近年來,隨著光伏產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展,光伏膠膜粒子(EVA/POE)原料需求快速增加。

據(jù)統(tǒng)計,全球膠膜產(chǎn)能幾乎全部集中在中國,而EVA與POE作為核心封裝材料,我國仍高度依賴進口,2021年我國EVA進口依存度仍超過50%,POE更是被海外廠商壟斷,基本依賴進口,下游需求的高速擴張與國產(chǎn)率低都為EVA與POE材料的發(fā)展帶來廣闊的市場空間。

1.光伏膠膜種類及對比

中國光伏產(chǎn)業(yè)起步早,發(fā)展程度高,在產(chǎn)業(yè)鏈多個環(huán)節(jié)均有較高的產(chǎn)能比重,現(xiàn)已成為全球光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動者和引領(lǐng)者,尤其是光伏膠膜行業(yè)在經(jīng)歷行業(yè)洗牌后,國外企業(yè)已基本退出市場,根據(jù)福斯特年報數(shù)據(jù),企業(yè)光伏膠膜生產(chǎn)成本中,約90%為直接原料成本。
光伏用EVA/POE的市場、應(yīng)用和改性方法
EVA/POE作為光伏膠膜的核心原料,國產(chǎn)化程度偏低。截止2021年,中國EVA產(chǎn)能合計177.2萬噸,占全球的27%;而POE/POP全球產(chǎn)能超過100萬噸,由于聚合工藝、茂金屬催化劑、a-烯烴等多個環(huán)節(jié)存在較高的技術(shù)壁壘,中國當(dāng)前仍未實現(xiàn)POE大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。
目前市場上的光伏膠膜主要有4種:透明EVA膠膜、白色EVA膠膜、POE膠膜、共擠型EPE膠膜。
透明EVA膠膜因價格優(yōu)勢、加工性能優(yōu)勢成為當(dāng)前市場主流封裝材料,占比約為52%;白色膠膜EVA是在EVA樹脂中加入一定量的鈦白粉等白色填料,以提高二次光線的反射率,主要用于單玻、雙玻組件的背面封裝,使用白色EVA替代透明EVA時,雙玻組件功率增益可達7-10W,單玻組件功率增益1-3W。
光伏用EVA/POE的市場、應(yīng)用和改性方法
不同封裝材料市場占比(%)
POE膠膜由于其獨特的抗PID性能,同時其電阻率高、不易水解,是雙玻組件的主流封裝原料;EPE膠膜通過共擠工藝將EVA與POE樹脂擠出制造,兼具EVA良好的加工性能與POE良好的抗PID性能、耐水汽性能。
根據(jù)CPIA的預(yù)測,未來幾年,透明EVA及白色EVA膠膜市場比重下滑,EPE膠膜市場份額將明顯提高。

EVA需求情況

得益于光伏等行業(yè)的迅速發(fā)展,中國EVA消費量快速增長,2021年,中國EVA消費量達到205.3萬噸,近5年復(fù)合增長率9.52%。
EVA應(yīng)用廣泛,主要集中在光伏、紡織鞋材、電氣等領(lǐng)域,下游消費結(jié)構(gòu):光伏料37%、發(fā)泡料28%、電纜料17%、熱熔膠7%、涂覆7%、農(nóng)膜1%,光伏料作為第一大消費下游,未來占比仍然有望擴大。
光伏用EVA/POE的市場、應(yīng)用和改性方法
我國EVA下游消費情況
根據(jù)CPIA全球光伏裝機容量的預(yù)測,并結(jié)合膠膜材料份額變化趨勢,對EVA的未來的需求進行測算,均值情況下:
1.從裝機數(shù)據(jù)來看,全球光伏裝機增速在2021-2023年達到高峰期,之后增速相對回落。
光伏用EVA/POE的市場、應(yīng)用和改性方法
?我國光伏年度新增裝機規(guī)模及預(yù)測(GW)
2.均值情況下對EVA樹脂的需求增量分別達到24萬噸(2021年)、21萬噸(2022年)、15萬噸(2023年)、10萬噸(2024年),結(jié)合全球新增光伏料產(chǎn)能來看,2022年光伏料仍供不應(yīng)求,景氣度有望延續(xù)。
3.后續(xù)隨著國內(nèi)EVA投產(chǎn)加快,EVA自給率會逐漸上升,但仍保持較高的進口依賴度。

2.POE市場現(xiàn)狀及展望

高端產(chǎn)品中的典型代表是聚烯烴彈性體(POE)和聚烯烴塑性體(POP),國內(nèi)總需求量近50萬t/a,除少量POP可自主生產(chǎn)外其余完全依賴進口。
聚烯烴類彈性體是由乙烯與丙烯或其他a-烯烴(如1-丁烯、1-己烯、1-辛烯等)共聚而成的一類聚烯烴材料。
與聚烯烴塑料相比,其分子鏈內(nèi)共聚單體的含量更高,密度更低。聚烯烴彈性體主要有乙丙共聚物和乙烯/a-烯烴共聚物兩大類,其中乙丙共聚物彈性體包括二元乙丙橡膠(EPM)和三元乙丙橡膠(EPDM)兩種,乙烯/a-烯烴共聚物彈性體則主要有乙烯/a-烯烴無規(guī)共聚物(POE)和乙烯/a-烯烴嵌段共聚物(OBC)兩種。
POP和POE沒有本質(zhì)區(qū)別,只是共聚α-烯烴單體的含量有所區(qū)別,共聚單體的含量直接導(dǎo)致POE和POP的密度差異。通常POE共聚單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20%,而POP共聚單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于20%,因此POP的密度高于POE。
POE由于其特殊的分子結(jié)構(gòu),具有良好的流變性能、力學(xué)性能、抗紫外線性能,低溫韌性好,同時與聚烯烴具有較好的親和性,廣泛的應(yīng)用于改性及膠膜制備領(lǐng)域。
從終端應(yīng)用來看,國內(nèi)市場以汽車行業(yè)為主,消費占比達到68%,聚合物改性領(lǐng)域占比19%,電線電纜領(lǐng)域9%,其它領(lǐng)域4%左右。我國POE基本依賴進口,消費市場仍有待培育,后續(xù)可取代一部分橡膠及塑料。
光伏用EVA/POE的市場、應(yīng)用和改性方法
我國POE下游消費

3.EVA與POE性能對比

在光伏領(lǐng)域,EVA與POE性能各有優(yōu)缺點,EVA價格較低、易加工、耐存儲、交聯(lián)速度快、與玻璃&背板粘結(jié)性能好;POE優(yōu)勢主要在于材料性能好,抗PID性能優(yōu)異、電阻率高、水汽阻隔率大、耐低溫耐黃變。
EVA的劣勢主要在于:醋酸乙烯在在光、氧氣、濕熱環(huán)境下容易發(fā)生水解,產(chǎn)生醋酸,對電池片表面、焊帶等腐蝕,同時還會與玻璃中的Na反應(yīng),可以生成大量的自由移動的Na離子,造成功率衰減;同時EVA容易在光熱環(huán)境下發(fā)生黃變,影響透光性,造成組件整體的功率損失。
POE的劣勢在于:POE極性較低,膠膜加工過程中極性助劑溶劑析出至膜表面,造成表面光滑容易移位;加工難度偏大,膜唇容易掛料;POE粒子價格整體較EVA貴??傮w認(rèn)為在未來幾年,POE粒子在膠膜粒子中的應(yīng)用占比有擴大趨勢,主要是受以下幾點因素的影響:
1. 電池N型化:
當(dāng)前P型電池光電轉(zhuǎn)化效率已接近24.5%的上限,而N型電池轉(zhuǎn)化效率上限更高;P型電池在硅片中的摻雜的硼氧復(fù)合體會引起電勢衰減加快,N型電池?fù)饺膑[,抗衰減性能較好。
N型電池的PID效應(yīng)在受光面更敏感,對PID衰減大的N型組件,在光照恢復(fù)后,也會造成不可逆損傷,同時N型電池使用單玻封裝時,背板水汽阻隔性較差,因此選擇POE膠膜進行封裝,能降低組件的整體水汽透過率,延長組件的使用時間,因此,N型電池的推廣可以增加POE用量。
2.電池功率大型化:
近年來,不同類型的電池組件功率均有明顯的提高,發(fā)熱量增大,溫度會對電池的峰值功率、開路電壓等電性能產(chǎn)生較大影響,因此對封裝材料的電性能要求要來越高。
3.蓋板玻璃減薄化及雙玻組件增多:
根據(jù)CPIA數(shù)據(jù),當(dāng)前玻璃厚度主要有<2.5mm、2.8mm、3.2mm三個等級;其中厚度<2.5mm的玻璃蓋板市場占有率32%,預(yù)計到2025年比例將提高到50%左右,玻璃變薄會對封裝材料性能要求越來越高,POE具有良好的機械強度及韌性。
EPE膠膜可以兼具EVA和POE的優(yōu)點,是未來膠膜的重要發(fā)展方向。此外,POE優(yōu)異的材料性能在汽車、電線電纜、機械、鞋底料、熱熔膠等領(lǐng)域都有著巨大的應(yīng)用潛力,隨著國產(chǎn)化進程的加快,POE將培育出更大的市場空間。

4.POE的應(yīng)用

01 POE直接改性應(yīng)用

POE直接改性主要應(yīng)用于PP和PE的共混改性。
光伏用EVA/POE的市場、應(yīng)用和改性方法
POE直接改性應(yīng)用
POE的內(nèi)聚能較小,表觀黏度的溫敏性和聚烯烴樹脂比較接近,共混聚烯烴后更容易得到較小的顆粒粒徑和較窄的粒徑分布,增韌、抗沖擊的效果明顯。
POE被證明是PP較好的增韌劑,在PP/POE共混體系中,POE會在PP連續(xù)相中形成“海-島”結(jié)構(gòu),可有效提高PP在低溫、常溫下的抗沖擊強度。
POE直接改性PP是其目前最重要的市場應(yīng)用,主要針對汽車零配件、家電外殼和口罩領(lǐng)域。
POE直接改性PE主要應(yīng)用于防水卷材和管材領(lǐng)域。
PE剛性大、抗沖擊性能差、硬度低,必須添加POE對其增韌改性,才能達到目標(biāo)性能要求。

02 POE接枝改性應(yīng)用

POE接枝后的應(yīng)用主要是對PA和聚酯類聚合物進行增韌改性。
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光伏用EVA/POE的市場、應(yīng)用和改性方法
?POE接枝改性應(yīng)用
PA和PT等線性聚合物的主鏈均由強極性的基團構(gòu)成,如酰胺鍵、酯鍵。該類聚合物具有良好的可加工性、力學(xué)性能、耐磨性、耐化學(xué)藥品性、熱穩(wěn)定性等性能,是重要的工程塑料,廣泛應(yīng)用于建筑、機械、電子、汽車、日用品等領(lǐng)域。
POE與PA、PT共混,是改善該類聚合物沖擊性能的有效手段。
由于PA、PT等線性聚合物主鏈帶有極性很強的基團,與非極性的POE共混時相容性較差,相分離情況嚴(yán)重,通常在POE分子鏈上接枝極性單體來改善POE與該類聚合物的相容性。
POE接枝極性單體目前主要有MAH接枝POE和GMA接枝POE兩種形式。

03?POE的發(fā)泡改性應(yīng)用

POE的發(fā)泡應(yīng)用主要是對EVA進行改性,EVA共混POE發(fā)泡制作運動鞋中底。
光伏用EVA/POE的市場、應(yīng)用和改性方法
POE發(fā)泡改性應(yīng)用
中底是運動鞋的核心部分,其作用是提供穩(wěn)定性、緩沖和回彈,吸收運動中產(chǎn)生的沖擊力以提供保護,并帶來比較溫和的腳感。
EVA具有良好的柔軟性、橡膠一樣的彈性,是運動鞋中底廣泛使用的材料。
POE本身可替代EVA單獨發(fā)泡作為運動鞋中底,但是EVA具有價格優(yōu)勢(比POE價格低30%),因此POE更多作為EVA的改性材料。
EVA共混POE發(fā)泡后的產(chǎn)品質(zhì)量更輕,壓縮回彈更好,觸感良好,泡孔均勻細(xì)膩,撕裂強度高。

04?POE作為單一材料應(yīng)用

POE作為單一材料使用,主要應(yīng)用于光伏組件的封裝材料———膠膜。
在光伏組件中,膠膜放在組件鋼化玻璃/背板與太陽能電池之間,用于封裝并保護電池片。
光伏用EVA/POE的市場、應(yīng)用和改性方法
光伏組件結(jié)構(gòu)
由于太陽能電池的封裝過程具有不可逆性,同時組件的運營壽命通常要求在25a以上,一旦運營期間膠膜的透光率下降或產(chǎn)生黃變等失效問題,都會造成太陽能電池的報廢,使得組件無法使用,所以膠膜雖然絕對價值在組件中不高,但其質(zhì)量直接決定組件與電池的產(chǎn)品質(zhì)量與壽命。
目前光伏組件用的封裝膠膜主要包括EVA膠膜和POE膠膜。EVA膠膜為熱固性的膠膜,強度低、水蒸氣透過率和吸水率較大、耐候性較差,在正常使用過程中也仍然會有水蒸氣透過,導(dǎo)致膠膜霧化,影響透光率,降低組件的發(fā)電量;此外,EVA膠膜容易分解釋放醋酸分子,腐蝕玻璃和背板等部件,縮短組件的使用壽命。
近年來,在光伏電站運營中還發(fā)現(xiàn)EVA膠膜存在嚴(yán)重的電勢誘導(dǎo)衰減(PID)現(xiàn)象,導(dǎo)致電站輸出功率大幅下降。

相對于EVA膠膜,POE膠膜最大的優(yōu)勢就是低水蒸氣透過率和高體積電阻率,保證了光伏組件在高溫、高濕環(huán)境下運行的安全性及長久的耐老化性,使組件能夠長久高效使用。

來源:中化新網(wǎng)、聚烯烴人
光伏用EVA/POE的市場、應(yīng)用和改性方法

END

原文始發(fā)于微信公眾號(光伏產(chǎn)業(yè)通):光伏用EVA/POE的市場、應(yīng)用和改性方法

作者 li, meiyong

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