光伏封装胶膜EVA材料发展现状与前景分析.docx
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1、光伏封装胶膜EVA材料发展现状与前景分析根据国家能源局公开数据,截至2022年底,我国累计发电装机容量约25.64亿千瓦,其中太阳能发电装机容量约3.93亿千瓦,同比增长28.1%,增速超越水电、火电、核电、风电,成为2022年增速最快的发电形式。光伏产业的快速发展,带动电池封装胶膜材料乙烯一醋酸乙烯酯共聚物(EVA)和聚烯燃弹性体(POE)的消费需求不断增长,其技术开发、产能建设活动十分活跃,成为当前化工新材料行业的投资热点之一。一、光伏电池结构及封装胶膜分类光伏电池组件是光伏电站的核心设备,从电池组件封装角度可分为单玻组件和双玻组件,单玻组件(图1)由玻璃、胶膜、电池片、胶膜、背板组成,双
2、玻组件则由玻璃、胶膜、电池片、胶膜、玻璃组成。与单玻组件相比,双玻组件由于采用两片钢化玻璃,具有很强的抗腐蚀能力和抗压强度,使用周期可长达30年,且发电量大,是未来发展的主流方向。图1单玻电池组件主要构成光伏胶膜作为光伏组件的部分材料之一,主要作用是将光伏电池片、光伏玻璃和背板粘结在一起,在保证组件透光性能前提下可隔绝外界水汽,延长光伏组件寿命,保护电池片,并将其封装成可以输出直流电的光伏组件。根据光伏组件实际应用要求,光伏胶膜总体上应具备高透明度、高粘着力、良好的耐候性以及易储存、隔音效果好、低熔点、易流动等优异性能特点。光伏胶膜的生产通常以树脂(EVA、POE)为主体材料,通过添加交联剂、
3、增稠剂、抗氧化剂、光稳定剂,经熔融挤出、流涎成膜得到成品。光伏胶膜主要分为EVA胶膜、POE胶膜、EPE胶膜等。白色EVA胶膜EVA胶膜包括透明EVA胶膜和白色EVA胶膜两种,透明EVA胶膜具有高透光率、抗紫外湿热黄变性、抗蜗牛纹、黏结性好等特点,但反射性差、透水率高,易产生PlD(潜在电势诱导衰减)现象,导致电池组件功率下降;白色EVA胶膜用于光伏组件电池片下侧的封装,可使太阳光二次反射到电池片表面,提高太阳能组件的发电效率,缺点是价格较高。POE胶膜与EVA胶膜相比,具有更高的水汽阻隔率、耐候性能和更强的抗PID性能,其水汽透过率仅为EVA胶膜的1/8,可以有效降低PlD效应,主要用于单晶
4、PERC(发射极和背面钝化电池)双面、N型电池组件的封装。EPE胶膜即“EVA-POE-EVA”三层复合结构膜,属于共挤型POE胶膜,既具备POE胶膜的高阻水性和高抗PID性能,也具备EVA胶膜的双玻组件高成品率的层压工艺特性,适用于PERC双面双玻、N型双面双玻以及其他耐候性要求较高的光伏组件的封装。二、EVA生产技术及消费需求分析1、EVA生产技术EVA是乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物,按照乙酸乙烯酯(VA)共聚单体含量不同,可以将EVA分成三类,即EVA树脂(VA质量分数小于40%)、EVA弹性体(VA质量分数40%70%)和EVA乳液(VA质量分数75%95%)。在EVA树脂中,VA质量分数
5、一般在1%40%,随着VA含量的不同,产品的性能和应用领域也随之变化,详见表1。表1管式法和釜式法工艺对比管式法釜式法单套规模2030万吨/年1014万吨/年反应器长径比最大12000:1,反应器结构简单,制造维修方便,能够承长径比(2-20):1,器内安装有搅拌轴、挡板、搅拌马达,维修不受较高压力便操作条件压力210-300MPa,温度160330压力110200MPa,温度150300单程转化率25%35%15%21%反应特点反应可以分区,易于精确控制;反应流体近似柱塞流动,停留时间相对较长;生产光伏料时连续性强反应流体近似完全混合,停留时间相对较短,过渡料少;生产光伏料时难以连续运转、需
6、经常停车投资及成本投资、操作费用较低,生产成本较低投资、操作费用较高,生产成本较高产品特点产品长支链少,分子量分布均匀,光学性能好,适用于加工薄膜;VA含量上限30%,适合加工农膜和收缩膜原料可以高度混合,反应温度、压力均匀,可生产高VA含量的EVA,VA含量上限40%,适合生产热熔胶、涂覆料等VA质量分数28%3396的EVA树脂可用于制造光伏电池的封装膜,这种柔软厚实的交联封装膜表现出优异的透光性,有助于保护易碎的硅晶片太阳能电池。EVA树脂生产技术与高压聚乙烯(LDPE)相近。全球EVA树脂生产工艺主要有4种:高压法连续本体聚合、中压悬浮聚合、溶液聚合和乳液聚合,目前大多采用高压法连续本
7、体聚合工艺。根据反应器的不同,高压法连续本体聚合工艺又分为管式法和釜式法,两种生产流程大致相同,即原料气经过压缩后进入反应装置,在引发剂的作用下发生聚合反应,反应产物依次进行气液分离及降温,最后挤出造粒即可。两种工艺的不同之处在于管式反应器不带搅拌器,反应空间更大,乙烯单程转化率高(25%35%),EVA单线规模高(2030万吨/年),可以大规模生产LDPE及VA含量低于30%的EVA树脂,产品力学性能好,发泡性能较差,主要用于膜料和挤出涂覆;而釜式反应器带有搅拌器,其结构复杂,对原料气压缩机选型及管道、换热装置的密封要求更加严格,同时乙烯单程转化率低(10%20%),EVA单线规模相对较低(
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