光伏胶膜材料全解析:EVA、POE在太阳能封装领域的应用与发展

效果塑连 2024-08-14 20:30:45

光伏胶膜是一种用于光伏组件封装的薄膜材料,主要应用于太阳能电池板的组件级封装。光伏组件是太阳能发电系统的核心装置,起到为电池线路提供支撑、为电池片与太阳能辐射提供最大光耦合、物理隔离电池片及线路、传导电池片产生的热量。

典型的光伏组件为平板式封装结构,自上而下分别为边框、光伏玻璃、封装胶膜、晶硅电池片、封装胶膜、背板/光伏玻璃(单玻/双玻)、接线盒。其中,上下两层封装胶膜将晶硅电池片与光伏玻璃及背板进行粘接,起到保护电池片的作用。

光伏胶膜在光伏组件的成本占比在4-7%左右,虽然占比不高,但是其对组件的使用寿命、发电效率影响确较大。一般来说,为保证组件性能在使用寿命期间(大于25年)保持稳定,封装胶膜通常需要具备高透光率、高水汽阻隔率、高体积电阻率、抗PID(电势诱导衰减)性能、耐候性好等特点。

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产品分类

光伏胶膜主要分为四种,分别为透明EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)胶膜、白色EVA胶膜、POE(聚烯烃弹性体)胶膜、共挤型EPE胶膜。

透明EVA胶膜具有良好的封装性能、透光率、交联度,随着光伏组件对封装要求的多元化及光伏胶膜产品的丰富与迭代,透明EVA胶膜的市场份额有所下降,但是在可预见的一段时间内仍是应用最为广泛的胶膜产品。白色EVA胶膜是透明EVA胶膜通过添加白色填料预处理后生产而成,其主要用于组件的背面封装,可有效提升光线反射率,使太阳能电池可利用被反射的光线进行发电,从而提高组件的发电效率。

POE胶膜是继EVA胶膜之后发展的光伏封装材料,具有良好的电气绝缘性、水汽阻隔性和抗PID效应性能,同时兼具高弹度、高强度、耐低温等良好的物理机械性能,且不会分解产生具有腐蚀作用的酸性物质,主要用于双面双玻组件、N型组件、叠瓦组件等封装要求较高的组件封装。与EVA胶膜相比,POE胶膜的配方与助剂体系技术难度更高,同时需解决POE胶膜在组件层压时产生的打滑、气泡等工艺适配问题,对制造厂商的技术能力提出了更高要求。

EPE胶膜是由POE树脂和EVA树脂通过共挤工艺制成的多层胶膜,通常由两层EVA与一层POE构成。用料方面,POE树脂占60%、EVA树脂约占40%。

EPE胶膜是性能与成本上的折中产品,在一定程度上兼顾了POE胶膜的良好性能以及EVA胶膜的成本优势。在短期内POE脂供应受限的情况下,EPE胶膜将占有部分市场空间。

透明EVA胶膜因其价格优势、加工性能优势成为市场份额占比较高的封装材料;白色EVA胶膜是在EVA树脂中加入一定量的钛白粉等白色填料,以提高二次光线的反射率,主要用于单玻、双玻组件的背面封装,使用白色EVA替代透明EVA时,双玻组件功率增益可达7-10W,单玻组件功率增益1-3W;POE胶膜由于其独特的抗PID性能,同时其电阻率高、不易水解等特点,是双玻组件的主流封装原料;EPE共挤胶膜是通过共挤工艺将EVA和POE树脂挤造出来,兼具良好的加工性能与POE良好的抗PID性能、耐水汽性能。据相关机构预测,未来几年,透明EVA及白色EVA胶膜的市占将逐步下降,EPE胶膜的份额将得到显著提升。

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核心原料

EVA及POE树脂是封装胶膜的核心原料,两者均由乙烯和特殊单体通过共聚反应制备,直接原料占EVA和POE胶膜的成本比重约90%。其中,EVA树脂是乙烯(E)和醋酸乙烯(VA)的共聚物,POE树脂则是由乙烯和高碳α-烯烃(通常为1-辛烯,质量分数大于20%)利用配位聚合形成的无规共聚物弹性体。

EVA树脂中,醋酸乙烯(VA)的含量决定了其特性和应用领域。VA含量越高,EVA树脂的性能就约接近橡胶。当VA含量位于28-33%之间时,EVA树脂主要用于制造光伏电池的封装胶膜。

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全球市场的消费结构

据相关机构调研数据,光伏胶膜当前是全球EVA树脂的第一大下游需求,占比约25%;POE方面,目前全球约一半的POE树脂应用于汽车领域(通常作为增韧改性剂用以提高内外部组件如仪表盘、保险杠的抗冲击强度),其余主要用于发泡鞋材、电线电缆等。随着N型组件出货量的快速增长,未来两年光伏胶膜将成为POE需求增长的主要动力。

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全球POE生产商

全球主要有陶氏、北欧化工、埃克森美孚、三井化学、LG化学等公司,合计产能约为256.7万吨/年。当前,我国胶膜厂商福斯特是行业的龙头,其他有海优新材、斯威克、鹿山新材等。

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产业链

光伏胶膜位于产业链的中游位置,上游是石油化工产业,包括EVA树脂、POE树脂等;下游为光伏组件厂商。

目前产业链上游的EVA树脂、POE树脂进口依赖度较高,中游胶膜和下游组件全球主要产能都来源于我国。

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成本测算

光伏胶膜成本包括直接材料、直接人工、制造费用等,其中直接材料占比超过90%,而EVA粒子、POE粒子在直接材料中占比超过80%,材料端还包括功能助剂和辅材等。

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投资建设

从资产门槛来看,根据海优新材及福斯特发布公告内容测算,胶膜行业1亿平的资本投入约为2.2亿元,而单GW胶膜需求约0.11亿平米,所以单GW的资本投入约0.25亿元。另根据杭州某未上市胶膜公司透露,其单条产线设备投资规模约600万,对应产能约800-1,100万平米/年,对应组件的需求约1GW。相比于上市公司披露的公告数据,杭州公司设备端投资成本低约40%。综合来看,胶膜行业资产壁垒一般。

素材来源 | 网络公开信息

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