近年來，如何有效應對氣候變化，在經濟發(fā)展和環(huán)境保護之間實現平衡，已經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，開啟全球應對氣候變化新征程》的重要講話，宣布中國國家自主貢獻一系列新舉措：在2020年9月宣布“力爭2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”計劃的基礎之上，習近平進一步宣布，到2030年，中國單位國內生產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比重將達到25%左右，森林蓄積量將比2005年增加60億立方米，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到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)略目標和任務。在此背景下，國內風電、光伏都步入了典型的供給創(chuàng)造需求階段，技術降本將刺激更多的需求涌現。從經濟性的角度，目前階段國內更大規(guī)模地發(fā)展光伏、風電正當時。

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

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

光伏產業(yè)背后的高分子材料
光伏產業(yè)鏈包括硅料、鑄錠（拉棒）、切片、電池片、電池組件、應用系統(tǒng)等6個環(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)；下游為應用系統(tǒng)環(huán)節(jié)。從全球范圍來看，產業(yè)鏈6個環(huán)節(jié)所涉及企業(yè)數量依次大幅增加，光伏市場產業(yè)鏈呈金字塔形結構。

在光伏產業(yè)鏈中，光伏組件與電氣配套和高分子材料的關系最為密切。硅片是用來生產太陽能電池的基礎材料，也是核心部件。但是如果這個核心部件沒有高分子材料進行保護，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，卻不能形成一個系統(tǒng)。

光伏模組中的封裝膠膜、背板就是提供保護的材料，它們是由氟材料、EVA、PET、POE等組成，然后由有機硅等材料進行密封。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太陽能光伏組件，將太陽能電池產生的電力與外部線路連接，傳導光伏組件所產生的電流。是集電氣設計、機械設計和材料應用于一體的綜合性產品，主要作用是連接和保護太陽能光伏組件，傳導光伏組件所產生的電流，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的注塑材料生產零部件。需能滿足低溫沖擊-40度環(huán)境中儲存5小時后使用1J能量進行沖擊試驗要求，且試驗后連接器不應出現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，經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設備連接器。每個接線盒用一對連接器，每個匯流箱用到的數量和設計有關，一般8對到16對，而逆變器用到2對到4對或者更多，同時，在最后搭建電站的過程中也要用一定數量的連接器。連接器需采用抗沖擊性強的注塑材料生產零部件。需能滿足低溫沖擊-40度環(huán)境中儲存5小時后使用1J能量進行沖擊試驗要求，且試驗后連接器不應出現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。

螺母材料關鍵要求包括：阻燃要求UL 94 V0，絕緣性能（絕緣擊穿強度和表面電阻率）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進行生產。

光伏產業(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，陶氏利用先進的工藝和產品設計，推出了專用于光伏行業(yè)的材料ENGAGE PV POE。在常溫條件下，藍色的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。

◆ 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有的生產設備和成熟的制造工藝，生產良率和設備產能高。

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緊張。Tedlar?透明背板可通過紅外輻射更好的進行散熱，從而使雙面組件在更低的溫度下高效運行。

◆ SABIC推動浮動式水上光伏技術發(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)電領域的主要形式。一座太陽能電站通常由數百甚至數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構，由吹塑工藝制成，成本相對較低?？梢詫⑵湎胂鬄橐粋€由堅固的硬質塑料制成的水床網。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的抵御能力，對于這種應用無疑十分重要。在根據國際標準進行的加速老化測試中，它們的抗環(huán)境應力開裂（ESCR）能力超過3000小時，這意味著在現實生活中，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）設備生產的。加工商要求樹脂具有合適的流動特性（MFR），易于在機器上加工，并需確保各批次的一致性。

終端應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（即沒有浸出風險）。

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。該牌號產品已獲得多家專業(yè)水上光伏系統(tǒng)企業(yè)的認可。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。它具有出色的ESCR（抗環(huán)境應力開裂性）、優(yōu)異的機械性能、以及能夠在韌性和剛度之間實現良好平衡（這在塑料中并不容易實現），并且使用壽命長，易于吹塑成型加工。
隨著清潔能源生產壓力的加大，SABIC預計浮動式水上光伏電站的裝機速度將進一步加快。目前，SABIC已經在日本和中國開展浮動式水上光伏電站項目。

◆ 三井住友建設公司部署自主研發(fā)的浮式光伏技術
除了SABIC，在日本四國（Shikoku）島上香川縣的坂出市（Sakaide），日本三井住友建設已在一個農業(yè)池塘上部署完成一個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性電價計劃的二十年電價。該項目是三井住友建設迄今為止在日本建造的第三個浮式光伏項目。

公司宣稱這種技術易于部署，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，施工和維護人員也可將橋架作為通行道。浮臺中心處設有寬大的開口，有助利用水來冷卻光伏板。

公司在每個浮臺上安裝起直立的支架，讓光伏面板保持10度傾斜。浮臺外側布置有一個腳手架浮臺，作為安裝和維護系泊繩的操作架。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小時內部署好整個浮式陣列。

這種技術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保期。

風電葉片與高分子材料
風力葉片的設計直接影響風能的轉換率，因而是風力發(fā)電中十分重要的一環(huán)。通常情況下，風電葉片主要由基體樹脂、增強材料、夾芯材料、結構膠以及表面涂料等構成?；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，風電葉片大多采用的是玻璃纖維增強聚酯樹脂或玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂來制作。環(huán)氧樹脂具有良好的力學性能、耐化學腐蝕性以及尺寸穩(wěn)定性，因此在葉片不斷加長的趨勢之下，許多葉片設計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電葉片的材料。相比之下，聚氨酯風電葉片具有以下優(yōu)點：設計性強，力學性能好，能夠平衡葉片強度與韌性間的需求，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)省時間和生產成本，尤其是在對大尺寸部件的生產時，能保障生產效率和產品質量；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合生產中將呈現出更理想的界面結合力。

風電葉片的創(chuàng)新材料
◆ 碳纖維的挑戰(zhàn)與機遇
碳纖維已經成為渦輪機制造商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。這兩家公司幾年前就在葉片的特定結構部件中使用碳纖維，并在整個渦輪系統(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米以上的翼梁或結構構件。碳纖維較高的剛度和較低的密度允許更薄的葉片輪廓，同時產生更硬、更輕的葉片。據測算當從全玻璃纖維葉片轉換為帶有碳纖維增強翼梁帽的葉片時，至少可以減輕20%的重量。海上風電系統(tǒng)——最小的渦輪機額定功率為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，其抗壓強度受纖維排列的影響很大。此外，在真空灌注過程中，模塑機在實現纖維濕潤方面遇到了更大的困難。鑒于此，風葉制造商傾向于使用更昂貴的預浸料產品。

Hexcel公司開發(fā)的HexPly單向（UD）碳纖維預浸料具有專利的網格技術，可幫助在真空袋處理厚碳纖維UD層壓板時排除空氣，低空隙率通過確保碳纖維性能轉化為層壓板來提高機械性能。 網格技術被納入該公司的HexPly M19G碳纖維UD預浸料，固化速度比Hexcel的標準固化產品快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？新型自修復復合材料面市
瑞士的CompPair公司開發(fā)了一系列復合材料，當局部加熱（100°C至150°C）時，它們可以在短短幾分鐘內自我修復。研究表明，CompPair復合材料的同一樣品最多可修復60次，而不會改變其性能，從而可以大大延長產品的使用壽命，減少風電場對環(huán)境的影響。

這項全新的技術是利用了在復合材料中加入的自修復劑。當復合材料結構受損后，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秒時間內，快速修復樹脂中出現的裂縫。局部的加熱過程激活了復合材料內部修復劑，受損部位實現迅速愈合，并且不會改變結構原有性能，損傷愈合率達到100%。

這種全新問世的技術可在各類復合材料結構中應用，使用后的效果可使得原有結構壽命延長至少3倍。修復后的材料基本性能與傳統(tǒng)的復合材料相同，而抗裂能力可提高到原有結構的1.3倍。

不僅如此，理論上這種材料可以實現在多次受損后的自修復。更為重要的是，這項技術與主流復合材料制造工藝兼容，因此不需要對生產設備進行重組。

但是，這項技術的使用條件仍然受到一些限制——如果復合材料結構受到的損傷造成了內部纖維的破壞，材料將無法愈合。但由于復合材料結構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現自修復的自愈系統(tǒng)在大多數情況下仍然奏效。

◆ 風機葉片的回收處理
風機材料的回收同樣引人注目。從國際上普遍通用的風機回收工藝來看，雖然90%的風機材料能夠實現回收利用，但剩下的部分卻面臨著工序復雜、不可回收的挑戰(zhàn)。英國斯特拉斯克萊德大學發(fā)布的一項研究顯示，到2030年，全球每年產生的廢棄風機葉片總量預計將達到40萬噸，而到2050年前后，這一數據將進一步達到200萬噸。

事實上，將廢棄風機葉片打碎、混合進入水泥并實現循環(huán)使用的工藝早已趨于成熟。美國CNBC新聞網援引咨詢公司Quantis的分析稱，將廢棄的風機葉片添加進水泥中不僅能夠實現循環(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27%。

近日，挪威能源企業(yè)Aker海上風電公司等多家企業(yè)與英國斯特拉斯克萊德大學達成合作協議，將共同研發(fā)風力發(fā)電機葉片回收再利用技術。根據Aker海上風電與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的研究所一同研發(fā)風機葉片材料玻璃增強聚合物復合材料的回收方法，經過熱處理等多種工藝，確保風機葉片中的強化材料質量幾乎不受損耗，進而實現循環(huán)使用。

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

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