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會去獲得市場吸引力。
然而，近些年光伏組件技術(shù)的快速發(fā)展或許正好創(chuàng)造了這樣的機會。另一類材料聚烯烴(POEs)的使用在過去幾年中迅速增長。IHS Markit認為，POE封裝材料去年的市場份額為20%，幾乎是2017年11%的兩倍。預(yù)計到2022年底，這一比例將達到30%。
IHS Markit高級研究分析師Karl Melkonyan表示:“POE材料增長的主要驅(qū)動力將來自雙玻組件（P型和N型）的強勁增長，以及價格隨著制造業(yè)規(guī)模的擴大而更具競爭力。盡管EVA將繼續(xù)占據(jù)大部分市場，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，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)模的擴展，它的份額將大幅增長?！?br/>
隨著時間的推移，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)果導致腐蝕和明顯的性能損失。這可能是導致一些供應(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的分解機制是由水分驅(qū)動的，雙玻組件可以有效防止水分地進入。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因為醋酸的形成而受到過度腐蝕?！边@已經(jīng)足矣讓組件通過廠商的老化測試和第三方質(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挑戰(zhàn)，也是最近POE封裝材料興起的最大驅(qū)動力，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風險和相關(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)過測試的EVAs進行正面封裝，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總監(jiān)吳先生表示，“復合產(chǎn)品不僅融合了EVA的快速、容易加工的優(yōu)點，而且還保留了POE的強抗PID性能。其局限性是對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制造商有吸引力，但較長的循環(huán)時間、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，制造商們可能會堅持使用EVA，除非是絕對必要的情況。
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，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光伏團隊負責人Alper Muraben說，“此外，聚合物的高熔點和高粘度消除了在模塊層合過程中密封劑交聯(lián)的需要。這大大簡化了樹脂到薄膜的擠出步驟和模塊層壓工藝。”他進一步解釋道，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的機會。
與此同時，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，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，主要歸功于多階段固化、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POE來說是個好消息。
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室外場地進行了測試，使用Quentys封裝的組件在12個月的時間里，比EVA封裝組件的發(fā)電產(chǎn)出高出2%以上。弗勞恩霍夫?qū)嶒炇覝y試也顯示，使用Quentys封裝的組件性能顯著增強，在一系列苛刻的濕熱、紫外線和熱循環(huán)測試后，初始功率等級損失了5.5%，而行業(yè)參考（采用EVA封裝）的數(shù)據(jù)為33.4%。
背面PID保護功能使得聚烯烴（POE）進入了封裝市場，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方面，而背板/玻璃的重量、層壓工藝的質(zhì)量、以及對于確保密封劑能夠提供良好的、長期的保護同樣至關(guān)重要。CEA技術(shù)和質(zhì)量總監(jiān)George Touloupas表示，“很明顯的事實是，POE是優(yōu)于EVA的材料，當然前提是配方和生產(chǎn)都是合理的。POE必須達到與EVA相同的成本和制造的便利性才能完全取代它。這不會很快實現(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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