新冠病*并非当今世界面临的唯一重大挑战，我们也迫切需要将全球能源生产转向更加可持续化的立足点。
说到清洁环保的具有可持续性的可再生能源，太阳能无疑是大家最熟知的。架在屋顶的一块块太阳能电池板，将光能直接转换成源源不断的电能，这就是利用太阳能资源的光伏发电技术。
光伏（英文简称PV，photovoltaic），应用硅材料实现光-电转换。分析光伏产业链，概括来说，上游为从高纯硅料到硅片的原材料制备环节；中游则是电池片/组件、光伏辅材辅料、光伏生产设备的制造环节，负责生产有效的发电设备；下游则是系统集成和光伏产品应用端。
光伏产业链构成
由上图可看到，在这条产业链当中，应用高分子塑料材料的主要是中游的薄膜光伏组件环节。接下来让我们来共同了解一下塑料薄膜在光伏产业里的贡献，以及薄膜组件的原材料、制造技术及未来趋势。
光伏组件又叫作太阳能电池板（见下图），它是光伏制造业的最终端产品，在光伏电站中承担着光电转换的功用，堪称太阳能发电之根基。
光伏组件的制备主要包括电池片互联（串联/并联）和层压两大步骤：电池片互联决定了组件的电性能，目前光伏组件的标准电池片数量为60片或72片。在电池片互联后，一般需按照钢化玻璃、胶膜、电池片、胶膜、背板以从上到下的顺序，经过层压的方式封装在一起，背板与钢化玻璃将电池片和胶膜封装在内部，通过铝边框和硅胶密封边缘保护。经过层压处理后，光伏组件的使用寿命可大幅提高，且能显著优化环境耐受性与机械性能。高效组件的系统集成包，通过品质和高效率，能满足光伏电站25年以上持续稳定运营的质量需求。
光伏组件的结构示意图
光伏组件中的胶膜和背板为塑料薄膜或片材产品，它们与边框、钢化玻璃等一系列非硅辅材相配合，对光伏组件的最终性能发挥着重要影响。胶膜/背板需要特殊的挤出技术来进行更有效的生产，对于那些寻求扩展到高端行业并充分利用全球向替代能源转移的专业挤出加工商们来讲，这一薄膜或片材产品市场提供了一个巨大的机会。
太阳能电池板的核心部件就是位于中间层的电池，高电压、高温高湿环境都会对电池造成威胁，直接影响发电效率。封装胶膜直接与组件内部的电池片接触，覆盖电池片上下两面，对电池片起着抗水汽、抗紫外线等保护作用，还能够使阳光最大限度地透过胶膜到达电池片，提升光伏组件的发电效率。
目前市场上有三种主流胶膜，分别为透明EVA（聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物）胶膜、白色EVA胶膜以及POE（聚烯烃）胶膜。因为EVA胶膜具有良好的柔韧性、光学透明性及热密封性，所以成了光伏封装材料的首选。EVA胶膜的挤出过程可以使用一步法或两步法，在两步法中，可以将交联剂配混到聚合物母料中。然后将该母料与EVA混合，并在带有平模头的单螺杆挤出机中运行。另一种方法是将交联剂与EVA聚合物在片材挤出过程中在线混合，通常使用同向双螺杆挤出机、齿轮泵和片材模头。
EVA的加工存在着一定的挑战，首先，由于该化合物具有潜在的反应性，因此在挤出系统中不要引发过早的交联至关重要。在挤出机中，必须在不让材料过热的情况下实现良好的分散。在模具中，必须控制熔体温度及其停留时间。通过优化热电偶和主体加热器的位置来实现模具的良好温度控制。然而，熔体温度的控制很大程度上取决于粘性耗散，因为光伏级EVA在约℃的低挤出温度下粘度相对较高。出于这个原因，主要通过流道设计，来解决通过剪切和/或压力在模具中防止熔体过热的问题。由于交联反应的动力学与温度和时间有关，因此在模具中的停留时间偏短也是可取的。所以流道设计是低停留时间和低剪切应力（或压降）之间的重要平衡行为。这些是相互矛盾的要求，因为低停留时间通常需要较小的流道容积，而低剪切应力通常来自较大的流道容积。模具设计经验和先进的设计工具，如3D流动模拟，可用于接近最佳的设计解决方案。
虽然两种EVA胶膜仍是主流，但其性能逐渐落后于下游需求，无法很好地解决PID（PotentialInducedDegradation电势诱导衰减）问题。因此EVA胶膜正在逐步让出市场份额。反观POE胶膜，其阻隔性能更加优良，特别适合应用于水汽敏感的技术路线，而水汽正是导致PID效应的元凶之一。因此，随着下游需求的变化，POE胶膜被视为是EVA材料的升级替代品，其渗透率快速提升。
背板（Backsheet）位于太阳能电池组件背面的最外层，保护电池组件免受外界环境的侵蚀，起到耐候绝缘的作用，需具备高水平的耐高低温、耐紫外辐射、耐环境老化和水汽阻隔、电气绝缘等性能。背板的核心部分是PET基体和含氟材料，PET基材很单一，提供力学性能和绝缘性能，含氟材料提供阻隔性和耐候性，种类很多，有PVF、PVDF、THV、ETFE、ECTFE等。光伏背板薄膜通常的工艺有三种，一是直接将两张含氟薄膜复合到PET薄膜基材上，二是涂布法，将氟化物的溶液涂布到PET薄膜上，三是交联反应法，通过交联剂将氟化物和PET薄膜反应到一起，形成一个网状的整体结构。
提起中国光伏，无论从产业规模、技术水平、全球化布局，还是应用形式、市场潜力、品牌知名度，都足以称得上令国人引以为傲了。“台上一分钟，台下十年功”的光环背后，不仅得益于制造端各环节的繁荣与给力，也少不了光伏市场中的一个重要参与群体——封装胶膜与背板的挤出设备厂商。设备国产化是中国光伏产业快速发展并成长为具备产业化优势的基石，中国的装备业在工艺、材料等方面不断取得突破，新产品、新技术、新工艺不断提升，成为我国光伏产业发展的一支中坚力量。下面是相关挤出设备制造企业的最新表现。
金纬机械深耕新能源光伏行业十余年，多年来不断探索光伏产业最新产品和先进技术，精雕细琢出“有标准”的智能装备。最新EVA/POE太阳能封装膜生产线采用了全自动的称重式计量装置，保证多种固体、液体添加助剂及原料的高精度喂料；低温挤出系统在保证充分混炼塑化的情况下，防止助剂提前固化交联；流延部分的特殊设计，完美地解决了粘辊、剥离问题；独特的在线回火去应力装置；生产线中多处安装了张力控制系统，使富有弹性的片材在冷却、牵引及收卷过程中平稳输送；在线自动测厚和瑕疵检测装置提供了封装膜制品品质的实时反馈。
金韦尔智能装备十余年探索，金韦尔制造的EVA/POE光伏胶膜设备一直在不断地提速，提产和创新。随着在光伏市场的深耕和与客户多年的技术交流和反馈，金韦尔生产的EVA胶膜设备从混料到螺杆控温，从流延挤出到收卷微张力控制，每一步的结果与数据都来自对材料本身的了解与对开机工艺的进一步娴熟。采用低温精确控制挤出技术、花纹型胶膜材料的偏摆式厚度检测控制技术、以低张力摩擦技术、低张力伺服收卷技术等工艺使金韦尔设备生产的胶膜速度更快、制品收卷整齐、收缩率最高可以达到2%左右同时解决了行业内的痛点平铺问题，得到国内外胶膜生产厂家的好评，设备连续十年处于国内销量第一。
广东仕诚塑料机械有限公司是国内最早生产智造光伏EVA封装膜设备的企业之一，多年来不断精研及优化光伏POE、EVA、PVDF等产品的高端智造技术和加工工艺。作为挤出设备的国际标准主导制定者，多年来一直雄居国内高端流延设备的顶端。最新EPE型封装膜生产线采用了专业的螺杆及流道设计，保证多种树脂、液体增塑剂充分混炼塑化，并能防止交联剂提前交联固化；流延辊表面特殊纳米喷涂，胶辊专业硬度及中高设计，完美解决了胶膜粘辊、剥离问题；远红外在线退火系统完美解决了产品收缩率问题；整线及收卷张力控制系统，采用西门子最高S系统控制。保证了仕诚设备生产的胶膜品质的稳定性、一致性，收卷整齐。仕诚的PVDF背板膜生产线针对氟材料含腐蚀特殊性，专业设计螺杆、流道、模具、流延成型及收卷单元等，实现了氟材料的专业化、规模化生产；最大制品宽度：mm，国内领先；最快生产速度：m/min，国内领先。技术特点：根据不同的应用要求设计“仕诚螺杆”，具有优异的塑化质量和稳定性；仕诚专业设计的成型系统，确保薄膜成型稳定和一致，且厚薄均匀度好；配置远程诊断功能，能够第一时间满足客户的需求；按照客户要求制作不同宽幅，一出二或一出三均可；专业的在线分切，无胶带上卷，为客户节约更多成本，创造更多效益。
福建玮晟机械有限公司最新专为生产太阳能电池封装膜而设计制造出EVA/POE流延生产线，生产速度可达15米/分钟，采用特殊工艺处理，产品收缩率2%，高产量，低能耗，全自动生产线采用中央集成化监控，专业的在线分切和无胶带上卷，为用户节约更多成本。
佛山海阔塑料机械有限公司自年就开始从事光伏封装膜挤出生产线的研发制造。年，“一种EVA共聚物包装膜的生产设备”获专利授权，有效解决了高速生产时光伏封装膜的收缩率问题，极大提升了整个行业光伏封装膜的生产效率。年工厂的总体搬迁及年海阔塑机合肥分公司的成立，使“海阔”的设备制造产能可达线/年。设备覆盖EVA/POE/EPE/白膜等全系列光伏封装膜产品的生产，并有白膜辐照线用高速收放卷机、光伏膜打样机等系列产品。在保证质量的前提下，也在大咖用户们的鼎力支持下，海阔塑机不仅注重提升光伏封装膜设备的单线产量和智能化水平，“安全、高效、便捷、智能、美观”更是海阔塑机对设备的全面要求。海阔塑机产品持续更新，在已批量正常运行的第六代产品线上，光伏封装膜在线免人收卷得以实现。全线无人智能挤出生产线是海阔塑机在研的新一代产品。海阔塑机的质量方针：一诺千金，众志成城，精益求精，持之以恒。海阔塑机的企业文化：德：真诚守信，品行天下；勤：勤俭务实，勤奋进取；永：专业专注，创新不缀；合：团结协作，携手共赢。
新乐华宝塑料机械有限公司的氟材料流延薄膜生产线，以特殊设计的挤出机和流延机头，通过挤出流延法生产太阳能电池背板用PVDF/ETFE/FEP薄膜。采用特殊耐高温耐腐蚀钢材而制作的挤出机可实现氟塑料的稳定挤出；与国内高校技术合作，针对氟材料的特殊性，专业设计螺杆结构、模头结构，配合特殊的的成型、收卷等加工工艺，实现氟塑料产品的合理化、工厂化、规模化生产；整机配置高，设计实用合理，采用PLC触摸屏控制和整机连锁控制。
近年来，随着碳中和目标的推行，光伏设备行业前景广阔，光伏组件的需求量也在快速提升。胶膜作为光伏组件中不可缺少的部分，起到保护电池片和隔绝空气的作用。广东宝路盛精密机械有限公司不仅专注于研发制造塑料挤出精密设备、流延膜设备以及EVA/POE太阳能电池封装膜设备，还可为客户提供灵活的交钥匙工程服务，以满足客户的特定需求，从料仓上料到装运成品，为整个项目提供集成的解决方案。本司先后通过GB/T-/IS:国际质量管理体系认证，CE认证等，被授予“中国著名品牌”，“中国自主创新品牌”，“国家高新技术企业”等荣誉称号，研发的多款产品获得各类专利证书。宝路盛研发的EVA/POE太阳能电池封装膜生产线具有自动化程度高、生产稳定、维护成本低等优势。我司根据树脂特性，优化挤出机设计，使用耐腐耐磨材质，提高挤出机产量及塑化效果。
随着“双碳”目标的不断推进，以及全球对环保能源需求的快速增加，光伏发电行业的景气度也将持续走高，迎来历史性发展机遇。年我国太阳能电池行业产量已突破GW（吉瓦，1吉瓦=0兆瓦）。在随后的几年，我国太阳能电池行业虽然将受国家补贴下滑的负面影响，但由于整体绿色能源市场需求潜力巨大，因此太阳能电池需求仍将快速增长。预计年，我国太阳能电池产量将达到GW，年复合增速约30%。国家能源局提出年全国风电、光伏发电发电量占全社会用电量的比重达到了11%左右，后续逐年提高，确保年非化石能源消费占一次能源消费的比重达到20%左右。而在全球范围内，据彭博社预测，到年，全球电力结构中，光伏和风能的占比将达到56%。已经开启的光伏行业景气周期带动着光伏封装胶膜/背板产品的需求快速增长，吸引众多企业加紧布局，产能迎来快速发展时期。
总之，还是希望中国光伏产业发展越来越好，让工业生产与普通人都能早日用上来自太阳的清洁能源。毕竟有充足的电力供应，又能保护地球环境，何乐而不为呢！
附：国内胶膜/背板头部企业概览
光伏市场正在爆炸式增长，专业薄膜生产商的机会也在增长。当今世界光伏胶膜行业的核心厂商均集中在中国，呈现“一超两强”的竞争格局，福斯特、斯威克、海优新材三家的市场占有率接近全球的80%，其它企业也在快速增长中。
杭州福斯特应用材料股份有限公司成立于年，主导产品为光伏封装材料-太阳能电池胶膜（EVA/POE胶膜）和背板，在光伏封装材料领域具有重要的影响力，同时具备规模优势、质量优势、技术优势和品牌优势。其胶膜市场占有率达50%以上，年销售光伏胶膜.84万平米，销售光伏背板.14万平米，力争新增3-4亿平方米。
江苏斯威克新材料股份有限公司经过十七年的深耕细作，在光伏封装材料领域和用于数码产品、新能源汽车及储能领域的电池软包封装材料分别取得了优秀的成果。其中光伏封装材料产品已经销往全球20多个国家和地区，光伏胶膜市场占有率达13%左右。公司研发中心先后获得“江苏省光伏组件封装材料工程技术研究中心”、“江苏省光伏封装材料工程中心”等称号。
上海海优威新材料股份有限公司已成为太阳能光伏组件行业内最重要、最有影响力的封装材料供应商之一。主营产品包括透明EVA胶膜、组件提效用白色EVA、二代POE胶膜、背板用PVDF氟膜。在组件用抗PID及抗蜗牛纹的高质量EVA封装胶膜方面，保持全球范围的领先地位。公司胶膜目前市占率10%左右，处全球前列，预计年扩产达到6亿平米。
苏州赛伍应用技术股份有限公司成为光伏背板国标制定的牵头人，背板的全球市占率自年以来一直保持全球第一，而且还是多家国外的知名光伏组件企业的主要供应商和著名品牌，赛伍POE胶膜也已成为市占率第二的主要供应商。赛伍正往光伏系统的材料方案商方向发展，保持着持续成长的能力。
明冠新材料股份有限公司专业从事新能源新型复合膜材料的研发、生产和销售，主要产品有太阳能电池背板、光伏组件用POE膜、PVB膜、锂电池用铝塑膜、特种防护膜等新型复合膜材料，产品主要应用在光伏领域和锂电池领域，是国内最大的太阳能电池背板生产企业之一。
广州鹿山新材料股份有限公司的太阳能电池封装胶膜采用特殊功能树脂，适用于晶硅、单玻、双玻及薄膜组件，可主动防御组件PID及蜗牛纹的产生，具有优异的耐*变性能、超高反射率、高粘接性及工艺适应性等优势。自年起就不断增加太阳能封装胶膜的产线产能，预计达产后光伏组件封装胶膜总产能达到约3亿平方米/年。
苏州中来光伏新材股份有限公司诞生于年全球金融危机时期，凭借对光伏行业的专注、坚持和创新，一跃成为全球太阳能行业黑马，构建了“光伏辅材、高效电池、光伏应用”三大业务，构建出独特而友好型的光伏产业生态链。
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