POE的在光伏领域应用情况及技术难点有哪些?

最佳答案 匿名用户编辑于2023/07/11 11:52

POE 在光伏领域应用空间巨大。

POE(PolyolefinElastomer)指聚烯烃弹性体,是由乙烯或丙烯与 α 烯烃形成的无规共聚物。工业化应用 POE 所选 α 烯烃主要包括 1-丁烯、1-己烯、1-辛烯等(光伏用 POE 通常选择高碳)。α 烯烃比例影响共聚物的弹性表现,随 α 烯烃碳数增多,共聚物弹性增加,通常 POE 中 α 烯烃比例超过 20%(共聚单体低于 20%构成 POP(聚烯烃塑性体))。 作为热塑性弹性体,POE 同时兼具橡胶和塑料的两种性能,易于加工成型,且常温下有橡胶特性。由于分子结构特 殊性,POE 因此具有良好的流变性和力学性能、抗 UV 性能,且低温韧性优,并和聚烯烃有较好的亲和性,下游应用广泛,可应用于 PP 的增韧改性、PP/PE 回料性能改善、聚合物发泡改性、光伏胶膜等。

POE 在光伏中的应用将快速提高。光伏组件长期稳定性受封装条件影响较大,好的封装胶膜能够极大延长组件的使 用寿命,转换效率等。目前主要的封装材料有 EVA、POE 材质,EVA 胶膜由于其高透明、低熔点、成本低廉等特点 被广泛使用。但是其存在着抗渗水性较弱、寿命较短等问题。而 POE 胶膜无论是抗渗水性、抗 PID 性、使用寿命等 特质均优于 EVA 胶膜,因此其渗透率近几年在逐渐提升。根据 CPIA 统计,2021 年国内 EVA 胶膜使用占比已经降 至 52%,未来可能会逐步下降。另外 N 型电池和双玻组件对于 POE 胶膜的需求也在快速提高。N 型电池无论是从发 电效率还是使用寿命方面都要优于单玻组件,但是对于胶膜的要求也要更高,因此 POE 是其理想配套材料。传统单 玻组件在投用几年后会出现蜗牛纹、PID 衰减等问题,发电效率下降明显,双玻组件凭借更高的发电效率、可靠性、 耐用性等优势,渗透率在快速提高。同时其对于胶膜的水汽阻隔性要求也要更高,POE 目前能够更好地满足其要求。 我们预计到 25 年双面光伏组件占比有望达到 70%以上。

POE 粒子需求快速提高。我们假设 2022、2023 年光伏装机量为 240、350GW,POE 渗透率分别为 19%、24%, 估算 POE/EPE 胶膜需求量达到 8、16 亿平,POE 粒子需求量可能在 25、48 万吨上下。从 N 型组件角度出发,目 前已经投产+披露的 TOPCon 电池产能规划超过 200GW,考虑到大部分企业是首次大规模投建 TOPCon 产线,中性 估算 2023 年 N 型出货 80-100GW,对应 POE 胶膜需求近 8 亿平,粒子对应近 38 万吨。我国目前是光伏组件的生 产大国,随着未来 N 型电池的放量以及双玻组件的渗透率提高,对于 POE 粒子的需求有望快速提高。

我国是化工大国,但 POE 在国内尚未实现工业化生产,主要有以下几个方面的难度要攻克:我国辛烯的合成工艺不成熟。POE 是一种乙烯与α烯烃的共聚物,而乙烯和 1-辛烯共聚所生产出来的弹性体性能是 最好的,所以通常生产 POE 会尽可能提高其中 1-辛烯含量。POE 所采用的主流路线一般是尽可能采用乙烯和 1-辛烯 进行共聚,辛烯的生产路线有乙烯选择性四聚、石蜡裂解法、萃取分离、丁二烯调聚等。石蜡裂解法原料复杂,产品 纯度低,已被淘汰;萃取分离法仅有南非 Sasol 公司采用,从 1-庚烯中获得 1-辛烯,但纯度也较低;丁二烯调聚工 艺流程复杂、成本价格高,并且对催化剂要求高,所以推行可能性也不大。目前 90%以上的 1-辛烯生产都是通过乙 烯选择性四聚法,其工艺有着高催化活性,产物选择性高等特点,辛烯产品含量能达到 60%以上。

我国茂金属催化剂研究起步晚,基础差。在催化剂方面,传统的 Z-N 催化剂共聚能力低,产物共单体插入率低,很难 达到 POE 的行业标准。而茂金属催化剂有着单活性中心、产物相对分子质量分布窄、活性高的特点,其活性是 Z-N 催化剂的 10 倍以上;并且其共聚能力强,共单体插入率高,很适合 POE 的聚合体系。另外,后茂金属催化剂因具有 单活性中心、高活性的特点,很多可用于乙烯与 α-烯烃共聚,在烯烃聚合领域也发挥了越来越重要的作用。国外从上 个世纪研发茂金属催化剂以来,对其专利技术严格保护。我国对于选择何种结构的催化剂、哪种助催化剂等方面仍存 在较多亟待攻克的难点。目前中石油、中石化、中科院等单位已经取得实验室突破,预计未来几年将会实现工业放大。

溶液聚合工艺技术难度高。聚烯烃弹性体一般采用溶液聚合工艺,传统的聚合工艺所需要温度不高,聚合温度一般选 择在 40~70℃。这可以使反应器内聚合物的浓度相对较低,以避免因黏度过高而影响体系的混合与传热。但是 POE 的生产采用的是茂金属催化剂,由于 POE 有结晶链段,在较低聚合温度下易被溶剂溶胀而结团、粘连,使聚合反应 无法继续进行下去。因此,它们的溶液聚合须在较高的温度(至少 120℃)下进行。同时,高的聚合温度有利于降低 反应器内物料的黏度,确保器内良好传热和传质。但过高的温度易导致催化剂失活变性,因此对于温度的把控,使聚 合反应在均相溶液状态尤为重要。