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  • POE膠膜:光伏電池技術升級繞不開的核心輔材 已經迎來登上主位的時機丨黃金眼

      光伏電池技術迭代催生的新風口市場——POE膠膜?! ?/p>

      POE膠膜是什么?

      POE膠膜是光伏組件核心輔材封裝膠膜的一種,此外常見的封裝膠膜還有EVA膠膜、EPE膠膜等。

      資料顯示,光伏膠膜封裝材料集成于蓋板玻璃/背板與中間電池片之間,主要作用是保護太陽能電池片,使光伏組件在運作過程中不受外部環節影響,延長光伏組件使用壽命,同時使陽光最大限度透過膠膜達到電池片表面,提高光伏組件發電效率,因此光伏封裝膠膜要求具備高透光率、抗紫外濕熱黃變性、與玻璃和背板粘結性好等特點。

      目前,主流光伏封裝材料為EVA膠膜、POE膠膜和EPE膠膜,膠膜在組件成本占比約4-6%上下,比例不高但對組件使用壽命、發電效率影響明顯。

      光伏組件使用壽命一般為20-30年,一般要求組件效率首年衰減不超過2.5%,次年后年均衰減不超過0.7%。光伏組件失效一般包括初期失效、中期失效和后期失效,其中與封裝膠膜直接相關的有PID效應、膠膜黃變、脫層以及水汽滲入導致的電池腐蝕等。

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      封裝膠膜在晶硅電池組件中的應用 圖/海優新材招股書

      而且相較于EVA膠膜,POE膠膜在多方面具備更優異性能。

      首先在體積電阻率方面,隨著工作溫度提升,EVA膠膜體積電阻率迅速下降,高溫下POE膠膜體積電阻率比EVA膠膜高1-2個數量級;

      其次在水汽透過率方面,POE屬于非極性材料,不能和水分子形成氫鍵,不會像EVA(醋酸乙烯酯為極性基團)一樣吸附水汽,水汽透過率為EVA材料的十分之一;

      同時在抗紫外濕熱黃變性方面,由于POE大分子鏈的飽和結構,分子結構中所含叔碳原子相對較少,具備更優異的耐熱老化和抗紫外線性能。

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    EVA、POE部分性能指標對比 資料來源:公司公告、企業官網、CNKI

      為何這個節點提起POE膠膜?

      EVA是PERC時代時代光伏封裝膠膜的主流材料,過去最為成熟的膠膜材料。雖然POE相較EVA性能優勢明顯,但從實際市場份額看,EVA仍占據了絕對主流,而限制POE滲透率提升最直接的因素在于POE粒子價格此前大部分時間高于EVA。2021年組件封裝市場中,EVA占比仍超過7成。

      不過,無論是雙面組件市占率提升,還是光伏向N型電池迭代,都在對角膜材料性能提出更高的要求,此背景下,POE膠膜正在爭奪主導者地位。

      首先在雙面組件方面,根據天合光能實測數據,雙面組件在草地、沙地和白色高反場景下,較同類單面組件發電量提升5.67%、11.81%和24.60%,搭配跟蹤支架使用最高增益超過30%。

      因此近年來雙面組件滲透率正在持續提升,根據CPIA數據,2021年下游應用端對雙面發電組件發電增益認可度進一步提高,同時受到美國201關稅豁免雙面組件的影響,雙面組件市占率由29.70%提升至37.40%,預計2023年單雙面組件市占率相當,未來雙面組件將超過單面組件成為主流。

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      圖/CPIA

      出于環保和成本考量,雙面組件通常使用玻璃背板,較單面組件使用的普通背板更耐水汽和腐蝕,但EVA分解的醋酸無法通過背板滲出而更易積聚在光伏組件內部,最終導致電池片腐蝕,光伏組件效率衰減。

      同時,雙面PERC電池片正面為化學鈍化,其氮化硅中含有高密度的固定正電荷,對Na+有一定排斥作用,而背面為場鈍化,Al2O3/Si接觸面具有較高的固定負電荷密度,玻璃背板中因醋酸根析出的Na+使氧化鋁內的電荷發生再分布,導致鈍化效果惡化,進而使得組件效率衰減。

      由于POE膠膜不含醋酸根,因此更適合雙面組件封裝,目前雙面組件通常采用POE膠膜或共擠型POE膠膜封裝。

      與此同時,下一代主流技術的N型電池,同樣需要POE膠膜。

      根據CPIA數據,2021年單晶PERC電池平均量產轉換效率突破23%,已經十分逼近其效率極限24.5%,同時成本下降速度趨緩,新型電池技術正快速發展,CPIA預計2025年TOPCon、HJT和IBC電池轉換效率突破25%,實際效率提升或更快,進一步拉大與PERC電池的差距,未來N型電池有望接替P型電池成為下一代主流技術。

      N型同樣對封裝膠膜提出了更高的要求:首先N型電池用銀漿含鋁,對膠膜阻水性能要求更高;其次N型電池對輕量化要求更高;并且N型電池PN結與P型相反,正面更易發生PID,對膠膜抗PID性能要求更高,POE膠膜完美契合N型需求。

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      光伏電池技術迭代方向 資料來源:晶科能源

      POE膠膜未來行業空間有多大?

      目前行業N型擴產加速,其中TOPCon電池由于能兼容PERC產線,所以將率先大規模推廣應用。

      TOPCon電池在PERC電池的工藝基礎上,將原有磷擴散制備PN結改為通過硼擴散制備PN結,并在電池背面增加了一層超薄氧化硅(隧穿氧化層),再沉積一層摻雜多晶硅薄層形成鈍化結構,其他工序與PERC基本一致,因此較新的PERC產線可通過增加相應設備改造成TOPCon產線,實現技術升級。TOPCon憑借高兼容性更容易被傳統電池、組件廠青睞,量產進度快于其他N型電池。

      2022年,晶科能源率先啟動TOPCon的大擴產,其安徽、浙江首期8+8GW產線已經爬滿,Q3開始規模放量,鈞達(捷泰)7月一期8GW投產,調試進展順利。

      天合、晶澳、通威等頭部企業也開始大規模的TOPCon擴張,此外有大面積的新進入者啟動TOPCon產線建設,機構預計2022-2024年TOPCon將進入密集擴產和放量。

      而根據PVinfoLink統計,截至2022年9月,宣布布局TOPCon的產能已經超過350GW,其中已落地的TOPCon產能超過40GW,預計2022年底,TOPCon名義產能將超過70GW,2025年TOPCon和HJT產能預計分別達到260、90GW,TOPCon、HJT和XBC等N型技術路線市占率到2025年提升至37%、7%、7%。

      根據組件廠膠膜選型情況,東方財富證券以P型單面組件均采用EVA+EVA封裝,P型雙面組件中采用EVA+POE和EVA+EPE封裝各占一半,TOPCon和HJT電池中EVA、EPE、POE膠膜使用占比分別為30%、40%、30%;XBC電勢使用EVA+POE封裝為假設前提,計算出2025年各類膠膜市占率為53.88%、22.46%、23.36%。

      2022-2025年光伏POE類膠膜對應的需求分別為6.43、12.58、18.30、24.44億平,需求復合增速為56.04%,POE粒子對應的需求分別為21.19、41.42、60.16、80.66萬噸,需求復合增速為56.15%。

      招商證券同樣認為,2022年EVA、POE粒子價格一度出現倒掛,POE在經濟性上的劣勢弱。未來1-2年,一方面隨著硅料價格逐步調整后,地面電站啟動可能進一步加強雙玻趨勢,進而拉動POE需求,另一方面N型的大規模產業化直接帶動POE滲透率提升。

      以2022、2023年光伏裝機量為240、350GW,POE滲透率分別為19%、24%為假設前提,估算出POE/EPE膠膜需求量達到8、16億平,考慮EPE滲透率,POE粒子需求量可能在25、48萬噸上下,需求增長趨勢更為樂觀。

      國內產業鏈情況如何?

      目前,POE生產全部由海外企業壟斷,主要為陶氏化學、??松梨?、三井和LG化學等。根據華經產業研究院統計,2021年全球包括丙烯基彈性體在內的廣義POE產能約為200萬噸,其中陶氏化學產能占比最大,約為48%。2021年,我國POE消費量約為64萬噸,基本全部依賴進口,美國陶氏化學及??松梨诤晚n國LG化學、SK-SABIC為主要進口來源。

      不過,POE國產替代有望加速。

      POE實現量產的難點為催化劑與重要原料高碳α-烯烴具備較高的技術壁壘。2022年9月28日,東方盛虹發布公告,江蘇斯爾邦石化有限公司800噸/年POE中試裝置成功實現了POE催化劑及全套生產技術完全自主化,填補了國內空白。項目一次性開車成功,順利打通全流程,產出合格產品,連續穩定運行。斯爾邦未來將繼續進行POE的研發和產能擴張,總體規劃年產能50萬噸(分期建設)。

      隨著海外催化劑專利到期和國內研發速度加快,國產企業已逐步突破POE生產的三大壁壘,目前國內已宣布POE產能合計規劃超180萬噸,多數企業POE項目已進入中試階段。

      其中萬華化學中試已運行近1年,開發布局較早。2021年9月,萬華化學完成中試POE裝置建設,2022年3月公司在投資者問答平臺宣布產出合格中試產品,目前在下游各領域進行應用開發。

      從萬華化學在茂金屬、α-烯烴齊聚、烯烴高溫溶液聚合等相關領域的專利布局來看,目前持有或處于審查狀態專利有32件,最早可以追溯到2017年。除中石化和中石油體系外,萬華是在相關領域的專利布局數量最多、范圍最廣、自主開發工作的啟動時間最早的企業之一。

      衛星化學在2021年12月30日披露連云港綠色化學新材料產業園項目,其中包括年產10萬噸α-烯烴及配套POE,形成乙烯、α-烯烴、POE產業鏈一體化格局。2022年6月連云港石化1000噸/年α-烯烴工業試驗裝置項目環境影響評價一次公示,項目具備施工條件,預計今年建成并產出產品。

      榮盛石化則在2022年8月18日公告,公司擬新投資641億元,對浙江石化4000萬噸/年煉化一體化相關裝置進行挖潛增效。計劃包括新建包括35萬噸/年α-烯烴裝置、2×20萬噸/年POE聚烯烴彈性體裝置、30萬噸/年EVA/LDPE(管式)裝置等系列下游項目。浙江石化成為又一宣布進入POE市場的化工龍頭企業。

      隨著POE膠膜逐漸取得市場主導地位,已在該領域布局的這些企業,勢必迎來一波較為強勁的業績動力。

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