在光伏制造業(yè)，乙烯醋酸乙烯酯（EVA）一直是硅基光伏組件封裝的首選材料。這種材料廉價(jià)且易加工，在已經(jīng)建立的成本優(yōu)化的供應(yīng)鏈及幾十年的光伏應(yīng)用研究之上，使得其他材料幾乎沒有機(jī)會(huì)去獲得市場(chǎng)吸引力。
然而，近些年光伏組件技術(shù)的快速發(fā)展或許正好創(chuàng)造了這樣的機(jī)會(huì)。另一類材料聚烯烴(POEs)的使用在過去幾年中迅速增長。IHS Markit認(rèn)為，POE封裝材料去年的市場(chǎng)份額為20%，幾乎是2017年11%的兩倍。預(yù)計(jì)到2022年底，這一比例將達(dá)到30%。
IHS Markit高級(jí)研究分析師Karl Melkonyan表示:“POE材料增長的主要驅(qū)動(dòng)力將來自雙玻組件（P型和N型）的強(qiáng)勁增長，以及價(jià)格隨著制造業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大而更具競(jìng)爭(zhēng)力。盡管EVA將繼續(xù)占據(jù)大部分市場(chǎng)，但不建議將其用于雙面技術(shù)或者N型、薄膜等技術(shù)?！?br/>
圖片：POE原則上是一種更好的材料，比EVA更穩(wěn)定。來源：奧地利Borealis
雙面組件的發(fā)展，其中大多數(shù)是雙玻組件，給封裝材料提出了多重挑戰(zhàn)。盡管據(jù)估計(jì)，POE至少要比EVA貴30%，但組件制造商們正轉(zhuǎn)向基于前者封裝的解決方案。CEA技術(shù)和質(zhì)量總監(jiān)George Touloupas解釋說:“從本質(zhì)上將，EVA有局限性，特別是考慮到30或40年的使用壽命。POE原則上是一種更好的材料，比EVA更穩(wěn)定。隨著雙面組件規(guī)模的擴(kuò)展，它的份額將大幅增長?！?br/>
隨著時(shí)間的推移，EVA在應(yīng)用環(huán)境下分解，產(chǎn)生醋酸。在玻璃-背板構(gòu)造下，醋酸可以通過背板滲透和溢出，從而不會(huì)造成任何影響。然而，在雙玻組件構(gòu)造下，醋酸往往被困住并積聚，最終結(jié)果導(dǎo)致腐蝕和明顯的性能損失。這可能是導(dǎo)致一些供應(yīng)商研究POE來作為雙玻組件更優(yōu)解決方案的原因。透明背板材料的生產(chǎn)商也指出，其背板的“透氣性”，和防止醋酸積聚，是他們的產(chǎn)品優(yōu)于雙玻組件的地方。
然而，EVA的分解機(jī)制是由水分驅(qū)動(dòng)的，雙玻組件可以有效防止水分地進(jìn)入。Touloupas解釋說:“沒有水，再加上EVA穩(wěn)定劑添加劑，應(yīng)該可以確保雙玻組件不會(huì)因?yàn)榇姿岬男纬啥艿竭^度腐蝕。”這已經(jīng)足矣讓組件通過廠商的老化測(cè)試和第三方質(zhì)保。目前，EVA仍然被用于雙玻組件夾層，盡管經(jīng)常是與POE封裝劑結(jié)合使用。
雙面組件面臨的第二個(gè)挑戰(zhàn)，也是最近POE封裝材料興起的最大驅(qū)動(dòng)力，涉及到它可以防止一種新的影響雙面組件背面發(fā)電的PID。新的EVA配方和電池片表面處理的組合已經(jīng)解決了單面組件的PID問題，但是隨著雙面技術(shù)最近的發(fā)展，人們又觀察到一種新的PID機(jī)制特別影響電池背面發(fā)電。
用基于POE的封裝劑替代EVA是組件制造商避免產(chǎn)品受到PID風(fēng)險(xiǎn)和相關(guān)可靠性問題的唯一有效解決方案。由于POE材料的生產(chǎn)成本比EVA更高，目前市場(chǎng)上的大組件需要更厚的封裝層，以及更大的覆蓋面積，因此已經(jīng)有更多專注于降低成本的創(chuàng)新技術(shù)顯現(xiàn)。
一些組件供應(yīng)商選擇使用經(jīng)過測(cè)試的EVAs進(jìn)行正面封裝，在電池片和背面玻璃之間加一片POE作為預(yù)防PID的策略。位于中國杭州的封裝材料和背板制造商福斯特，擁有EVA/POE/EVA復(fù)合型密封背板的專利，產(chǎn)品中間薄薄的一層POE，可以確保良好的PID阻性。低成本但仍然可靠的EVA材料占據(jù)了封裝層的大部分，而這些復(fù)合型的材料正越來越多地出現(xiàn)在組件制造商的路線圖上。
杭州福斯特應(yīng)用材料有限公司的海外市場(chǎng)總監(jiān)吳先生表示，“復(fù)合產(chǎn)品不僅融合了EVA的快速、容易加工的優(yōu)點(diǎn)，而且還保留了POE的強(qiáng)抗PID性能。其局限性是對(duì)EVA和POE的特性都必須深入了解，而且POE中間層厚度均勻性難以控制?！?br/>
除了增加的材料成本之外，POE的加工難度也將其自身擋在了主流之外，較低的溫度和壓力要求可能對(duì)制造商有吸引力，但較長的循環(huán)時(shí)間、較窄的溫度窗口和較低的玻璃粘附性則顯得沒有吸引力。在這些問題被解決之前，制造商們可能會(huì)堅(jiān)持使用EVA，除非是絕對(duì)必要的情況。
將POE材料做成熱塑性材料，而不是交聯(lián)聚合物——這是一種潛在的使材料更易加工的方法。奧地利制造商Borealis在制造其Quentys BPO系列產(chǎn)品時(shí)，基于POE的封裝材料所采用的的就是這種方法?！癇PO是一種定制的熱塑性封裝劑，其粘附功能直接結(jié)合在聚合物鏈中，從而產(chǎn)生卓越的固有粘附力?！?Borealis光伏團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Alper Muraben說，“此外，聚合物的高熔點(diǎn)和高粘度消除了在模塊層合過程中密封劑交聯(lián)的需要。這大大簡(jiǎn)化了樹脂到薄膜的擠出步驟和模塊層壓工藝。”他進(jìn)一步解釋道，與其他POE材料相比，Quentys封裝材料的層壓周期更短，而且與EVA相比，其加工壓力和溫度更低。從而減少了電池片在封裝時(shí)受到的壓力。最后，他指出，這種封裝劑的高粘度最大限度地減少了電池或帶在層壓過程中移動(dòng)的機(jī)會(huì)。
與此同時(shí)，意大利層壓設(shè)備制造商TekniSolar已經(jīng)開發(fā)出了設(shè)備和工藝，可以有效地應(yīng)用于這些封裝材料和其他材料。該公司表示，“根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，使用某一種材料主要取決于特定的組件技術(shù)。我們的技術(shù)可以讓任何類型的組件在很短的周期內(nèi)完成層壓，主要?dú)w功于多階段固化、快速真空系統(tǒng)、均勻的加熱應(yīng)用和平壓技術(shù)?！?br/>
雙面組件已被公認(rèn)是一種主流的技術(shù)，并且未來幾年內(nèi)還將繼續(xù)快速增長，這也為POE材料的發(fā)展留足了空間。
盡管EVA在中短期內(nèi)仍將占據(jù)更大的市場(chǎng)份額，但近期其他模塊技術(shù)的發(fā)展表明，制造商們正在向POE緩慢轉(zhuǎn)變。除了雙面組件，POE提供的更溫和的處理方式，意味著它可以廣泛用于異質(zhì)結(jié)和TOPCon組件，這些組件的電池對(duì)溫度升高極為敏感。隨著近期更大尺寸的硅片出現(xiàn)，這或許對(duì)POE來說是個(gè)好消息。
與使用EVA封裝的組件相比，使用Quentys BPO系列封裝組件，Borealis還能證明組件性能的提高。該公司在阿布扎比的一個(gè)室外場(chǎng)地進(jìn)行了測(cè)試，使用Quentys封裝的組件在12個(gè)月的時(shí)間里，比EVA封裝組件的發(fā)電產(chǎn)出高出2%以上。弗勞恩霍夫?qū)嶒?yàn)室測(cè)試也顯示，使用Quentys封裝的組件性能顯著增強(qiáng)，在一系列苛刻的濕熱、紫外線和熱循環(huán)測(cè)試后，初始功率等級(jí)損失了5.5%，而行業(yè)參考（采用EVA封裝）的數(shù)據(jù)為33.4%。
背面PID保護(hù)功能使得聚烯烴（POE）進(jìn)入了封裝市場(chǎng)，更長的使用壽命、更高的額定功率以及組件技術(shù)的其他發(fā)展，意味著光伏制造商們將密切關(guān)注POE材料。
材料的選擇只是問題的一個(gè)方面，而背板/玻璃的重量、層壓工藝的質(zhì)量、以及對(duì)于確保密封劑能夠提供良好的、長期的保護(hù)同樣至關(guān)重要。CEA技術(shù)和質(zhì)量總監(jiān)George Touloupas表示，“很明顯的事實(shí)是，POE是優(yōu)于EVA的材料，當(dāng)然前提是配方和生產(chǎn)都是合理的。POE必須達(dá)到與EVA相同的成本和制造的便利性才能完全取代它。這不會(huì)很快實(shí)現(xiàn)，至少短期內(nèi)不可能。”
來源：PV Magazine, 有刪減。光伏們編譯。
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