光伏用EVA/POE的市場、應用和改性方法

      近年來，隨著光伏產業飛速發展，光伏膠膜粒子（EVA/POE）原料需求快速增加。據統計，全球膠膜產能幾乎全部集中在中國，而EVA與POE作為主要封裝材料，我國仍高度依賴進口，2021年我國EVA進口依存度仍超過50%，POE更是被海外廠商壟斷，基本依賴進口，下游需求的高速擴張與國產率低都為EVA與POE材料的發展帶來廣闊的市場空間。

1、光伏膠膜種類及對比

      中國光伏產業起步早，發展程度高，在產業鏈多個環節均有較高的產能比重，現已成為全球光伏產業發展的推動者和帶領者，尤其是光伏膠膜行業在經歷行業洗牌后，國外企業已基本退出市場，根據福斯特年報數據，企業光伏膠膜生產成本中，約90%為直接原料成本。

      EVA/POE作為光伏膠膜的重要原料，國產化程度偏低。截止2021年，中國EVA產能合計177.2萬噸，占全球的27%；而POE/POP全球產能超過100萬噸，由于聚合工藝、茂金屬催化劑、a-烯烴等多個環節存在較高的技術壁壘，中國當前仍未實現POE大規模工業化應用。
目前市場上的光伏膠膜主要有4種：透明EVA膠膜、白色EVA膠膜、POE膠膜、共擠型EPE膠膜。
透明EVA膠膜因價格優勢、加工性能優勢成為當前市場主流封裝材料，占比約為52%；白色膠膜EVA是在EVA樹脂中加入一定量的鈦白粉等白色填料，以提高二次光線的反射率，主要用于單玻、雙玻組件的背面封裝，使用白色EVA替代透明EVA時，雙玻組件功率增益可達7-10W，單玻組件功率增益1-3W。

                                                                                                                                    不同封裝材料市場占比（%）
      POE膠膜由于其獨特的抗PID性能，同時其電阻率高、不易水解，是雙玻組件的主流封裝原料；EPE膠膜通過共擠工藝將EVA與POE樹脂擠出制造，兼具EVA良好的加工性能與POE良好的抗PID性能、耐水汽性能。
根據CPIA的預測，未來幾年，透明EVA及白色EVA膠膜市場比重下滑，EPE膠膜市場份額將明顯提高。

 EVA需求情況
得益于光伏等行業的迅速發展，中國EVA消費量快速增長，2021年，中國EVA消費量達到205.3萬噸，近5年復合增長率9.52%。
EVA應用較廣，主要集中在光伏、紡織鞋材、電氣等領域，下游消費結構：光伏料37%、發泡料28%、電纜料17%、熱熔膠7%、涂覆7%、農膜1%，光伏料作為較明顯消費下游，未來占比仍然有望擴大。

                                                                                                                                            我國EVA下游消費情況
根據CPIA全球光伏裝機容量的預測，并結合膠膜材料份額變化趨勢，對EVA的未來的需求進行測算，均值情況下：
1.從裝機數據來看，全球光伏裝機增速在2021-2023年達到高峰期，之后增速相對回落。

                                                                                                                           我國光伏年度新增裝機規模及預測（GW）
2.均值情況下對EVA樹脂的需求增量分別達到24萬噸（2021年)、21萬噸（2022年）、15萬噸（2023年）、10萬噸（2024年），結合全球新增光伏料產能來看，2022年光伏料仍供不應求，景氣度有望延續。
3.后續隨著國內EVA投產加快，EVA自給率會逐漸上升，但仍保持較高的進口依賴度。
2、POE市場現狀及展望
     產品中的典型是聚烯烴彈性體(POE)和聚烯烴塑性體(POP)，國內總需求量近50萬t/a，除少量POP可自主生產外其余完全依賴進口。
聚烯烴類彈性體是由乙烯與丙烯或其他a-烯烴（如1-丁烯、1-己烯、1-辛烯等）共聚而成的一類聚烯烴材料。
與聚烯烴塑料相比，其分子鏈內共聚單體的含量更高，密度更低。聚烯烴彈性體主要有乙丙共聚物和乙烯/a-烯烴共聚物兩大類，其中乙丙共聚物彈性體包括二元乙丙橡膠（EPM)和三元乙丙橡膠（EPDM)兩種，乙烯/a-烯烴共聚物彈性體則主要有乙烯/a-烯烴無規共聚物（POE)和乙烯/a-烯烴嵌段共聚物（OBC)兩種。
      POP和POE沒有本質區別，只是共聚α-烯烴單體的含量有所區別，共聚單體的含量直接導致POE和POP的密度差異。通常POE共聚單體質量分數大于20%，而POP共聚單體質量分數小于20%，因此POP的密度高于POE。
POE由于其特殊的分子結構，具有良好的流變性能、力學性能、抗紫外線性能，低溫韌性好，同時與聚烯烴具有較好的親和性，普遍的應用于改性及膠膜制備領域。
從終端應用來看，國內市場以汽車行業為主，消費占比達到68%，聚合物改性領域占比19%，電線電纜領域9%，其它領域4%左右。我國POE基本依賴進口，消費市場仍有待培育，后續可取代一部分橡膠及塑料。

                                                                                                                           我國POE下游消費

3、EVA與POE性能對比
在光伏領域，EVA與POE性能各有優缺點，EVA價格較低、易加工、耐存儲、交聯速度快、與玻璃&背板粘結性能好；POE優勢主要在于材料性能好，抗PID性能優異、電阻率高、水汽阻隔率大、耐低溫耐黃變。
EVA的劣勢主要在于：醋酸乙烯在在光、氧氣、濕熱環境下容易發生水解，產生醋酸，對電池片表面、焊帶等腐蝕，同時還會與玻璃中的Na反應，可以生成大量的自由移動的Na離子，造成功率衰減；同時EVA容易在光熱環境下發生黃變，影響透光性，造成組件整體的功率損失。
POE的劣勢在于：POE極性較低，膠膜加工過程中極性助劑溶劑析出至膜表面，造成表面光滑容易移位；加工難度偏大，膜唇容易掛料；POE粒子價格整體較EVA貴?？傮w認為在未來幾年，POE粒子在膠膜粒子中的應用占比有擴大趨勢，主要是受以下幾點因素的影響：
1. 電池N型化：
當前P型電池光電轉化效率已接近24.5%的上限，而N型電池轉化效率上限更高；P型電池在硅片中的摻雜的硼氧復合體會引起電勢衰減加快，N型電池摻入鱗性能較好。
N型電池的PID效應在受光面更敏感，對PID衰減大的N型組件，在光照恢復后，也會造成不可逆損傷，同時N型電池使用單玻封裝時，背板水汽阻隔性較差，因此選擇POE膠膜進行封裝，能降低組件的整體水汽透過率，延長組件的使用時間，因此，N型電池的推廣可以增加POE用量。
2.電池功率大型化：
近年來，不同類型的電池組件功率均有明顯的提高，發熱量增大，溫度會對電池的峰值功率、開路電壓等電性能產生較大影響，因此對封裝材料的電性能要求要來越高。
3.蓋板玻璃減薄化及雙玻組件增多:
根據CPIA數據，當前玻璃厚度主要有<2.5mm、2.8mm、3.2mm三個等級；其中厚度<2.5mm的玻璃蓋板市場占有率32%，預計到2025年比例將提高到50%左右，玻璃變薄會對封裝材料性能要求越來越高，POE具有良好的機械強度及韌性。
EPE膠膜可以兼具EVA和POE的優點，是未來膠膜的重要發展方向。此外，POE優異的材料性能在汽車、電線電纜、機械、鞋底料、熱熔膠等領域都有著巨大的應用潛力，隨著國產化進程的加快，POE將培育出更大的市場空間。
4、POE的應用
01 POE直接改性應用
POE直接改性主要應用于PP和PE的共混改性。

                                                                                                                   POE直接改性應用
POE的內聚能較小，表觀黏度的溫敏性和聚烯烴樹脂比較接近，共混聚烯烴后更容易得到較小的顆粒粒徑和較窄的粒徑分布，增韌、抗沖擊的效果明顯。
POE被證明是PP較好的增韌劑，在PP/POE共混體系中，POE會在PP連續相中形成“海-島”結構，可有效提高PP在低溫、常溫下的抗沖擊強度。
POE直接改性PP是其目前較重要的市場應用，主要針對汽車零配件、家電外殼和口罩領域。
POE直接改性PE主要應用于防水卷材和管材領域。
PE剛性大、抗沖擊性能差、硬度低，必須添加POE對其增韌改性，才能達到目標性能要求。
02 POE接枝改性應用
POE接枝后的應用主要是對PA和聚酯類聚合物進行增韌改性。

                                                                                                                                        POE接枝改性應用

      PA和PT等線性聚合物的主鏈均由強極性的基團構成，如酰胺鍵、酯鍵。該類聚合物具有良好的可加工性、力學性能、耐磨性、耐化學藥品性、熱穩定性等性能，是重要的工程塑料，普遍應用于建筑、機械、電子、汽車、日用品等領域。
POE與PA、PT共混，是改善該類聚合物沖擊性能的有效手段。
由于PA、PT等線性聚合物主鏈帶有極性很強的基團，與非極性的POE共混時相容性較差，相分離情況嚴重，通常在POE分子鏈上接枝極性單體來改善POE與該類聚合物的相容性。
POE接枝極性單體目前主要有MAH接枝POE和GMA接枝POE兩種形式。
【03 POE的發泡改性應用】
POE的發泡應用主要是對EVA進行改性，EVA共混POE發泡制作運動鞋中底。

                                                                                                                                 POE發泡改性應用
中底是運動鞋的重要部分，其作用是提供穩定性、緩沖和回彈，吸收運動中產生的沖擊力以提供保護，并帶來比較溫和的腳感。
EVA具有良好的柔軟性、橡膠一樣的彈性，是運動鞋中底常用使用的材料。
POE本身可替代EVA單獨發泡作為運動鞋中底，但是EVA具有價格優勢(比POE價格低30%)，因此POE更多作為EVA的改性材料。
EVA共混POE發泡后的產品質量更輕，壓縮回彈更好，觸感良好，泡孔均勻細膩，撕裂強度高。
04 POE作為單一材料應用
POE作為單一材料使用，主要應用于光伏組件的封裝材料———膠膜。
在光伏組件中，膠膜放在組件鋼化玻璃/背板與太陽能電池之間，用于封裝并保護電池片。

                                                                                                                         光伏組件結構
      由于太陽能電池的封裝過程具有不可逆性，同時組件的運營壽命通常要求在25a以上，一旦運營期間膠膜的透光率下降或產生黃變等失效問題，都會造成太陽能電池的報廢，使得組件無法使用，所以膠膜雖然重要價值在組件中不高，但其質量直接決定組件與電池的產品質量與壽命。
      目前光伏組件用的封裝膠膜主要包括EVA膠膜和POE膠膜。EVA膠膜為熱固性的膠膜，強度低、水蒸氣透過率和吸水率較大、耐候性較差，在正常使用過程中也仍然會有水蒸氣透過，導致膠膜霧化，影響透光率，降低組件的發電量;此外，EVA膠膜容易分解釋放醋酸分子，腐蝕玻璃和背板等部件，縮短組件的使用壽命。
近年來，在光伏電站運營中還發現EVA膠膜存在嚴重的電勢誘導衰減(PID)現象，導致電站輸出功率大幅下降。
相對于EVA膠膜，POE膠膜主要的優勢就是低水蒸氣透過率和高體積電阻率，保證了光伏組件在高溫、高濕環境下運行的安全性及長久的耐老化性，使組件能夠長久高效使用。