光伏故事荟 || 你知道或不知道的光伏PVB研发之路 –光伏组件材料选型修炼之路
摘要：在PVB研发制造领域领先的浙江德斯泰新材料股份有限公司经过多年的努力，已经将光伏PVB胶膜封装的组件制备和成本进行到能够与常规组件基本持平。同时，尽管国内从1964年开始规模化生产使用PVB建筑和汽车胶膜，但研发制备出能满足光伏组件性能的PVB胶膜却有一段不平凡的坎坷路。
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序言
你听说过太多的EVA封装胶膜，然而你听说过PVB组件封装胶膜吗？因为什么使得在中国有PVB胶膜封装组件生产经验的企业屈指可数？又是因为什么仍有央企看好PVB胶膜，经过多年探索终于试水成功？
在PVB研发制造领域领先的浙江德斯泰新材料股份有限公司经过多年的努力，已经将光伏PVB胶膜封装的组件制备和成本进行到能够与常规组件基本持平。今天要讲述的就是一个在行业内贵在坚持，努力前行不放弃并不断创造奇迹的传奇故事。
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早期光伏封装胶膜选型
众所周知，PVB胶膜的使用已有七八十年的历史，自1935年美国的CARBIDE AND CARBON CHEMICAL公司生产出世界上第一块PVB胶片之后，PVB胶膜便以优异的高安全强耐候等性能迅速占领汽车和建筑市场；同时，国内也从1964年开始规模化生产使用PVB建筑和汽车胶膜。
在光伏发展初期，最老的光伏组件部分是采用PVB胶膜作为封装材料，以德国的佳士福PVB胶膜用于组件居多，但价格超过85元/m2，昂贵的胶膜价格使得组件成本骤增。随着降本要求的出现，研究者们逐渐发现采用EVA作为封装层可以大大的降低组件制造成本。PVB封装胶膜价格的劣势使得许多组件厂家望而却步转而投向更有价格优势的EVA胶膜。同时，随着PVB胶膜用量的减少，佳士福公司已不再生产光伏级PVB胶膜。
然而随着光伏市场规模的扩大，各种应用气候对组件实际应用性能要求的提高，人们逐渐意识到EVA胶膜老化带来的不可逆转破坏对组件功率以及安全性能有着较大影响，因此在2010年前后，研究者又重新开始寻找评估各种替代EVA胶膜的选择，光伏PVB胶膜自然又重回研究者的视野。
重回PVB胶膜的关键是能否在PVB胶膜优异性能的基础上降低成本，使得PVB胶膜能够更广泛地被光伏组件以及薄膜组件使用。
同时，尽管国内从1964年开始规模化生产使用PVB建筑和汽车胶膜，但研发制备出能满足光伏组件性能的PVB胶膜却有一段不平凡的坎坷路。我们一起来回顾一下光伏PVB封装胶膜的开发故事。
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初识光伏组件
早在2010年起德斯泰就开始为光伏组件提供PVB封装胶膜。彼时德斯泰已经是建筑等行业国产PVB胶膜的领先企业，但对如何用于光伏组件并不了解。全面开始了解并投身研发光伏组件胶膜封装工艺是在2012年，那时候中节能太阳能科技（镇江）有限公司找到我们，想要我们提供PVB胶膜进行组件封装实验测试，由此，德斯泰开始进入一个全新的陌生领域--光伏领域，和客户一起研发。
我们开始参加各种有关光伏组件的会议，从原材料、组件制备工艺方法、电站应用、成本等多个方面进行综合了解。2012年前后光伏行业突然重点关注PID现象和蚯蚓纹现象的大规模爆发，德斯泰公司也开始和客户一起研究将开发光伏级PVB胶膜的立足重点放在这两者上。前期先对胶膜配方中的各种助剂进行改进，发现总会有性能不通过的情况，慢慢地将着眼点放在PVB树脂粉体制备上，并多次尝试不同的助剂，最终发现当去除树脂粉中的某些助剂后，可以具备高抗PID和蜗牛纹的PVB胶膜。
03
改进工艺，日产量提升
经过一段时间的规模化生产，慢慢发现制备PVB双玻耗时较常规组件高一倍以上，这不仅降低了产能，还增加了生产成本。于是经过与中节能研发团队的讨论决定一起改进PVB双玻的制备工艺路线，研发能够快速生产PVB双玻组件的新工艺新技术。
2015年初，通过学习借鉴建筑汽车夹胶玻璃的生产方法，我们分别尝试采用辊压、密封圈抽气、橡胶板等多种方法并行试验。前期带着组件原材料制作人员去玻璃厂家叠层组件进行试验，经过多次失败的尝试，终于在一次辊压试验中五块组件成功了三块，这就意味着这个工艺是可行的，只是需要调整工艺和设备。
确定能用于光伏组件制备的方法为辊压加高压釜后，长期的研发重点都在如何调节辊压机不裂片不并片，以及如何提升产能上。随着研发的深入，我们开发了流水线式操作的辊压机，其日产能是单腔层压机的四倍以上。
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辊压工艺改进，认证通过
通过新工艺成功制备组件后，需要送检测测试一系列的老化测试，但组件IEC老化测试发现新工艺制备的组件有部分指标是不能通过的。团队首先想到尝试使用国内外其他的PVB胶膜制作光伏组件，结果发现日本积水、美国首诺、德国佳士福、台湾长春、建滔等公司的PVB胶膜封装组件在在第一关湿漏电测试中就已纷纷淘汰。
之后，研发团队不断的尝试改进工艺送样检测，经过半年的时间组件依然老化测试有问题：湿热湿冻老化后组件内部总是会出现气泡现象。眼看大家辛苦多年的PVB双玻组件应用就要流产，客户和我们的研发团队都十分着急，默默问自己：难道真的要这样放弃么？这时，研究团队一位博士凭借多年对高分子材料的经验积累认为：这个工艺是可以成功的，只是现有一个突破点还未找到。在客户和我们双方研发团队的坚持下，经过长时间对突破点的寻找，终于成功找到了辊压加高压釜工艺能通过IEC认证的PVB胶膜配方，为光伏级PVB胶膜开启了进军光伏组件的征途。
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优化胶膜配方，组件CTM提升
随着光伏组件的迅猛发展，降本增效成为光伏人常谈论的话题，而我们的PVB胶膜该如何提升组件功率呢？在和大家的交流中受到白色EVA胶膜的启发，我们的PVB胶膜是否也可以采用高透+瓷白PVB胶膜的组合来提升组件功率？经过努力，公司的研发团队成功制备出满足光伏组件性能要求的高透+瓷白PVB胶膜组合，组件使用瓷白PVB胶膜完全没有翻边和褶皱的出现，并且CTM可达到100%以上。我们在胶膜成本变动不大的基础上，大幅度地提升了光伏组件的功率，为组件厂家降本增效提供了性能优异的PVB胶膜。
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6. 胶膜对比，降低成本
封装胶膜有多种选择，在我看来材料胶膜没有好坏之分，只有是否改进的适合应用性能以及适合的性价比区别。据分析，目前市场中，PVB胶膜与EVA和POE胶膜对比主要在以下方面：
a. EVA和POE胶膜的原材料受国外市场的限制较大，并且EVA胶膜在实际应用中，已经出现老化后产生的醋酸使得胶膜发黄应用性能下降等。而POE胶膜制作双玻组件，受POE规则性结晶度的影响，POE胶膜本身的透光率较低，太阳光投射到电池片上的能量将有所减少，从而降低了光伏组件的功率。此外市场上的POE胶膜品种多样，分子结构多变，不易控制检测。而光伏级PVB因原料粉体树脂和胶膜全部能国产化生产，不受国外控制，并且PVB分子结构易于控制与检测。
b. 光伏级PVB胶膜还具有高击穿电压强度(>35kV/mm)，以及强抗击穿能力，普通的EVA和POE胶膜制备的夹胶玻璃在2.16kg钢球80cm撞击时就会破碎，而PVB胶膜制备的夹胶玻璃撞击测试高度达到150cm后才会破裂。
c. 当PVB胶膜中的亲水基团羟基(-OH)粘结后生成氢键，亲水基团的消失带来水汽渗透的下降，而使用偶联剂的EVA和POE却存在分子链长增加，水汽渗透增加的风险。
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PVB封装胶膜的应用前景
目前，常规使用制备双玻的PVB胶膜为0.76mm，为了进一步降低组件成本匹配不同组件材料搭配，我们还推出了0.6mm、0.5mm、0.38mm的PVB胶膜，当然，使用不同的胶膜需要匹配不同的层压或辊压工艺参数。
材料的开发需要过程，人们对材料和产品工艺的认识也需要过程。2010年前后国内开发双玻组件时，EVA胶膜几乎是唯一选择。随着人们对双玻组件认知的提升，越来越多的组件厂开始用POE胶膜进行封装。但随着我们成功研发PVB胶膜双玻组件，我们相信在不久的将来，会有更多的人开始尝试向PVB胶膜封装双玻组件过渡，毕竟PVB胶膜已经在中国经历过长达七八十年的实际户外应用考验，并且PVB胶膜可以轻松抵抗住酸碱氨气等腐蚀。PVB胶膜的性能保证了PVB封装的组件有更加宽广的气候应用范围，不仅能满足地面电站和建筑光伏一体化的要求，更加能满足光伏组件在水面电站、农业互补等恶劣环境中的要求。
我们值得骄傲，多年的坚持为行业找到多一种胶膜选择！
我们相信未来，持续的降本为行业降本更平价继续努力！
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