的内聚能较小,表观黏度的温敏性和聚烯烃树脂比较接近,共混聚烯烃后更为容易得到较小的颗粒粒径和较窄的粒径分布,增韧、抗冲击的效果明显。

  POE被证明是PP较好的增韧剂,在PP/POE共混体系中,POE会在PP连续相中形成“海-岛”结构,可有效提升PP在低温、常温下的抗冲击强度。POE直接改性PP是其目前最重要的市场应用,主要是针对汽车零配件、家电外壳和口罩领域。POE直接改性PE主要使用在于防水卷材和管材领域。

  PE刚性大、抗冲击性能差、硬度低,必须添加POE对其增韧改性,才可以做到目标性能要求。

  PA和PT等线性聚合物的主链均由强极性的基团构成,如酰胺键、酯键。该类聚合物拥有非常良好的可加工性、力学性能、耐磨性、耐化学药品性、耐热性等性能,是重要的工程塑料,大范围的应用于建筑、机械、电子、汽车、日用品等领域。POE与PA、PT共混,是改善该类聚合物冲击性能的有效手段。由于PA、PT等线性聚合物主链带有极性很强的基团,与非极性的POE共混时相容性较差,相分离情况严重,通常在POE分子链上接枝极性单体来改善POE与该类聚合物的相容性。

  POE接枝极性单体目前主要有MAH接枝POE和GMA接枝POE两种形式。

  POE的发泡应用主要是对EVA进行改性,EVA共混POE发泡制作运动鞋中底。中底是运动鞋的核心部分,其作用是提供稳定性、缓冲和回弹,吸收运动中产生的冲击力以提供保护,并带来比较温和的脚感。

  EVA拥有非常良好的柔软性、橡胶一样的弹性,是运动鞋中底普遍的使用的材料。POE本身可替代EVA单独发泡作为运动鞋中底,但是EVA具有价格上的优势(比POE价格低30%),因此POE更多作为EVA的改性材料。EVA共混POE发泡后的产品质量更轻,压缩回弹更好,触感良好,泡孔均匀细腻,撕裂强度高。

  POE作为单一材料使用,主要使用在于光伏组件的封装材料———胶膜。在光伏组件中,胶膜放在组件钢化玻璃/背板与太阳能电池之间,用于封装并保护电池片。

  光伏组件结构由于太阳能电池的封装过程具有不可逆性,同时组件的运营寿命通常要求在25a以上,一旦运营期间胶膜的透光率下降或产生黄变等失效问题,都会造成太阳能电池的报废,使得组件没办法使用,所以胶膜虽然绝对价值在组件中不高,但其质量直接决定组件与电池的产品质量与寿命。

  目前光伏组件用的封装胶膜最重要的包含EVA胶膜和POE胶膜。EVA胶膜为热固性的胶膜,强度低、水蒸气透过率和吸水率较大、耐候性较差,在正常使用的过程中也仍然会有水蒸气透过,导致胶膜雾化,影响透光率,降低组件的发电量;此外,EVA胶膜容易分解释放醋酸分子,腐蚀玻璃和背板等部件,缩短组件的使用寿命。

  近年来,在光伏电站运营中还发现EVA胶膜存在严重的电势诱导衰减(PID)现象,导致电站输出功率一下子就下降。相对于EVA胶膜,POE胶膜最大的优势就是低水蒸气透过率和高体积电阻率,保证了光伏组件在高温、高湿环境下运行的安全性及长久的耐老化性,使组件能够长久高效使用。