太陽能電池組件(也叫太陽能電池板、光伏組件)是太陽能發電系統中的核心部分,也是太陽能發電系統中最重要的部分。
其作用是將太陽能轉化為電能,送往蓄電池中存儲起來或推動負載工作。
光伏組件設備作為光伏電站的核心設備,從封裝角度主要可分為單玻組件和雙玻組件,隨著光伏發電產業的不斷發展以及光伏技術的不斷改進,雙面電池得到迅速發展。
目前市場中,雙面電池組件大多采用雙玻封裝,少數使用透明背板封裝。為進一步加快光伏發電平價上網進程,2015年國家能源局聯合有關部門提出了實施光伏發電“領跑者”計劃和建設領跑基地,通過市場支持和試驗示范,以點帶面,加速技術成果向市場應用轉化和推廣,加快促進光伏發電技術進步、產業升級。
據統計,在第三批應用領跑者項目中,雙面電池組件中標量共2.65GW,占比達到53%,相較于前兩批領跑者項目占比大幅提升。彭博新能源財經指出,到2022年,雙面電池組件的市場占比將超過90%。
同時,由于透明背板的使用尚未能夠得到大多數光伏電站開發商的青睞,市場占比較小,這就給雙玻組件快速占領市場創造了條件,將成為組件市場主流。
目前雙玻組件用的封裝膠膜主要包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(簡稱:EVA)和乙稀-辛稀共聚物(簡稱:POE),筆者在雙玻組件的設備監造過程中發現,部分制造廠商選擇EVA進行封裝,部分制造廠商選擇POE進行封裝,還有一些制造廠商開始陸續使用EVA+POE混合封裝,那么雙玻組件選用EVA還是POE,哪個是最優解,值得業內思考。
PID全稱為電勢誘導衰減,PID效應使得大量電荷聚集在電池表面,使電池表面鈍化失效,從而導致電池組件的功率驟降。
隨著光伏系統近年來的大規模運用,光伏行業技術的革新,系統電壓越來越高,同時由于防雷工程的需要,組件的鋁合金邊框均要求接地,于是電池片與鋁邊框之間變形成了比較高的直流電壓。
組件的封裝膠膜EVA材料無法做到100%的絕緣,使用過程中,水汽透過硅膠、背板等滲透到組件內部,EVA材料遇到水后發生分解,從而產生了自由移動的醋酸,自由移動的醋酸和玻璃表面析出的堿反應后,會形成可以自由移動的鈉離子,鈉離子在外加電場的作用下,向電池表面移動,聚集到電池表面的減反射層從而導致PID現象的發生。
水氣進入組件,EVA遇水分解產生醋酸,酷酸與堿反應產生鈉離子,鈉離子富集到電池表面,以上四步便是這一PID觀點形成的全過程,而這一過程也是目前光伏行業普遍認可的一種PID效應成因。
EVA膠膜主要成分是乙烯與醋酸乙烯酯的共聚物,外加各種添加劑如交聯劑、增稠劑、抗氧化劑、光穩定劑等。EVA以其優異的封裝性能、良好的耐老化性能和低廉的價格等優點,在2014年前便成為光伏組件封裝的首選材料。
但是從PID的形成原因來看,EVA材料是PID效應產生的核心元素,所以EVA材料一直不能完全消除業界對其的質疑。但是雙玻組件的出現,似乎給了EVA克服天生缺陷的可能,由于玻璃的水蒸氣透過率幾乎為零,雙玻組件的低透水率或者說零透水率讓EVA抗水解能力不再成為問題,沒有了水解協同老化使得EVA引起的PID問題似乎也不再成為焦點。
然而,如何解決邊緣水汽滲透和由此帶來的抗PID性能差等問題,依然無法得到正解。
POE封裝膠膜由茂金屬作催化劑開發而來,是具有窄相對分子質量分布、窄共聚單體分布、結構可控的新型聚錄烴熱塑性彈性體。
由于非極性的特點,POE具有優異的水汽阻隔能力和離子阻隔能力,水氣透過率僅為EVA的1/8左右,由于分子鏈結構穩定,老化過程不會分解產生酸性物質,具有優異的抗老化性能,是高效、高可靠性光伏組件封裝膠膜的首選材料。
2015年領跑者創新論壇首屆雙玻大會,EVA抗水解性能差的問題被再一次提出:“沒有邊框的雙玻組件,如何解決邊緣水氣滲透、EVA水解、封裝材料脫層和由此帶來的抗PID性能差?”,用POE替代EVA成了大會的熱議,POE粒子廠商開始介紹用POE替代EVA封裝雙玻的種種好處。
雖然POE膠膜性能相比傳統EVA膠膜具有更好的水汽阻隔能力和更好的抗老化性能,但是POE由于粒子成本高,市場一直未被全面打開。
直到近幾年,開發白色EVA解決方案的膠膜廠商也紛紛開始關注POE膠膜的開發,同時,感受到雙玻挑戰的背板企業也紛紛加人開發POE膠膜的大軍。
隨著POE膠膜的開發愈發成熟,加之終端用戶對邊緣封裝材料水解的擔憂,從2017年開始,POE膠膜量升價跌,市場占有率不斷提升。
目前,POE膠膜幾乎成為雙玻主流的封裝技術選擇,很多雙玻電站業主在招標階段就指定釆用POE膠膜。
然而,就在POE膠膜幾乎成為雙玻主流封裝技術選擇的今天,EVA膠膜迎來了轉折機遇。
在平價上網、補貼下調的壓力下,終端客戶普遍更加關注組件價格的形式下,有些組件廠目前已經開始采用EVA+POE組合封裝方式,以降低成本或應對POE供應短缺的問題。
同時,隨著大硅片組件的流行,組件尺寸發生巨大變化,安裝的便捷要求和組件的重力變形傾向于雙玻組件開始使用帶邊框設計,部分組件廠認為既然單玻組件普遍采用EVA封裝,帶邊框的雙玻組件當然可以采用EVA。
通過上述簡要分析比較,筆者認為,單玻組件普遍釆用EVA封裝的根本原因是EVA流動性較強,POE流動性較差,使用POE封裝過程需要層壓機溫度更高,需要考慮背板層是否能夠承受,所以單玻組件普遍使用EVA封裝,而雙玻組件玻璃耐熱性能較高,故普遍使用POE封裝。
事實上,使用POE膠膜進行封裝的組件,確實具有更好的抗水解性能和抗老化性能,目前部分廠家釆用EVA+POE組合封裝方式進行組件封裝,有舍本逐末之嫌。
但是隨著平價時代的到來,降本成為光伏行業的必然趨勢,而隨著電池片的抗PID性能以及EVA膠膜生產技術的進一步提高,雙玻組件使用EVA膠膜也未嘗不可,EVA膠膜給POE膠膜帶來的良性競爭,將更有利于POE膠膜生產商加速降本增效,降低POE成本,促進光伏行業進一步發展。
來源:EVA與POE在雙玻組件的使用探討
原文始發于微信公眾號(光伏產業通):雙玻組件材料:EVA與POE的使用探討