光伏封装胶膜EVA材料发展现状与前景分析.docx

光伏封装胶膜EVA材料发展现状与前景分析根据国家能源局公开数据，截至2022年底，我国累计发电装机容量约25.64亿千瓦，其中太阳能发电装机容量约3.93亿千瓦，同比增长28.1%,增速超越水电、火电、核电、风电，成为2022年增速最快的发电形式。光伏产业的快速发展，带动电池封装胶膜材料乙烯一醋酸乙烯酯共聚物（EVA）和聚烯燃弹性体（POE）的消费需求不断增长，其技术开发、产能建设活动十分活跃，成为当前化工新材料行业的投资热点之一。一、光伏电池结构及封装胶膜分类光伏电池组件是光伏电站的核心设备，从电池组件封装角度可分为单玻组件和双玻组件，单玻组件（图1）由玻璃、胶膜、电池片、胶膜、背板组成，双玻组件则由玻璃、胶膜、电池片、胶膜、玻璃组成。与单玻组件相比，双玻组件由于采用两片钢化玻璃，具有很强的抗腐蚀能力和抗压强度，使用周期可长达30年，且发电量大，是未来发展的主流方向。图1单玻电池组件主要构成光伏胶膜作为光伏组件的部分材料之一，主要作用是将光伏电池片、光伏玻璃和背板粘结在一起，在保证组件透光性能前提下可隔绝外界水汽，延长光伏组件寿命，保护电池片，并将其封装成可以输出直流电的光伏组件。根据光伏组件实际应用要求，光伏胶膜总体上应具备高透明度、高粘着力、良好的耐候性以及易储存、隔音效果好、低熔点、易流动等优异性能特点。光伏胶膜的生产通常以树脂（EVA、POE）为主体材料，通过添加交联剂、增稠剂、抗氧化剂、光稳定剂，经熔融挤出、流涎成膜得到成品。光伏胶膜主要分为EVA胶膜、POE胶膜、EPE胶膜等。白色EVA胶膜EVA胶膜包括透明EVA胶膜和白色EVA胶膜两种，透明EVA胶膜具有高透光率、抗紫外湿热黄变性、抗蜗牛纹、黏结性好等特点，但反射性差、透水率高，易产生PlD（潜在电势诱导衰减）现象，导致电池组件功率下降；白色EVA胶膜用于光伏组件电池片下侧的封装，可使太阳光二次反射到电池片表面，提高太阳能组件的发电效率，缺点是价格较高。POE胶膜与EVA胶膜相比，具有更高的水汽阻隔率、耐候性能和更强的抗PID性能，其水汽透过率仅为EVA胶膜的1/8,可以有效降低PlD效应，主要用于单晶PERC（发射极和背面钝化电池）双面、N型电池组件的封装。EPE胶膜即“EVA-POE-EVA”三层复合结构膜，属于共挤型POE胶膜，既具备POE胶膜的高阻水性和高抗PID性能，也具备EVA胶膜的双玻组件高成品率的层压工艺特性，适用于PERC双面双玻、N型双面双玻以及其他耐候性要求较高的光伏组件的封装。二、EVA生产技术及消费需求分析1、EVA生产技术EVA是乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物，按照乙酸乙烯酯（VA）共聚单体含量不同，可以将EVA分成三类，即EVA树脂（VA质量分数小于40%）、EVA弹性体（VA质量分数40%70%）和EVA乳液（VA质量分数75%95%）。在EVA树脂中，VA质量分数一般在1%40%,随着VA含量的不同，产品的性能和应用领域也随之变化，详见表1。表1管式法和釜式法工艺对比管式法釜式法单套规模2030万吨/年1014万吨/年反应器长径比最大12000:1,反应器结构简单，制造维修方便，能够承长径比（2-20）:1,器内安装有搅拌轴、挡板、搅拌马达，维修不受较高压力便操作条件压力210-300MPa,温度160330压力110200MPa,温度150300单程转化率25%35%15%21%反应特点反应可以分区，易于精确控制；反应流体近似柱塞流动，停留时间相对较长；生产光伏料时连续性强反应流体近似完全混合，停留时间相对较短，过渡料少；生产光伏料时难以连续运转、需经常停车投资及成本投资、操作费用较低，生产成本较低投资、操作费用较高，生产成本较高产品特点产品长支链少，分子量分布均匀，光学性能好，适用于加工薄膜；VA含量上限30%,适合加工农膜和收缩膜原料可以高度混合，反应温度、压力均匀，可生产高VA含量的EVA,VA含量上限40%,适合生产热熔胶、涂覆料等VA质量分数28%3396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树脂生产技术与高压聚乙烯(LDPE)相近。全球EVA树脂生产工艺主要有4种：高压法连续本体聚合、中压悬浮聚合、溶液聚合和乳液聚合，目前大多采用高压法连续本体聚合工艺。根据反应器的不同，高压法连续本体聚合工艺又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。两种工艺的不同之处在于管式反应器不带搅拌器,反应空间更大,乙烯单程转化率高(25%35%),EVA单线规模高(2030万吨/年),可以大规模生产LDPE及VA含量低于30%的EVA树脂，产品力学性能好，发泡性能较差，主要用于膜料和挤出涂覆；而釜式反应器带有搅拌器，其结构复杂，对原料气压缩机选型及管道、换热装置的密封要求更加严格，同时乙烯单程转化率低(10%20%),EVA单线规模相对较低(10万吨/年)，产品主要用于发泡料、电缆料、热熔胶，另外还可生产乙烯-甲基丙酸烯、乙烯-丙烯酸乙酯、乙烯-丙烯酸丁酯等特殊共聚物。目前全球生产EVA树脂的管式法主要有巴塞尔、巴斯夫、伊姆豪森、住友化学和埃克森美孚工艺；釜式法主要有杜邦、美国工业公司、住友、巴塞尔、陶氏工艺等。管式法和釜式法工艺对比详见表1。光伏EVA的主流生产工艺为利安德巴塞尔管式法和埃克森美孚釜式法。管式法由于配备脉冲阀,可减少因反应器内壁聚合物黏结形成的晶点,从而实现连续、稳定、高比例的光伏料产出。釜式法工艺在生产光伏料时，为控制晶点指标,需频繁清洗反应器，导致光伏料比例偏低。随着生产技术的改进，管式法和釜式法的技术水平和产品性能均在不断提高，两种技术在EVA树脂和光伏料生产中将持续占据主导地位。2、EVA产业现状与市场分析全球EVA生产与消费状况分析2021年全球EVA生产能力91L5万吨/年，主要分布在东北亚、北美和西欧三大地区，东北亚地区产能主要分布在中国、韩国和日本。2021年全球EvA消费量765.2万吨，下游细分领域消费占比分布详见图2。a光伏般RlIVIRMH发盾构”空信联电袋1,Mffr图22021年全球EVA消费结构从图2看出，2021年全球EVA消费结构中，光伏胶膜占24.38%,薄膜及片材占21.43%,发泡材料占19.04%,热熔胶占14.22乐电缆料占4.43%,其他领域消费占16.5%。全球EVA的下游应用情况存在显著的地区差异，发达国家的需求以软包装透明薄膜和热熔胶为主，应用包括肉类和奶酪包装、拉伸薄膜、盒中袋薄膜、无菌包装和许多其他特种阻隔包装薄膜,而发展中国家的需求主要集中在发泡鞋材和光伏电池封装材料。受“双碳”目标驱动，全球光伏产业将继续保持快速增长，据作者保守预计，20212025年EVA产能和消费量将分别以6乐5%的年均增速持续攀升，据此预测2025年全球EVA产能达到1150万吨/年，消费量将增长到930万吨，其中中国将是全球EVA产能和消费量增长最多的国家。中国EVA生产与消费状况分析受光伏产业快速发展的拉动,近年来我国EVA树脂消费与供给格局变化较大，EVA表观消费量、产量、进口量均处于逐年增长态势。根据隆众咨询等研究数据，20182022年我国EVA树脂表观消费量、进口量及对外依存度变化趋势及2025年、2030年预测见图3。图32018-2022年我国EVA树脂消费与进口量变化及预测具体来看,2018-2022年我国EVA表观消费量从154.4吨上升到266.54吨，产能从97.2万吨/年增加到218.9万吨/年,产量从61.7万吨增加到159.2万吨。虽然进口量从2018年的97.59万吨增加到2022年的118.7万吨，但由于国内EVA生产装置陆续建成投运，EVA对外依存度已从2018年的63.2设下降到2022年的44.53%。预计2025年EVA表观消费量达到300.6万吨、进口量97万吨，对外依存度将降至32.27%；2030年表观消费量达到334.5万吨、进口量60万吨，对外依存度进一步降至约18%,我国EVA树脂市场供给将逐步实现完全自给。截至2022年末，我国共有9家光伏级EVA生产企业，合计总产能98万吨/年，占其EVA树脂总产能（165万吨/年）的60%,占全国EVA树脂总产能（218.9万吨/年）的44.8%。其中浙江石化、盛虹斯尔邦、联泓新科光伏级EVA产能位居行业前三，分别为30万吨/年、21万吨/年、12万吨/年。表22022年中国光伏级EVA主要生产装置产能生产商工艺EVA总产能，万吨/年光伏料产能，万吨/年光伏料占比，%浙江石化巴塞尔管式法3030100盛虹斯尔邦20万t/a管式法10ta釜式法，巴塞尔302170联泓新科埃克森美孚釜式法151280扬子巴斯夫巴塞尔管式法20945延长榆林能化巴塞尔管式法307.525中化泉州埃克森美孚釜式法10660宁波台塑埃克森美孚釜式法10550扬子石化巴塞尔釜式法104.545中科炼化巴塞尔釜式法10330-Olt16598从我国EVA树脂细分领域消费格局变化来看，近年来由于玩具、鞋底制造商为代表的劳动密集型企业逐渐从中国转移到亚洲其他地区以求降低成本，曾经主导国内EVA下游应用的发泡产品市场开始大幅萎缩，而太阳能光伏封装市场在“双碳”政策推动下快速增长,带动光伏EVA消费份额迅速扩大。2022年我国EVA需求端消费结构见图4。从图4看出，2022年光伏胶膜对EVA的消费占比位居第一,占43%；发泡鞋材居第二，占29%；电缆料位居第三，占17%；热熔胶和涂覆料占比均为5%；农膜占比最低，仅占1%。*备及本.2t%图42022年我国EVA需求端消费结构尽管从需求端来看光伏胶膜已是国内EVA树脂消费第一大市场，但目前国内EVA市场存在结构性失衡现象，国产EVA仍以发泡、电缆等中低端料为主，VA含量在20%以下，国内企业间竞争较为激烈；而高VA含量的光伏胶膜、热熔胶、涂覆等高端料供应依旧偏少，严重依赖进口，需要加强技术创新和产品结构调整，满足国内光伏胶膜等高端市场的消费需求。参考资料：光伏封装胶膜材料发展现状与前景分析，黄格省等，中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院