创新塑料助力光伏行业发展

在“双碳”背景下，能源结构的调整和优化大势所趋。而大力发展可再生能源是实现碳中和、碳达峰的有效手段。

太阳能是一种清洁、无污染且永不枯竭的可再生能源，除了日照外，无需其他任何“燃料”。因此，从理论上来说，基于太阳能的光伏发电技术可以用于几乎所有需要电源的场合，上至航天器，下至汽车（图1）、家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具。

图1：车载光伏

在现实生活中也确实如此，光伏发电正一步步地融入到我们的衣食住行当中。随着这项技术的不断发展，更多的应用场景如光伏建筑一体化、光伏交通和光伏移动穿戴等，已经一一被解锁。作为全球增长速度最快的可再生能源之一，光伏发电正获得越来越多的关注。中国已经成为全球最大的光伏发电市场之一，且外贸出口的“新三样（电动汽车、光伏产品和锂电池）”中就有光伏产品。

光伏发电是一种通过具有光电效应的半导体将太阳能辐射转换为电能的方法。这条产业链的上游主要是原材料制备；中游的重点内容是光伏组件的生产；下游是系统集成和光伏产品应用端（图2）。

图2：光伏产业链构成

这其中，光伏组件的生产，给塑料带来了用武之地。通常，光伏用塑料在性能上主要考虑以下几个因素：
1.低温下的高抗冲击性；
2.薄壁处的电气性能和阻燃性；
3.对粘合剂和密封剂的耐化学性；
4.阻隔性；
5.室外和室内解决方案。

图3：光伏组件结构示意图

目前，塑料主要用于制造光伏组件中的封装胶膜、背板、边框、接线盒、连接器和逆变器盖等部件。虽然胶膜、背板等部件在光伏组件（图3）总成本中的占比不高，却是决定光伏组件质量和寿命的关键因素。
下面，让我们来共同了解一下塑料在光伏领域的应用进展。

图4：陶氏ENGAGE™ PV POE是双面组件（双玻及透明背板）的理想选择

封装胶膜

光伏电池成本高、易破碎且封装过程不可逆，一旦直接接触雨雪、风沙或灰尘，会严重影响光伏电池的光电转换效率，因此，其两侧用于封装和保护的胶膜至关重要。目前，市场上的封装材料主要有白色/透明EVA（乙烯-醋酸乙烯酯共聚物）、POE（聚烯烃弹性体）以及共挤型聚烯烃POE （EVA-POE-EVA）等胶膜产品。近两年，对于封装材料在提升发电效率方面所发挥的作用，光伏产业给与了越来越多的重视，因此，高品质胶膜 （以白色增效EVA胶膜、多层共挤POE胶膜为主) 的市场占比逐渐提高。另一方面，双面电池和双玻组件的使用也进一步促进了高品质胶膜市场占有率的提高。

图 5：杜邦 ^TM Tedlar® PVF 背板材料

在2023年5月举办的第十六届国际太阳能光伏与智慧能源（上海）展览会（SNEC 2023）中，陶氏（Dow）的ENGAGE™ PV POE凭借其优异的性能，斩获了“十大亮点-太瓦级钻石奖”。与传统的EVA胶膜相比，采用ENGAGE™ PV POE制成的胶膜拥有低水汽透过率和高耐候性，可有效延长光伏组件的使用寿命，助力光伏组件的长期稳定性，从而降低光伏系统度电成本（LCOE），帮助光伏胶膜生产商控制整体成本。

基于先进的催化剂技术和工艺，ENGAGE™ PV POE还拥有比普通规格POE材料、EVA材料更优异的电绝缘性，有助于抵抗电势诱导 （PID），是双面组件（双玻及透明背板）的理想选择（图4）。采用ENGAGE™ PV POE胶膜制成的组件和系统具有更高的长期输出功率，从而在组件和系统的生命周期中能产出更多电量，提高发电效率。

自2016年以来，陶氏ENGAGE™ PV POE在光伏领域已成功封装超过100GW的高效组件，成为了光伏产业中的重要原料。

背板薄膜

背板位于光伏组件的背面，对电池片起着支撑、保护作用。常见的光伏组件背板有3层结构：外层，通常是耐候的氟层；中间层；连接二者的粘接层。外层的薄膜厚度一般在37μm左右，是封装材料的主要层，其作用是不感光、耐气候以及抗UV紫外耐老化等。内层的聚酯层厚度一般为250μm，需要具备水汽阻隔性、电气绝缘性、尺寸稳定性、易加工性和耐撕裂等性能。

杜邦TM Tedlar® PVF（聚氟乙烯）薄膜是杜邦（Dupont）光伏解决方案旗下3款主要产品之一。20世纪70年代，美国航空航天局（NASA）立项设计具有30年寿命的晶硅组件。经过长达11年、先后5个阶段的广泛合作研究，Tedlar®材料脱颖而出。基于Tedlar®薄膜的背板，加之以玻璃为前板，以EVA为封装胶膜，构成了一种经典的光伏组件结构，并沿用至今。

目前，基于Tedlar® PVF薄膜的背板（图5）已在各种气候条件下（如沙漠、热带、沿海和高山）户外应用 30 多年，并仍能为组件提供至关重要的长期保护，保障系统安全，并实现光伏系统的长期效益。

边框

边框是光伏组件的重要组成部分，它能保护玻璃板边缘，固定太阳能电池片和背板，提高组件的密封和整体机械性能，便于组件的安装、运输。一直以来，大部分光伏组件的边框都采用铝合金型材，但上游原材料电解铝价格高、生产过程能耗高。在需求快速增长和产能提升受限的双重因素下，光伏组件制造商一直在寻找性能更好、更具成本竞争力的材料。

图6：聚氨酯复合材料边框 

科思创（Covestro）与合作伙伴共同开发了聚氨酯复合材料边框。该产品拥有卓越的材料性能，其轴向拉伸强度是传统铝合金材料的7倍以上。同时，该产品还具有很强的耐盐雾和耐化学腐蚀性能。采用科思创聚氨酯复合材料边框封装的组件，通过了IEC 61701:201光伏组件盐雾腐蚀实验和IEC 62716:2013氨腐蚀试验。对于安装在高湿地区（如沿海和海上电场）的光伏组件来说，耐腐蚀性能尤为重要，是确保长久户外运行的关键。

科思创聚氨酯复合材料的体积电阻率可达1×1014Ω•cm，光伏组件采用非金属边框封装后，大大降低了形成漏电回路的可能性，有助于减少电势诱导衰减现象的产生，提高电池板的发电效率。同时，作为一种非金属材料解决方案，聚氨酯复合材料边框（图6）的综合成本低于铝合金边框，可以为光伏组件制造商降本增效。

连接器

光伏连接器是用于连接光伏组件和其他电器设备的一类部件，主要由本体、卡爪和螺帽构成（图7）。
帝斯曼（DSM）的Akulon®系列PA（尼龙）材料在机械强度、美观性和价值之间实现了很好的平衡，具有出色的耐磨性、抗冲击强度和耐热性，能够很好地抗紫外线且防潮。Akulon® SG-KGS5/HV具有25%玻纤增强，流动性高，不含卤素和红磷。Akulon® Ultraflow XG-FKGS6/A具有30%玻纤增强，无卤阻燃。这两个牌号非常适合于满足光伏连接器本体的需求。Akulon® S225-KS(PA66 FR(30))和Akulon® K225-KS(PA6 FR(30))则可以满足螺帽和卡爪的应用。

图7：光伏连接器

沙特基础工业公司（SABIC）在2022年推出了一款突破性聚碳酸酯（PC）基共聚树脂，可用于光伏连接器，能够满足新兴1.5kV太阳能系统严苛的性能和监管要求。全新的LNP™ EXL9334P共聚物树脂达到了最高的相对耐漏电起痕指数（CTI）水平（UL PLC0），并满足IEC MG 1标准，同时具有低温延展性、良好的尺寸稳定性、出色的耐热性、耐久性、耐候性和阻燃性等优势。此外，作为一款注塑成型热塑性塑料，它兼具经济性和设计灵活性，同时也有助于提高加工效率。

前景广阔

现在，全球正处于能源结构转型的重要阶段，世界能源格局正在发生着深刻变革，在利用人造太阳核聚变来发电这一人类伟大梦想实现之前，各国都在加紧新能源产业以及光伏产业的布局。从长远来看，光伏产业不是简单的某种新技术的产业化，也并非商业模式的尝试，而是国家的能源战略。行业中有观点指出，中国的电未来可以转换成流通消费品，还将成为出口工业品的母基，与电结伴而生的“电力人民币”能成为人民币国际化的探路者和“石油美元”的新玩伴。这无疑为塑料的应用打开了市场空间，希望塑料能搭上这列快车，驶向更广阔的未来。

来源：荣格-《国际塑料商情》

原创声明：
本站所有原创内容未经允许，禁止任何网站、微信公众号等平台等机构转载、摘抄，否则荣格工业传媒保留追责权利。任何此前未经允许，已经转载本站原创文章的平台，请立即删除相关文章。