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双玻组件材料:EVA与POE的使用探讨
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太阳能电池组件(也叫太阳能电池板、光伏组件)是太阳能发电系统中的核心部分,也是太阳能发电系统中最重要的部分。
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其作用是将太阳能转化为电能,送往蓄电池中存储起来或推动负载工作。
光伏组件设备作为光伏电站的核心设备,从封装角度主要可分为单玻组件和双玻组件,随着光伏发电产业的不断发展以及光伏技术的不断改进,双面电池得到迅速发展。
目前市场中,双面电池组件大多采用双玻封装,少数使用透明背板封装。为进一步加快光伏发电平价上网进程,2015年国家能源局联合有关部门提出了实施光伏发电“领跑者”计划和建设领跑基地,通过市场支持和试验示范,以点带面,加速技术成果向市场应用转化和推广,加快促进光伏发电技术进步、产业升级。
据统计,在第三批应用领跑者项目中,双面电池组件中标量共2.65GW,占比达到53%,相较于前两批领跑者项目占比大幅提升。彭博新能源财经指出,到2022年,双面电池组件的市场占比将超过90%。
同时,由于透明背板的使用尚未能够得到大多数光伏电站开发商的青睐,市场占比较小,这就给双玻组件快速占领市场创造了条件,将成为组件市场主流。
目前双玻组件用的封装胶膜主要包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(简称:EVA)和乙稀-辛稀共聚物(简称:POE),笔者在双玻组件的设备监造过程中发现,部分制造厂商选择EVA进行封装,部分制造厂商选择POE进行封装,还有一些制造厂商开始陆续使用EVA+POE混合封装,那么双玻组件选用EVA还是POE,哪个是最优解,值得业内思考。



PID成因


PID全称为电势诱导衰减,PID效应使得大量电荷聚集在电池表面,使电池表面钝化失效,从而导致电池组件的功率骤降。
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随着光伏系统近年来的大规模运用,光伏行业技术的革新,系统电压越来越高,同时由于防雷工程的需要,组件的铝合金边框均要求接地,于是电池片与铝边框之间变形成了比较高的直流电压。
组件的封装胶膜EVA材料无法做到100%的绝缘,使用过程中,水汽透过硅胶、背板等渗透到组件内部,EVA材料遇到水后发生分解,从而产生了自由移动的醋酸,自由移动的醋酸和玻璃表面析出的碱反应后,会形成可以自由移动的钠离子,钠离子在外加电场的作用下,向电池表面移动,聚集到电池表面的减反射层从而导致PID现象的发生。
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水气进入组件,EVA遇水分解产生醋酸,酷酸与碱反应产生钠离子,钠离子富集到电池表面,以上四步便是这一PID观点形成的全过程,而这一过程也是目前光伏行业普遍认可的一种PID效应成因。
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封装胶膜EVA


EVA胶膜主要成分是乙烯与醋酸乙烯酯的共聚物,外加各种添加剂如交联剂、增稠剂、抗氧化剂、光稳定剂等。EVA以其优异的封装性能、良好的耐老化性能和低廉的价格等优点,在2014年前便成为光伏组件封装的首选材料。
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但是从PID的形成原因来看,EVA材料是PID效应产生的核心元素,所以EVA材料一直不能完全消除业界对其的质疑。但是双玻组件的出现,似乎给了EVA克服天生缺陷的可能,由于玻璃的水蒸气透过率几乎为零,双玻组件的低透水率或者说零透水率让EVA抗水解能力不再成为问題,没有了水解协同老化使得EVA引起的PID问题似乎也不再成为焦点。
然而,如何解决边缘水汽渗透和由此带来的抗PID性能差等问题,依然无法得到正解。
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封装胶膜POE


POE封装胶膜由茂金属作催化剂开发而来,是具有窄相对分子质量分布、窄共聚单体分布、结构可控的新型聚錄烃热塑性弹性体。
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由于非极性的特点,POE具有优异的水汽阻隔能力和离子阻隔能力,水气透过率仅为EVA的1/8左右,由于分子链结构稳定,老化过程不会分解产生酸性物质,具有优异的抗老化性能,是高效、高可靠性光伏组件封装胶膜的首选材料。
2015年领跑者创新论坛首届双玻大会,EVA抗水解性能差的问题被再一次提出:“没有边框的双玻组件,如何解决边缘水气渗透、EVA水解、封装材料脱层和由此带来的抗PID性能差?”,用POE替代EVA成了大会的热议,POE粒子厂商开始介绍用POE替代EVA封装双玻的种种好处。
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双玻组件封装胶膜的选择现状



虽然POE胶膜性能相比传统EVA胶膜具有更好的水汽阻隔能力和更好的抗老化性能,但是POE由于粒子成本高,市场一直未被全面打开。
直到近几年,开发白色EVA解决方案的胶膜厂商也纷纷开始关注POE胶膜的开发,同时,感受到双玻挑战的背板企业也纷纷加人开发POE胶膜的大军。
随着POE胶膜的开发愈发成熟,加之终端用户对边缘封装材料水解的担忧,从2017年开始,POE胶膜量升价跌,市场占有率不断提升。
目前,POE胶膜几乎成为双玻主流的封装技术选择,很多双玻电站业主在招标阶段就指定釆用POE胶膜。
然而,就在POE胶膜几乎成为双玻主流封装技术选择的今天,EVA胶膜迎来了转折机遇。
在平价上网、补贴下调的压力下,终端客户普遍更加关注组件价格的形式下,有些组件厂目前已经开始采用EVA+POE组合封装方式,以降低成本或应对POE供应短缺的问题。
同时,随着大硅片组件的流行,组件尺寸发生巨大变化,安装的便捷要求和组件的重力变形倾向于双玻组件开始使用带边框设计,部分组件厂认为既然单玻组件普遍采用EVA封装,带边框的双玻组件当然可以采用EVA。
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结语
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通过上述简要分析比较,笔者认为,单玻组件普遍釆用EVA封装的根本原因是EVA流动性较强,POE流动性较差,使用POE封装过程需要层压机温度更高,需要考虑背板层是否能够承受,所以单玻组件普遍使用EVA封装,而双玻组件玻璃耐热性能较高,故普遍使用POE封装。
事实上,使用POE胶膜进行封装的组件,确实具有更好的抗水解性能和抗老化性能,目前部分厂家釆用EVA+POE组合封装方式进行组件封装,有舍本逐末之嫌。
但是随着平价时代的到来,降本成为光伏行业的必然趋势,而随着电池片的抗PID性能以及EVA胶膜生产技术的进一步提高,双玻组件使用EVA胶膜也未尝不可,EVA胶膜给POE胶膜带来的良性竞争,将更有利于POE胶膜生产商加速降本增效,降低POE成本,促进光伏行业进一步发展。


来源:EVA与POE在双玻组件的使用探讨


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