EPE，新一代光伏胶膜技术，却藏着不可忽视的品质风险
2022/8/14 13:29:40 点击：
近年来，光伏行业的快速发展，特别是组件制造的更新换代，带动了相关产业不断升级优化，封装材料就是其中之一。虽然传统EVA一统光伏胶膜市场多年，为了适应双面双玻组件市场接受度逐年提高的市场需要，也是为了满足新型电池技术的封装要求，纯POE胶膜应运而生，经过多年在产线上的使用和实证检验，纯POE胶膜获得了市场的认可，市占率逐年上升。但部分纯POE胶膜在工艺窗口和生产效率上不如EVA胶膜，使得组件制造商希望能有另外一种封装材料来帮助他们提高生产良率，EPE(EVA/POE/EVA)这种特殊材料的胶膜应运而生，虽然EPE胶膜的性能还缺乏实证的验证，但由于工艺上的优势，依然获得了一定程度的认可。本质上来说，EVA胶膜和POE胶膜实际上是完全不同的两种高分子材料，性质差别如下：
第一、厚度控制风险：在EPE胶膜生产过程中的一个关键指标就是三层厚度的控制能力。材料的流动性匹配还有设备精度与厚度的控制关系密切。流动性的关系在于，EVA和POE的流动性要相互匹配后才能在挤出模具中形成完美的三明治结构，而流动性和材料的熔融指数、设备温度、挤出压力等有比较复杂的关系，任意一个因素的波动都会带来厚度管控的风险。尤其POE原材料由于供应问题，当胶膜厂家不能采购到熔融指数相符合的POE粒子，而不得不调整已经成熟的工艺参数，加之EPE的厚度无法在线监测，使得EPE胶膜的品质稳定性更让人担忧。
第二、助剂迁移风险：如前所诉，EVA和POE在交联速率上的固有差异，使得配方设计时需要在两种材料中引入不同比例的功能助剂。矛盾的是，不像纯的POE胶膜或者EVA胶膜，交联配方加入以后不会随时间而发生显著变化。EPE胶膜生产完成以后，因为EVA的极性特征和大部分助剂更加相互兼容，这就使得其中的EVA层将会不断吸收POE层中的有效助剂。所以现在EPE胶膜的保质期都比较短。但是，即便在保质期内，不同的环境温度、存储条件、运输条件等都会对助剂迁移产生不稳定的影响。生产出来的EPE胶膜，与组件厂最终上线使用的EPE胶膜将产生无法监控的差异。这种差异目前缺乏系统论证其风险程度。
总的来说，作为复合胶膜，EPE的阻水性、耐候性、耐紫外线性弱于POE胶膜，但具有POE胶膜的抗PID性能好，以及透明EVA胶膜的不打滑、气泡少、良率高等优点，且透光率较好，性能优于透明EVA胶膜，价格低于POE胶膜，在市场对光伏组件发电效率要求不断提升的背景下，其市场得到快速发展。2021年，全球POE胶膜+EPE市场规模约为53亿元，同比增长26%。由此可以看出，在我国以及全球光伏胶膜市场中，EPE发展空间正在不断增大。
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分子极性的差异使得EVA和POE材料对助剂的吸收程度和速率有显著不同。
- 玻璃化转变温度的差异，也会使得在环境温度低于零下20度的时候EVA硬化，与此同时POE仍然保持着弹性特征。
- 而水汽透过率的差异也会使得当EVA和POE结合的时候，水汽容易富集在两个材料的界面。
第一、厚度控制风险：在EPE胶膜生产过程中的一个关键指标就是三层厚度的控制能力。材料的流动性匹配还有设备精度与厚度的控制关系密切。流动性的关系在于，EVA和POE的流动性要相互匹配后才能在挤出模具中形成完美的三明治结构，而流动性和材料的熔融指数、设备温度、挤出压力等有比较复杂的关系，任意一个因素的波动都会带来厚度管控的风险。尤其POE原材料由于供应问题，当胶膜厂家不能采购到熔融指数相符合的POE粒子，而不得不调整已经成熟的工艺参数，加之EPE的厚度无法在线监测，使得EPE胶膜的品质稳定性更让人担忧。
第二、助剂迁移风险：如前所诉，EVA和POE在交联速率上的固有差异，使得配方设计时需要在两种材料中引入不同比例的功能助剂。矛盾的是，不像纯的POE胶膜或者EVA胶膜，交联配方加入以后不会随时间而发生显著变化。EPE胶膜生产完成以后，因为EVA的极性特征和大部分助剂更加相互兼容，这就使得其中的EVA层将会不断吸收POE层中的有效助剂。所以现在EPE胶膜的保质期都比较短。但是，即便在保质期内，不同的环境温度、存储条件、运输条件等都会对助剂迁移产生不稳定的影响。生产出来的EPE胶膜，与组件厂最终上线使用的EPE胶膜将产生无法监控的差异。这种差异目前缺乏系统论证其风险程度。
第三、脱层风险：EPE胶膜的脱层主要来自于两个方面。第一，助剂迁移以后，POE的交联速度变慢，层压工艺使得EPE胶膜中的POE被两侧的EVA挤出，从而产生脱层风险。
左图为1:2:1的EPE层压前厚度。右图为其层压后，厚度变成1:1:1。显示POE和EVA交联速度在不匹配的情况下(配方不成熟或者助剂迁移)，层压前后POE厚度将有显著差异。另外一个就是长期老化过程中，各种物质在两种材料层间的富集，使得界面粘接强度越来越弱，引发脱层风险。
总的来说，作为复合胶膜，EPE的阻水性、耐候性、耐紫外线性弱于POE胶膜，但具有POE胶膜的抗PID性能好，以及透明EVA胶膜的不打滑、气泡少、良率高等优点，且透光率较好，性能优于透明EVA胶膜，价格低于POE胶膜，在市场对光伏组件发电效率要求不断提升的背景下，其市场得到快速发展。2021年，全球POE胶膜+EPE市场规模约为53亿元，同比增长26%。由此可以看出，在我国以及全球光伏胶膜市场中，EPE发展空间正在不断增大。
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