光伏封装胶膜行业供需规模与行业机遇
行业上游原材料供应情况
EVA 树脂国产化进程较快
光伏胶膜的主要原材料系光伏级EVA树脂与POE树脂。2017年前,光伏级EVA树脂与POE树脂均主要依赖进口。EVA树脂是光伏胶膜的传统主流原材料,其国产化进程相对较快。
2017年起,斯尔邦石化、联泓新科、宁波台塑等国产树脂供应商快速崛起,陆续产出光伏级EVA树脂,2021年下半年起,随着浙石化、中化泉州、榆林能化等国产树脂供应商加入光伏级EVA的生产,EVA国产化率已基本达到60%左右,形成了稳定的国产产能供应。
POE 树脂供应集中于海外,光伏需求拉动主要生产厂商扩产
聚烯烃弹性体(POE)是乙烯与丁烯或辛烯等α烯烃单体实现原位聚合的无规共聚物,供应由海外化工企业垄断。
POE树脂最大的下游应用系汽车塑料改性,光伏胶膜应用近年来增速较快。POE树脂于2010年最早由陶氏化学、日本DNP等海外企业应用于光伏胶膜领域。目前,光伏级POE树脂的生产企业主要包括三井化学、LG化学、陶氏化学等,其中陶氏化学的产能最大。
POE树脂具有良好的材料性能,由POE树脂制成的POE胶膜具有良好的封装性能,随着双面双玻组件和N型电池等光伏新技术的发展,光伏级POE树脂的市场需求不断增加,主要生产厂商亦提出了大幅扩产的计划。
2021年8月,LG化学宣布将POE产能由现有的每年28万吨提升至38万吨,新增部分将于2024年投产;2022年8月三井化学宣布将POE产能由现有的每年22.5万吨提升至34.5万吨,新增部分将于2024年投产。
POE 树脂技术难度相对更高,国产化处于起步阶段
POE树脂与EVA树脂的主要原材料均包含乙烯,在原材料成本上无显著差异,POE树脂的主要制备工艺为催化剂溶液聚合,生产工艺中的压力、温度较低,生产成本理论上不高于EVA树脂的高温高压聚合工艺。POE树脂生产的技术壁垒主要体现为茂金属催化剂和高碳α-烯烃。
万华化学、东方盛虹、卫星化学、中国石化和荣盛石化等企业正积极开展POE树脂国产化的技术攻关,目前主要处于中试阶段,预计在2024年或2025年可实现工业化批量生产。根据中国光伏行业协会预计,2030年POE树脂国产化率有望达到60%。
POE树脂与EVA树脂的主要原材料均包含乙烯,两者的原材料成本并无显著差异,POE树脂的制备主要为催化剂溶液聚合法,生产成本亦不高于EVA树脂。目前POE树脂与EVA树脂的价格差异主要因技术门槛、供需关系等产生,若未来POE树脂的海外扩产与国产化顺利推进,POE树脂应用于光伏胶膜领域的供应与成本压力有望缓解,有利于POE胶膜的进一步推广应用。
光伏行业未来发展趋势
随着技术与产品迭代,新型光伏组件与电池对封装材料性能提出了更高要求,具体情况如下:
光伏电池 N 型化
根据原材料和电池制备技术的不同,光伏电池可分为P型电池和N型电池,N型电池主要包括TOPCon、HJT(异质结)等。目前市场上主流的PERC电池光电转化效率已实现23.2%,理论极限效率为24.5%。
与P型电池相比,N型电池拥有转换效率高、温度系数低、光衰减系数低、弱光响应等综合优势,其中HJT和TOPCon电池的理论极限效率分布达到27.5%和28.7%,在系统成本与全周期发电量上具有明显优势。
根据中国光伏行业协会的数据,2022年光伏电池仍以PERC为主,但随着N型电池产能陆续释放,PERC电池市场占比下降至88%,N型电池市场占比达到约9.1%。目前PERC电池技术已经逼近理论极限效率,随着电池片技术快速发展,预计2030年N型电池市场占比将超过70%。
N型TOPCon电池发挥主要发电功能的正面具有带负电的钝化层,因此对电荷与阳离子聚集更加敏感,需要封装材料具有更强的抗PID性能。此外,为降低成本,N型TOPCon电池栅线应用了银铝浆,较传统银浆更容易被腐蚀,对胶膜保护性能的要求更高。
此外,N型电池的年衰减更低、使用寿命较长,需要胶膜具有更好的耐老化性能。POE胶膜具有优异的水汽阻隔性能和电气绝缘性能,契合了N型电池更高的封装性能要求,有望占据更多市场份额。
光伏组件双面双玻化
双面双玻光伏组件采用两块光伏玻璃作为面板和背板,在正面直接照射的太阳光和背面接收的太阳反射光下,都能进行发电,背面发电增益在10~30%不等。
双面双玻组件具有发电量更高、生命周期更长、耐候性、耐磨性、耐腐蚀性更强等优势,目前市场占比正在快速提升。根据中国光伏行业协会的相关数据统计及预测,2022年双面双玻组件市场占比达到40.4%,到2030年有望超过60%。
P型电池背面由于背面场钝化和局部铝背场的设计更容易发生PID现象,双面双玻组件需要背面参与发电,因此对封装材料的性能要求更高。POE胶膜一方面具备良好的机械强度及韧性,能够适应双面双玻组件玻璃减薄化的需求;
另一方面具有优异的抗PID性能,可满足双面双玻组件正反两面均由封装材料保护的需求。随着双面双玻光伏组件逐步替代单玻光伏组件,对POE胶膜等高性能胶膜的需求将进一步的提升。
光伏发电应用多元化
1. 光伏组件向高功率发展
在硅片大尺寸化与电池转化效率的持续进步影响下,主流组件功率明显提升。根据中国光伏行业协会的数据,2022年采用166mm尺寸P型PERC单晶组件的平均功率为455W,采用182mm尺寸PERC单晶电池和TOPCon单晶电池的组件功率分别达到550W和570W,目前市场已完成超过550W组件的量产,并在逐步推进超过600W组件的量产,大功率组件产品的市场占有率将持续上升。
超过600W的超高功率组件将成为光伏行业的新趋势,超高功率组件的电压与电流指标显著提升,需要封装材料具有更好的电气绝缘性能。POE胶膜具备较高的体积电阻率,优异的电气绝缘性能可适应组件高功率化的发展方向。
2. 复杂环境电站应用增多,对封装要求提升
随着光伏电站的应用推广及相关技术的进步,同时为了节约土地资源,复杂环境中的电站应用逐步增多,对胶膜的封装性能提出了更高要求,如戈壁电站要求光伏胶膜具有更好的高辐照环境下耐黄变性能;
高纬度电站要求光伏胶膜在低温下仍能保持较好的高粘结性与高弹性;渔光互补电站、滩涂电站、海上光伏电站等高湿环境电站要求光伏胶膜具有更好的电气绝缘与水汽阻隔性能。
未来,随着光伏技术发展,光伏电站的应用场景将进一步拓展,使能够适应相关环境的封装材料的需求增加。
3. 户用光伏市场推动叠瓦组件、IBC组件等新型组件发展
根据国家能源局统计,2022年国内新增光伏电站装机87.41GW,其中集中式电站36.3GW、分布式电站51.11GW。
与集中式电站相比,分布式电站可灵活安装于工商业屋顶及居民屋顶,具有节约土地、贴近用电侧、成本敏感性相对较低等优点,分布式电站占比超越集中式电站将成为光伏发电的发展趋势。
叠瓦组件、IBC组件相较于传统组件更为美观,受到分布式电站尤其是户用光伏市场的欢迎。叠瓦组件使用导电胶替换金属栅线,可实现电池片间无缝衔接,不仅美观,而且最大程度利用了组件空间,为提升导电胶连接的可靠性,叠瓦组件对封装保护也有较高要求。
IBC电池将电池正面的电极栅线全部转移到电池背面,减少了正面栅线对阳光的遮挡,具有美观、充分利用入射光的优点,但其背面汇集了PN结与金属接触,工艺更为复杂,组件的封装保护要求进一步提升。
光伏电池N型化、光伏组件双面双玻化和光伏发电应用多元化的发展趋势将对产业链各环节竞争格局带来影响,其中较高的封装保护要求将直接影响组件胶膜市场份额的变化,使POE等高性能胶膜产品的渗透率进一步提升。