光伏行业知识（二）封装材料胶膜

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伏胶膜深度分析
一、产品介绍
（一）概述及用途
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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（二）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。

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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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根据中国光伏行业协会数据，2022年，透明EVA胶膜仍占据单玻组件封装材料的主要份额，占全部胶膜市场41.9%的市场份额，较2021年下降10.1个百分点，但中短期内仍将是应用最为广泛的封装材料。2022年，随着双面双玻组件及N型组件的发展，POE胶膜市场占比达到10.9%，EPE胶膜市场占比达到24.0%，POE胶膜与EPE胶膜合计市场占比达到34.9%，预计至2030年可超过50%。

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（三）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。
当期，光伏和发泡领域是我国EVA树脂最大的两个应用场景，今年初消费占比分别为56.34%和12.56%。

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POE树脂一般作为单一材料使用，目前我国44%的POE树脂用于光伏封装胶膜领域，其次是汽车行业，占比约25%。

全球市场的消费结构与我国当前有一些小不同，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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（四）要素比对
光伏发电的基本原理是当太阳光照射在半导体PN结上，在光子的激发下，电池片形成新的电子-空穴对，在PN结内建电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后形成电流。
光伏组件PID效应即电势诱导衰减效应。行业普遍认为组件在户外运行时在组件边缘朝向电池的持续偏压产生了漏电流，进而造成两种PID失效模式：1.PID-P，指的是漏电流产生的电荷在电池的减反射/钝化层累计，影响表面钝化效果，降低光生载流子的利用率，造成光伏组件输出功率衰减；第二类为PID-S，指的是在电势诱导作用下，阳离子作为杂质通过封装材料向电池内部迁移，渗透到晶体缺陷和PN结中，引起局部漏电分流，降低其组件发电效率。EVA胶膜水解生成的醋酸与玻璃反应后形成钠离子迁移是PID-S效应产生与加剧的重要因素。同时，EVA较低的体积电阻率也使得高功率组件的漏电流现象越发严重，从而提高了PID效应的发生概率。

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缓解PID效应是光伏胶膜产品发展的重点方向，也是POE胶膜发展的主要驱动力之一。POE胶膜较强的抗PID性能主要由其材料性质决定，POE树脂和EVA树脂的分子结构对比如下：

POE胶膜的大分子链饱和稳定结构使其具有良好的电气绝缘性能，具有较高的体电阻率，较EVA材料，在同等电势差下的漏电流较低。POE胶膜的非极性特点使其与水分子等极性物质的溶解性较低，具有良好的水汽阻隔性能，可以为电池提供较好的防潮保护，有利于降低PID效应风险。此外，POE为乙烯和α-烯烃共聚物，在长期使用过程中不会自身水解产生醋酸等腐蚀性物质，也减少了钠离子从光伏玻璃的析出，降低了PID效应的概率。

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POE胶膜产品的电气绝缘性能与水汽阻隔性能较EVA胶膜有5-10倍的提升，在抗PID性能方面是理想的光伏组件封装材料

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二、制备工艺
（一）EVA
1.EVA树脂
前文已述，EVA是乙烯和醋酸乙烯（VA）的共聚物，按照VA共聚单体含量不同，可以将EVA分成三类，即EVA树脂（VA质量分数＜40%）、EVA弹性体（VA质量分数40-70%）和EVA乳液（VA质量分数70-95%）。在树脂中，VA质量分数一般在1-40%，随着VA含量不同，产品的性能和应用领域也随之变化。其中，VA质量分数在28-33%的EVA树脂可用于制造光伏电池的封装膜，这种柔软厚实的交联封装膜表现出优异的透光性，有助于保护易碎的硅晶片太阳能电池。
EVA树脂生产技术主要有高压法连续本体聚合、中压悬浮聚合、溶液聚合和乳液聚合四种，目前行业大多采用高压法连续本体聚合工艺。又根据反应器的不同，高压法连续本体聚合工艺又可分为管式法和釜式法，两种生产流程大致相同，即原料气经过压缩后进入反应装置，在引发剂的作用下发生聚合反应，反应产物依次进行气液分离及降温，最后挤出造粒即可。