陶氏化学李宇岩：ENGAGE PV POE助力双面组件高可靠性

“封装胶膜的原材料的选择，陶氏是全球最大的POE供应商，有非常完善的工厂、技术支持和市场开发能力，推出的ENGAGE PV POE系列是有非常好的水汽透气率、电绝缘性能，并且它的性能可以带来非常优异的抗PID性能和组件的可靠性，从而带来更低的度电成本和更高的投资汇报”。这是陶氏化学（中国）投资有限公司包装与特种塑料高级研发工程师李宇岩在在第十五届（2021）国际太阳能光伏与智慧能源（上海）大会上的发言。

直播专题：SNEC第十五届(2021)国际太阳能光伏与智慧能源(上海)大会

实录：

李宇岩：感谢组委会，从原材料的角度分享对组件可靠性的看法和研究。我报告的主要内容是陶氏ENGAGE PV POE如何助力双面组件高可靠性。

陶氏

陶氏是1897年成立于美国，总部在美国密西根的米德兰，陶氏在2015年底和杜邦公司合并，合并初衷也是为了重组和拆分，陶氏公司在2019年4月拆分，也就是现在的陶氏公司。

陶氏是全球最大的POE供应商，在上个世纪九十年代，陶氏推出了ENGAGE商标系列产品，近几年为了适应光伏行业的需求，专门开发了隶属于ENGAGE品牌下可适用于光伏行业应用的，高透明性、高绝缘性能的ENGAGE PV系列产品。

什么是POE

POE是乙烯和α烯烃的共聚物。比较常用的α烯烃就是异丁烯，这相应的是乙烯和丁烯以及乙烯和幸烯的分子结构式。陶氏有非常多的POE产品规格和类型，应用于不同行业。比如汽车、改性行业，陶氏在光伏行业推出了三款材料，分别是ENGAGEPV8860、8669、38680和38688。回到光伏，今天重点讲的是，通过提高组件寿命和稳定性，如何做到降低组件的度电成本，寿命和稳定性是和组件的失效和可靠性息息相关。

来看一下此图，随着时间的延长，有的组件会在非常短的时间内发电功率有非常明显的下降。比如组件破损、边框脱落、组件焊接没有焊好，导致接触失效，这是非常初期的失效。中长期，可能组件刚开始效率还可以，但是一定时间节点以后发现组件效率和功率发生断崖式的下跌，这种中期失效可能和二极管失效有关系，可能和电池的接触短路相关。大家一直说PID，组件在户外工作的时候，产生的电池差，在电池差作用下导致组件功率发生了降低和衰减。同时，很重要的一点是，组件在户外需要用25~30年，在长期风吹日晒的条件下，组件里的材料会发生老化和降解，比如玻璃的脱落，胶膜的黄变，导致组织可透光的降低，导致脱层，水气入侵把电池片腐蚀，也有电池腐蚀和相互接触短路导致组件失效，这里面各种失效模型里面有很多都是和封装材料的选择相关。

看一下户外有非常多的实证案例，EVA组件在户外使用过程中，比如十年、十五年在海南高温的条件下，EVA由于双玻封装EVA产生的醋酸导致对电池腐蚀、黄变，这种失效都是因为EVA胶膜的性能改变导致的。看一下组件的封装胶膜可靠性和什么息息相关，主要列出了三个性能，第一水汽透过率，第二电绝缘性能，第三耐厚性，会不会释放出醋酸腐蚀组件里面的各种部件。

高分子材料的性能和结构和分子组成息息相关。来看一下EVA和POE分子结构式的差别，EVA是乙烯和醋酸乙烯的共聚物，在高温高湿以及紫外长期老化条件下，碳氧间会释放出醋酸，首先醋酸会腐蚀电池片和焊带，另外导致材料发黄。看一下POE，POE是乙烯和α烯烃的共聚物。相对于这三个性能，EVA水汽透过率因为分子的急性，它是POE的10倍，电绝缘性能陶氏有先进的催化剂工艺，可以做到POE比EV电绝缘性能高两个数量级，对于耐厚性EVA会释放出醋酸，POE稳定性不会释放出小分子的醋酸。因为分子结构决定了性能差异，可以使得如果使用POE胶膜封装你的组件的话，尤其是双玻组件的寿命，可以从25年延长到30年，在生命周期内成本的下降，可以实现平价上网，并且带来更高的投资回报。

看一下水汽透过率对组件性能怎么影响？这是双玻组件的实验，两个组件分别使用了POE胶膜封装或者EVA胶膜封装，做完实验以后，分别做了EL和功率测试，用POE封装的组件，功率只有不到0.5的衰减，EL是完好的状态。用EVA，首先有20%的衰减，EL上由于水汽的入侵，四周电池片发黑，这也是导致它功率下降的主要原因。

加速老化实验是实验室内常用的模拟户外长期的老化的手段。我们在实验室用紫外和双85联用的加速老化实验，观察了POE胶膜和EVA胶膜黄变的变化。可以看到，最初，两种胶膜都是非常透明的，随着双85和联合紫外的累计，可以看到EV胶膜明显的发黄，POE它的透明性保持得非常好。这边是我们测的黄变指数，随着时间变化的数据，可以看到，黄色的是EV胶膜，随着时间的变化发生了黄变，POE的黄变指数有非常好的随着时间的保持。同时，我们分别用POE封装组件以及EV封装组件，蓝色是POE组件，红色是EVA组件，我们分别进行了组件序列测试。可以看到，在达到14000小时老化结果下，POE依然高达90%，保持得非常好，EVA初期和POE表现差不多，但是随着老化时间的延长，随着EVA胶膜的降解和老化，功率大概在5千小时的时候发生了断崖式下跌。

ENGAGE PV POE专门为了光伏行业提出的材料，主要归功于陶氏的先进的工艺和产品设计。在常温条件下，蓝色的ENGAGE PV POE相较于黄色的POE，以及普通红色的POE，以及黄色的EV，绝缘性能更好，并且这个优势是随着温度的升高而变得更加明显，随着温度升高，绝缘性能的降低是很明显的，主要是因为材料性质本身导致的。EV绝缘性能和温度相关性的系数是要更高的，POE随着温度升高绝缘性能很好保持的特性。绝缘性能是和组件在户外的PID性能非常相关的指标，可以看一下我们自己做的使用不同胶膜封装组件，测试这个组件的抗PID性能的数据。分别是普通的EVA胶膜，以及POE胶膜，以及ENGAGE PV POE胶膜。这个实验是使用相同的生产工艺，相同的生产配方，只不过粒子不同，导致PID性能的变化，只有ENGAGE PV POE在96小时PID之后正面和背面低于3%的衰减。

因为组件的轻量化，以及去年玻璃的短缺，大家对玻璃加上透明背板的组件也很关注。玻璃加透明背板组件的差异，它主要是耐厚性和水汽透过率，玻璃水汽透过率基本为0，背板一般只能做到1%左右。分别用EV和陶氏的ENGAGE PV POE制成的POE胶膜封装的PERC和TOPCON双面组件，只有POE正面和背面的性能有非常好的抗PID性能，而EP是高于5%的。

市场上有各种各样的封装胶膜，主要是初始的EVA以及POE胶膜，以及从去年开始在市场上能听到越来越多的叫EPE，EVA、POE和EPE供给性的胶膜。不同材料有不同的优缺点，只是有一个更适用的环境和更好的选择。客户可以根据自己的需求做出选择。可以看出，POE在耐厚性、抗PID和水汽透过性优于EVA胶膜，组件的长期可靠性是否会带来更好的收益，后面会讲。现在市场上因为胶膜的短缺或者因为降本的需求，大家会把两种不同胶膜混在一起使用，如为了又实现抗PID性能，又为了工艺和降本问题，把正面用EVA，背面用POE，不是说不行，但是对于性能和可靠性来说，我们也做了一些评估。

我们选了POE胶膜和EV胶膜，分别用上下用POE封装结构，使用两种胶膜做了抗PID实验。可以看到抗PID性能非常好，低于1%，但是把这两款POE只用在背面，正面改成EVA胶膜，本来大家以为背面PID肯定由背面胶膜决定，但是正面的EVA也会对背面的PID产生影响，甚至PID会在5%的危险线上徘徊。原因是什么？组件在层压过程中，150度层压20分钟左右，正面和背面的胶膜都会发生熔融，且发生粘连。正面的EVA也会流到背面去，背面的EVA会导致对背面PID性能的损害。

回到主题，如果组件寿命从25年延长到30年会带来什么？对一个20兆瓦的光伏电站来说，初期把使用的胶膜从EVA换成POE，初期的投资成本会增加大概70万，我们大概测算，但带来5年寿命的延长，发电量按3.3的电价测算的话，它可以带来四千万收益，用70万换来四千万，这是一个不错的收益。

总结

封装胶膜的原材料的选择，陶氏是全球最大的POE供应商，有非常完善的工厂、技术支持和市场开发能力，推出的ENGAGE PV POE系列是有非常好的水汽透气率、电绝缘性能，并且它的性能可以带来非常优异的抗PID性能和组件的可靠性，从而带来更低的度电成本和更高的投资汇报，演讲到这里，谢谢大家！

（发言为北极星太阳能光伏网根据速记整理，未经本人审核）