近年來，如何有效應(yīng)對氣候變化，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)之間實(shí)現(xiàn)平衡，已經(jīng)成為全球性重要議題之一。在全球碳減排的趨勢下，2020年12月12日，國家主席習(xí)近平在氣候雄心峰會上通過視頻發(fā)表題為《繼往開來，開啟全球應(yīng)對氣候變化新征程》的重要講話，宣布中國國家自主貢獻(xiàn)一系列新舉措：在2020年9月宣布“力爭2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”計(jì)劃的基礎(chǔ)之上，習(xí)近平進(jìn)一步宣布，到2030年，中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右，森林蓄積量將比2005年增加60億立方米，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上。

不僅如此，在今年三月召開的兩會期間，“碳達(dá)峰、碳中和”再次成為熱議話題，并且首次被寫入“十四五規(guī)劃”綱要，成為中央和地方的重要戰(zhàn)略目標(biāo)和任務(wù)。在此背景下，國內(nèi)風(fēng)電、光伏都步入了典型的供給創(chuàng)造需求階段，技術(shù)降本將刺激更多的需求涌現(xiàn)。從經(jīng)濟(jì)性的角度，目前階段國內(nèi)更大規(guī)模地發(fā)展光伏、風(fēng)電正當(dāng)時(shí)。

去年10月14日，在北京召開的“2020北京風(fēng)能大會”上，400多家風(fēng)電企業(yè)史上首度發(fā)起聯(lián)合宣言，確定了2060年之前風(fēng)電發(fā)展的“路線圖”。宣言保證，將年均新增風(fēng)電裝機(jī)5000萬千瓦以上。2025年后，中國風(fēng)電年均新增裝機(jī)容量應(yīng)不低于6000萬千瓦，到2030年至少達(dá)到8億千瓦，到2060年至少達(dá)到30億千瓦。

中國國家能源局公布2020年太陽能發(fā)電新增裝機(jī)數(shù)據(jù)48.2GW，創(chuàng)近三年新高；扣除前三季太陽能新增裝機(jī)數(shù)據(jù)18.7GW，意味第四季安裝量達(dá)29.5GW。分析師指出，中國太陽能行業(yè)新增裝機(jī)已連續(xù)8年位居全球第一，未來5年還將繼續(xù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。

光伏產(chǎn)業(yè)背后的高分子材料
光伏產(chǎn)業(yè)鏈包括硅料、鑄錠（拉棒）、切片、電池片、電池組件、應(yīng)用系統(tǒng)等6個(gè)環(huán)節(jié)。上游為硅料、硅片環(huán)節(jié)；中游為電池片、電池組件環(huán)節(jié)；下游為應(yīng)用系統(tǒng)環(huán)節(jié)。從全球范圍來看，產(chǎn)業(yè)鏈6個(gè)環(huán)節(jié)所涉及企業(yè)數(shù)量依次大幅增加，光伏市場產(chǎn)業(yè)鏈呈金字塔形結(jié)構(gòu)。

在光伏產(chǎn)業(yè)鏈中，光伏組件與電氣配套和高分子材料的關(guān)系最為密切。硅片是用來生產(chǎn)太陽能電池的基礎(chǔ)材料，也是核心部件。但是如果這個(gè)核心部件沒有高分子材料進(jìn)行保護(hù)，就會變得不堪一擊；而沒有電氣配套，太陽能電池空有一身本事，卻不能形成一個(gè)系統(tǒng)。

光伏模組中的封裝膠膜、背板就是提供保護(hù)的材料，它們是由氟材料、EVA、PET、POE等組成，然后由有機(jī)硅等材料進(jìn)行密封。而電氣配套是指接線盒、線纜、連接器等，有了這些零部件，電流才能真正被利用起來，這可少不了工程塑料如PPO、PA66、PC，以及線纜材料PE、EVA等的助力。此外，面板材料目前是用的玻璃，也有嘗試采用高分子材料，而鋁合金邊框也可用高性能塑料替代。

在光伏電氣配套中，光伏接線盒是介于太陽能電池組件構(gòu)成的太陽能電池方陣和太陽能充電控制裝置之間的連接裝置，其主要作用是連接和保護(hù)太陽能光伏組件，將太陽能電池產(chǎn)生的電力與外部線路連接，傳導(dǎo)光伏組件所產(chǎn)生的電流。是集電氣設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)和材料應(yīng)用于一體的綜合性產(chǎn)品，主要作用是連接和保護(hù)太陽能光伏組件，傳導(dǎo)光伏組件所產(chǎn)生的電流，為用戶提供太陽能光伏組件的組合連接方案。

光伏接線盒需采用抗沖擊性強(qiáng)的注塑材料生產(chǎn)零部件。需能滿足低溫沖擊-40度環(huán)境中儲存5小時(shí)后使用1J能量進(jìn)行沖擊試驗(yàn)要求，且試驗(yàn)后連接器不應(yīng)出現(xiàn)其影響正常使用和安全的損壞。PPO具有耐高溫、低吸水、良好的電絕緣性，出色的耐候性等特點(diǎn)，經(jīng)過改性后是制造太陽能光伏接線盒部件的理想材料。

在電站中有很多地方需要接口，組件、接線盒、逆變器、匯流箱等都需要一個(gè)設(shè)備連接器。每個(gè)接線盒用一對連接器，每個(gè)匯流箱用到的數(shù)量和設(shè)計(jì)有關(guān)，一般8對到16對，而逆變器用到2對到4對或者更多，同時(shí)，在最后搭建電站的過程中也要用一定數(shù)量的連接器。連接器需采用抗沖擊性強(qiáng)的注塑材料生產(chǎn)零部件。需能滿足低溫沖擊-40度環(huán)境中儲存5小時(shí)后使用1J能量進(jìn)行沖擊試驗(yàn)要求，且試驗(yàn)后連接器不應(yīng)出現(xiàn)其影響正常使用和安全的損壞。目前主要用的是共聚PC改性料。

螺母材料關(guān)鍵要求包括：阻燃要求UL 94 V0，絕緣性能（絕緣擊穿強(qiáng)度和表面電阻率）要求較高，吸濕性低，對電氣及尺寸穩(wěn)定性影響極小，表面光澤好。目前主要用改性PA66進(jìn)行生產(chǎn)。

光伏產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新材料
◆ 陶氏公司ENGAGE PV POE助力雙面組件高可靠性
與目前光伏組件制造商最常用的EVA薄膜材料不同，陶氏利用先進(jìn)的工藝和產(chǎn)品設(shè)計(jì)，推出了專用于光伏行業(yè)的材料ENGAGE PV POE。在常溫條件下，藍(lán)色的ENGAGE PV POE相較于黃色的POE、普通紅色的POE，以及黃色的EV，絕緣性能更好，并且這個(gè)優(yōu)勢是隨著溫度的升高而變得更加明顯。此外，該系列還具有非常好的水汽透氣率，并且可以帶來非常優(yōu)異的抗PID（誘導(dǎo)電勢差衰減）性和組件的可靠性，從而帶來更低的度電成本和更高的投資回報(bào)。

◆ 杜邦推出基于Tedlar?薄膜的透明背板
在今年的2021國際太陽能光伏與智慧能源展覽會（SNEC 2021）上，杜邦公司著力推廣基于Tedlar? 薄膜的透明背板。據(jù)悉，該款透明背板可通過釋放光伏組件中的水汽以及封裝材料降解產(chǎn)生的乙酸。Tedlar?透明背板雙面組件最多可減重30%。透明Tedlar?薄膜的疏水特性也使雙面組件背面易于清潔。此外，使用透明背板的雙面組件制造可以沿用現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備和成熟的制造工藝，生產(chǎn)良率和設(shè)備產(chǎn)能高。

與雙玻組件相比，使用Tedlar?透明背板的雙面組件重量更輕，運(yùn)行溫度更低。在寬幅方面，Tedlar?透明背板具有更大的靈活性(尤其針對1.2米以上的寬幅)，可以緩解大組件寬幅玻璃的供應(yīng)緊張。Tedlar?透明背板可通過紅外輻射更好的進(jìn)行散熱，從而使雙面組件在更低的溫度下高效運(yùn)行。

◆ SABIC推動浮動式水上光伏技術(shù)發(fā)展，助力清潔能源合理利用空間
太陽能電站是傳統(tǒng)發(fā)電站在光伏發(fā)電領(lǐng)域的主要形式。一座太陽能電站通常由數(shù)百甚至數(shù)千塊太陽能電池板組成，因此太陽能電站不可避免地需要龐大的空間。

解決這一難題的方法之一就是將太陽能電站建造在水面上，通過使用浮體架臺支撐電板，并將所有電板連接在一起。這些浮體架臺采用中空結(jié)構(gòu)，由吹塑工藝制成，成本相對較低?？梢詫⑵湎胂鬄橐粋€(gè)由堅(jiān)固的硬質(zhì)塑料制成的水床網(wǎng)。這類漂浮式光伏電站合適的選址包括天然湖泊、人造水庫以及廢棄的礦井和坑洞等。

對此，SABIC已經(jīng)開發(fā)了適用于水上浮體架臺的聚乙烯和聚丙烯牌號以及基于這些材料的化合物，可保證水面上的浮體架臺在長期使用中穩(wěn)固地支撐太陽能電板。這些材料對紫外線輻射帶來的降解有很強(qiáng)的抵御能力，對于這種應(yīng)用無疑十分重要。在根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的加速老化測試中，它們的抗環(huán)境應(yīng)力開裂（ESCR）能力超過3000小時(shí)，這意味著在現(xiàn)實(shí)生活中，它們能持續(xù)工作25年以上。此外，這些材料的抗蠕變性也非常高，保證部件在持續(xù)的壓力下不會拉伸，從而保持浮體架臺的牢固性。

目前已安裝的水上光伏系統(tǒng)一般使用主浮體和副浮體，其體積從50升到300升不等。這些浮體是用大型擠壓-吹塑（EBM）設(shè)備生產(chǎn)的。加工商要求樹脂具有合適的流動特性（MFR），易于在機(jī)器上加工，并需確保各批次的一致性。

終端應(yīng)用可能要求浮體能耐受低至-60°、高至+80°C的環(huán)境溫度。除了持續(xù)暴露在陽光下的抗紫外線能力外，它們還必須能耐受與水的長期接觸，因而需要良好的密閉性，且不能影響水質(zhì)（即沒有浸出風(fēng)險(xiǎn)）。

SABIC專門為水上光伏系統(tǒng)的浮筒開發(fā)了高密度聚乙烯牌號SABIC B5308，可滿足以上所有加工和使用中的性能要求。該牌號產(chǎn)品已獲得多家專業(yè)水上光伏系統(tǒng)企業(yè)的認(rèn)可。HDPE B5308是一種多重模態(tài)分子量分布的高分子材料，具有特殊的加工和性能特點(diǎn)。它具有出色的ESCR（抗環(huán)境應(yīng)力開裂性）、優(yōu)異的機(jī)械性能、以及能夠在韌性和剛度之間實(shí)現(xiàn)良好平衡（這在塑料中并不容易實(shí)現(xiàn)），并且使用壽命長，易于吹塑成型加工。
隨著清潔能源生產(chǎn)壓力的加大，SABIC預(yù)計(jì)浮動式水上光伏電站的裝機(jī)速度將進(jìn)一步加快。目前，SABIC已經(jīng)在日本和中國開展浮動式水上光伏電站項(xiàng)目。

◆ 三井住友建設(shè)公司部署自主研發(fā)的浮式光伏技術(shù)
除了SABIC，在日本四國（Shikoku）島上香川縣的坂出市（Sakaide），日本三井住友建設(shè)已在一個(gè)農(nóng)業(yè)池塘上部署完成一個(gè)2MW的浮式太陽能陣列。 這家公司已為Haisuke浮式太陽能電站爭取到采用日本長期保護(hù)性電價(jià)計(jì)劃的二十年電價(jià)。該項(xiàng)目是三井住友建設(shè)迄今為止在日本建造的第三個(gè)浮式光伏項(xiàng)目。

公司宣稱這種技術(shù)易于部署，且高度耐用。重量為9.7公斤的浮臺由高密度聚乙烯（HDPE）制成，并含有紫外線吸收劑，其中還包括用于系泊纜繩的部件。浮臺借助2公斤重的橋架相互連接，施工和維護(hù)人員也可將橋架作為通行道。浮臺中心處設(shè)有寬大的開口，有助利用水來冷卻光伏板。

公司在每個(gè)浮臺上安裝起直立的支架，讓光伏面板保持10度傾斜。浮臺外側(cè)布置有一個(gè)腳手架浮臺，作為安裝和維護(hù)系泊繩的操作架。浮臺還通過捆扎帶相互固定在一起，并利用螺栓將太陽能電池板支架固定在浮臺平面上。公司表示，使用捆扎帶可以在短短數(shù)小時(shí)內(nèi)部署好整個(gè)浮式陣列。

這種技術(shù)可以搭載來自不同制造商的60片和72片電池組件。浮臺和捆扎帶都有十年質(zhì)保期。

風(fēng)電葉片與高分子材料
風(fēng)力葉片的設(shè)計(jì)直接影響風(fēng)能的轉(zhuǎn)換率，因而是風(fēng)力發(fā)電中十分重要的一環(huán)。通常情況下，風(fēng)電葉片主要由基體樹脂、增強(qiáng)材料、夾芯材料、結(jié)構(gòu)膠以及表面涂料等構(gòu)成?；w材料包括不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂和乙烯基樹脂等；增強(qiáng)材料有玻璃纖維、碳纖維和天然纖維（竹纖維）等；夾芯材料有PVC 泡沫、PMI泡沫、Balsa（輕木）、san泡沫和竹纖維等。

目前，風(fēng)電葉片大多采用的是玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂或玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂來制作。環(huán)氧樹脂具有良好的力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕性以及尺寸穩(wěn)定性，因此在葉片不斷加長的趨勢之下，許多葉片設(shè)計(jì)公司的基體樹脂漸漸以環(huán)氧樹脂代替了最初使用的不飽和聚酯。

值得關(guān)注的是，近幾年，逐漸有不少公司開始嘗試以聚氨酯來作為制作風(fēng)電葉片的材料。相比之下，聚氨酯風(fēng)電葉片具有以下優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)性強(qiáng)，力學(xué)性能好，能夠平衡葉片強(qiáng)度與韌性間的需求，還能考慮到材料的歷史性能與疲勞性能；效率更高，固化快節(jié)省時(shí)間和生產(chǎn)成本，尤其是在對大尺寸部件的生產(chǎn)時(shí)，能保障生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；兼容性好，與其他材料融合良好。例如：在玻璃纖維與碳纖維的復(fù)合生產(chǎn)中將呈現(xiàn)出更理想的界面結(jié)合力。

風(fēng)電葉片的創(chuàng)新材料
◆ 碳纖維的挑戰(zhàn)與機(jī)遇
碳纖維已經(jīng)成為渦輪機(jī)制造商Vestas Wind Systems A/S（丹麥奧胡斯）和Gamesa technology Corp.（西班牙比斯卡亞）的特色技術(shù)。這兩家公司幾年前就在葉片的特定結(jié)構(gòu)部件中使用碳纖維，并在整個(gè)渦輪系統(tǒng)中利用了重量更輕的葉片。

目前，碳纖維主要用于陸上和海上系統(tǒng)長45米以上的翼梁或結(jié)構(gòu)構(gòu)件。碳纖維較高的剛度和較低的密度允許更薄的葉片輪廓，同時(shí)產(chǎn)生更硬、更輕的葉片。據(jù)測算當(dāng)從全玻璃纖維葉片轉(zhuǎn)換為帶有碳纖維增強(qiáng)翼梁帽的葉片時(shí)，至少可以減輕20%的重量。海上風(fēng)電系統(tǒng)——最小的渦輪機(jī)額定功率為3MW——將特別受益于碳纖維的特性。

但是，使用碳纖維代替玻璃纖維也會給加工帶來了新的挑戰(zhàn)。 碳纖維具有較低的損傷容限，其抗壓強(qiáng)度受纖維排列的影響很大。此外，在真空灌注過程中，模塑機(jī)在實(shí)現(xiàn)纖維濕潤方面遇到了更大的困難。鑒于此，風(fēng)葉制造商傾向于使用更昂貴的預(yù)浸料產(chǎn)品。

Hexcel公司開發(fā)的HexPly單向（UD）碳纖維預(yù)浸料具有專利的網(wǎng)格技術(shù)，可幫助在真空袋處理厚碳纖維UD層壓板時(shí)排除空氣，低空隙率通過確保碳纖維性能轉(zhuǎn)化為層壓板來提高機(jī)械性能。 網(wǎng)格技術(shù)被納入該公司的HexPly M19G碳纖維UD預(yù)浸料，固化速度比Hexcel的標(biāo)準(zhǔn)固化產(chǎn)品快15%到20%，M19G固化所需能量較少，適用于葉殼、翼梁和葉根端部。

◆ 像傷口愈合一樣？新型自修復(fù)復(fù)合材料面市
瑞士的CompPair公司開發(fā)了一系列復(fù)合材料，當(dāng)局部加熱（100°C至150°C）時(shí)，它們可以在短短幾分鐘內(nèi)自我修復(fù)。研究表明，CompPair復(fù)合材料的同一樣品最多可修復(fù)60次，而不會改變其性能，從而可以大大延長產(chǎn)品的使用壽命，減少風(fēng)電場對環(huán)境的影響。

這項(xiàng)全新的技術(shù)是利用了在復(fù)合材料中加入的自修復(fù)劑。當(dāng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)受損后，只需要簡單利用便攜式熱空氣噴槍等裝備，將受損部位材料加熱至150℃，即可在短短的60秒時(shí)間內(nèi)，快速修復(fù)樹脂中出現(xiàn)的裂縫。局部的加熱過程激活了復(fù)合材料內(nèi)部修復(fù)劑，受損部位實(shí)現(xiàn)迅速愈合，并且不會改變結(jié)構(gòu)原有性能，損傷愈合率達(dá)到100%。

這種全新問世的技術(shù)可在各類復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，使用后的效果可使得原有結(jié)構(gòu)壽命延長至少3倍。修復(fù)后的材料基本性能與傳統(tǒng)的復(fù)合材料相同，而抗裂能力可提高到原有結(jié)構(gòu)的1.3倍。

不僅如此，理論上這種材料可以實(shí)現(xiàn)在多次受損后的自修復(fù)。更為重要的是，這項(xiàng)技術(shù)與主流復(fù)合材料制造工藝兼容，因此不需要對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行重組。

但是，這項(xiàng)技術(shù)的使用條件仍然受到一些限制——如果復(fù)合材料結(jié)構(gòu)受到的損傷造成了內(nèi)部纖維的破壞，材料將無法愈合。但由于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷往往首先從樹脂的破裂開始，因此這種利用外部熱量實(shí)現(xiàn)自修復(fù)的自愈系統(tǒng)在大多數(shù)情況下仍然奏效。

◆ 風(fēng)機(jī)葉片的回收處理
風(fēng)機(jī)材料的回收同樣引人注目。從國際上普遍通用的風(fēng)機(jī)回收工藝來看，雖然90%的風(fēng)機(jī)材料能夠?qū)崿F(xiàn)回收利用，但剩下的部分卻面臨著工序復(fù)雜、不可回收的挑戰(zhàn)。英國斯特拉斯克萊德大學(xué)發(fā)布的一項(xiàng)研究顯示，到2030年，全球每年產(chǎn)生的廢棄風(fēng)機(jī)葉片總量預(yù)計(jì)將達(dá)到40萬噸，而到2050年前后，這一數(shù)據(jù)將進(jìn)一步達(dá)到200萬噸。

事實(shí)上，將廢棄風(fēng)機(jī)葉片打碎、混合進(jìn)入水泥并實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用的工藝早已趨于成熟。美國CNBC新聞網(wǎng)援引咨詢公司Quantis的分析稱，將廢棄的風(fēng)機(jī)葉片添加進(jìn)水泥中不僅能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)利用，更能夠減少水泥制造過程中排放的二氧化碳總量，減排幅度可達(dá)27%。

近日，挪威能源企業(yè)Aker海上風(fēng)電公司等多家企業(yè)與英國斯特拉斯克萊德大學(xué)達(dá)成合作協(xié)議，將共同研發(fā)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片回收再利用技術(shù)。根據(jù)Aker海上風(fēng)電與Aker旗下投資子公司共同發(fā)布的公告，雙方將與斯特拉斯克萊德大學(xué)的研究所一同研發(fā)風(fēng)機(jī)葉片材料玻璃增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的回收方法，經(jīng)過熱處理等多種工藝，確保風(fēng)機(jī)葉片中的強(qiáng)化材料質(zhì)量幾乎不受損耗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。

除此以外，“零廢風(fēng)機(jī)”也已成為風(fēng)機(jī)制造業(yè)的研發(fā)方向。早在去年1月，全球風(fēng)機(jī)制造巨頭維斯塔斯就宣稱，將在2040年前生產(chǎn)“零廢風(fēng)機(jī)”。維斯塔斯在公告中表示，“零廢”指的是在風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)、使用、回收、再利用以及復(fù)原的過程中保護(hù)材料和資源，不再需要將風(fēng)機(jī)葉片打碎進(jìn)行焚化或填埋。

不僅如此，老舊風(fēng)機(jī)的改造也成為全球多國積極嘗試的解決方式。標(biāo)普全球普氏報(bào)道稱，英國風(fēng)電開發(fā)商Greencoat將旗下風(fēng)電場進(jìn)行了改造，在增加約5%左右投資的情況下，將風(fēng)電場的壽命從此前的25年延長至30年。業(yè)內(nèi)分析認(rèn)為，隨著全球風(fēng)電制造技術(shù)不斷更新?lián)Q代，未來新建的風(fēng)電場壽命很可能將提高至30年及以上，部分風(fēng)電開發(fā)商甚至已開始尋求將風(fēng)電場壽命提升至40年左右。