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POE聚烯烃弹性体在光伏领域的应用

随着碳中和成为全球热点,光伏发电将有很大发展空间。中国太阳能行业新增装机已连续8年位居全球第一,未来5年还要继续爆发式增长。截止2020年底,全球累计光伏装机760.4GW。全球的光伏胶膜基本上都是在中国生产的。用于生产胶膜的材料主要是EVA,而POE比例也不断的提升。



纵观光伏行业的历史,就是不断地提升效率和降低成本的发展史。POE价格比EVA高出不少,那么POE材料有什么优势呢?我们今天就从以下几个方面来介绍下POE。在阅读之前,大家可以申请加入艾邦光伏聚合物(POE、EVA)微信群。

一、什么是POE?

POE弹性体从本质上来说,就是在支化聚乙烯,这一点类似与EVA、EEA、EBA等。单纯的聚乙烯链因为结构规整,容易形成结晶,所以形成典型的塑料性能。在聚合时加入α-烯烃和乙烯共聚,降低了结晶性能,所以使产品具有弹性体的性质。


POE分子链中的树脂相(聚乙烯链)结晶区起到了物理交联点的作用,一定量α-烯烃(1-丁烯、1-己烯、1-辛烯等)的引入削弱了聚乙烯链结晶区,形成了橡胶相从而成为具有橡胶弹性的无定型区,使得POE成为一种性能优异的热塑性弹性体。
(A)α-烯烃是1-辛烯

(B)α-烯烃是1-丁烯

典型的POE基本结构如图所示,据资料宣传所示,DOW化学公司和SK的POE为A结构,而其他为B结构,这就是所谓的8C和4C之分。

二、POE在光伏行业应用

在了解POE在光伏行业应用之前,有必要来了解下光伏行业常常说道的PID。PID的英文全称是:Potential Induced Degradation,即电势诱导衰减。

  • 2005年美国SunPower公司首次发现并提出PID效应,指组件长期在高电压工作,在盖板玻璃、封装材料、边框之间存在漏电流,大量电荷聚集在电池片表面,使得电池片表面的钝化效果恶化,导致填充因子、短路电流、开路电压降低,使组件性能低于设计标准,但此衰减是可逆的。
  • 也有研究发现并对PID效应作出解释:光伏组件在受到负偏压时,由漏电流阳极离子(一般为Na离子)流入电池片,降低电池的并联电阻。即,半导体内出现了杂质,这些杂质会形成电池内部的导电通道,降低了组件的电流输出。
  • 第三种产生光伏组件PID效应的原因是:光伏组件的边缘部分容易有水气进入,EVA发生水解后会生成醋酸,醋酸和玻璃中的Na反应,可以生成大量的自由移动的Na离子,会与电池片表面的银栅线发生反应,从而腐蚀电池栅线,导致串联电阻的升高,导致组件性能衰减,此类衰减不可恢复。

说了那么多,其实就是为了表达一点,PID跟EVA发生水解有关

POE薄膜封装的光伏组件,水汽透过率低,排除使用EVA封装膜所会产生的腐蚀问题,能够拥有更长的产品生命周期以及更佳的耐用性。提高光伏组件的发电量,发电效率,可靠性及使用寿命,提高对电位诱发衰减PID的耐受性,并降低组件过早发生故障和需更换的可能性。另外,双面发电组件,PERC电池组件为了解决PID,背面更加倾向于采用POE。N型TOPCon是正面容易PID,正面用POE。


那么POE是否会完全取代EVA呢?答案是否定的,首先POE目前价格比较高,成本上不占据优势。


同时POE的加工生产效率低,组件产品良率低。实际应用过程中,常常采用EVA/POE/EVA复合型结构,产品中间薄薄的一层POE,可以确保良好的PID阻性。


复合产品不仅融合了EVA的快速、容易加工的优点,而且还保留了POE的强抗PID性能。其局限性是对EVA和POE的特性都必须深入了解,而且POE中间层厚度均匀性难以控制。

三、POE的主要生产厂商


1. 埃克森美孚


1991年埃克森美孚(ExxonMobil)公司利用Exxpol工艺,在其生产乙丙橡胶(EPDM)的装置上利用乙烯和丁烯共聚得到新型聚烯烃弹性体材料POE,其牌号为Exact,后来利用该工艺开了乙烯和丙烯、己烯共聚聚烯烃弹性体,牌号为Vistamaxx、Exceed

2. 陶氏( Dow)化学


1993年陶氏( Dow)化学公司采用限定几何构型催化技术(CGCT) 和INSITE 工艺制成的新型聚烯烃弹性体材料POE,该产品是乙烯和1-辛烯共聚而得,牌号为Engage,后来陶氏( Dow)化学公司还开发了乙烯和丙烯、丁烯共聚聚烯烃弹性体POE,牌号为Versify、Affinity等。该工艺可以在乙丙橡胶(EPDM)设备上生产得到产品。DOW在光伏领域牌号主要是ENGAGE™ PV


3. 三井(Mitsui)化学


三井(Mitsui)化学公司2005年在新加坡建设一套10万t/a的POE生产装置,该公司技术来自陶氏( Dow)化学,生产乙烯和1-辛烯、丁烯共聚聚烯烃弹性体POE,牌号为Tafmer

4. LG化学


LG采用自主研发的茂金属催化剂,以乙烯和1-辛烯或 1-丁烯为原料,生产的聚烯烃弹性体(POE),其牌号为Lucene

5. SABIC-SK


沙特基础工业公司(SABIC)与韩国石化公司SK综合化学等额合资控股公司SABIC SK Nexlene Company(SSNC),于2014年7月在新加坡成立,并大力开发聚烯烃弹性体POE,该产品采用Nexlene™溶液聚合技术,并于2015年开始投放市场,牌号为Smart、Solumer,大力推进。

在2021年橡塑展上,SABIC主推的POE树脂FORTIFYTM C5075DP和C13075DP作为光伏组件封装材料,可为光伏组件提供出色的保护,并确保高效、可靠的能源输出。


6. 万华化学


几年前开始研发POE,目前已经到了中试阶段,预计在2025年前有20万吨产能。2020年10月9日,万华化学发布“万华化学集团股份有限公司聚氨酯产业链一体化-乙烯二期项目环境影响报告书征求意见稿公示”。该项目为改扩建项目,建设内容包含20万吨/年聚烯烃弹性体(POE)装置

7. 中国石化天津


中国石化天津南港乙烯工程以120万吨/年乙烯装置为龙头,瞄准世界领先、填补国内空白、顶替进口,产业链延伸建设超高分子量、α-烯烃、ALL-PE、ABS、POE、HDPE等12套高端新材料装置。其中P0E聚烯烃类热塑性弹性体装置为10万吨/年,是属于C4型POE。

8. 惠生


据业内人士透露,10万吨POE装置,将于2023年投产;

9. 京博石化


京博石化POE装置初步规划5万吨/年,初步计划2025年投产。

可以看出随着POE在光伏等领域的需求日益增长,越来越多有实力的中国化工企业加入POE的研发和生产中。未来几年将成为POE市场中重要的参与者。

光伏胶膜材料主要有EVA,和POE;1GW的装机容量,大概需要1000万平方米的封装胶膜,在双面发电和N型电池时代,封装胶膜材料和工艺有什么变化呢?欢迎加入艾邦光伏产业链交流群之封装胶膜群

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