近年来，如何有效应对气候变化，在经济发展和环境保护之间实现平衡，已经成为全球性重要议题之一。在全球碳减排的趋势下，2020年12月12日，国家主席习近平在气候雄心峰会上通过视频发表题为《继往开来，开启全球应对气候变化新征程》的重要讲话，宣布中国国家自主贡献一系列新举措：在2020年9月宣布“力争2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”计划的基础之上，习近平进一步宣布，到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。

不仅如此，在今年三月召开的两会期间，“碳达峰、碳中和”再次成为热议话题，并且首次被写入“十四五规划”纲要，成为中央和地方的重要战略目标和任务。在此背景下，国内风电、光伏都步入了典型的供给创造需求阶段，技术降本将刺激更多的需求涌现。从经济性的角度，目前阶段国内更大规模地发展光伏、风电正当时。

去年10月14日，在北京召开的“2020北京风能大会”上，400多家风电企业史上首度发起联合宣言，确定了2060年之前风电发展的“路线图”。宣言保证，将年均新增风电装机5000万千瓦以上。2025年后，中国风电年均新增装机容量应不低于6000万千瓦，到2030年至少达到8亿千瓦，到2060年至少达到30亿千瓦。

中国国家能源局公布2020年太阳能发电新增装机数据48.2GW，创近三年新高；扣除前三季太阳能新增装机数据18.7GW，意味第四季安装量达29.5GW。分析师指出，中国太阳能行业新增装机已连续8年位居全球第一，未来5年还将继续呈现爆发式增长。

光伏产业背后的高分子材料
光伏产业链包括硅料、铸锭（拉棒）、切片、电池片、电池组件、应用系统等6个环节。上游为硅料、硅片环节；中游为电池片、电池组件环节；下游为应用系统环节。从全球范围来看，产业链6个环节所涉及企业数量依次大幅增加，光伏市场产业链呈金字塔形结构。

在光伏产业链中，光伏组件与电气配套和高分子材料的关系最为密切。硅片是用来生产太阳能电池的基础材料，也是核心部件。但是如果这个核心部件没有高分子材料进行保护，就会变得不堪一击；而没有电气配套，太阳能电池空有一身本事，却不能形成一个系统。

光伏模组中的封装胶膜、背板就是提供保护的材料，它们是由氟材料、EVA、PET、POE等组成，然后由有机硅等材料进行密封。而电气配套是指接线盒、线缆、连接器等，有了这些零部件，电流才能真正被利用起来，这可少不了工程塑料如PPO、PA66、PC，以及线缆材料PE、EVA等的助力。此外，面板材料目前是用的玻璃，也有尝试采用高分子材料，而铝合金边框也可用高性能塑料替代。

在光伏电气配套中，光伏接线盒是介于太阳能电池组件构成的太阳能电池方阵和太阳能充电控制装置之间的连接装置，其主要作用是连接和保护太阳能光伏组件，将太阳能电池产生的电力与外部线路连接，传导光伏组件所产生的电流。是集电气设计、机械设计和材料应用于一体的综合性产品，主要作用是连接和保护太阳能光伏组件，传导光伏组件所产生的电流，为用户提供太阳能光伏组件的组合连接方案。

光伏接线盒需采用抗冲击性强的注塑材料生产零部件。需能满足低温冲击-40度环境中储存5小时后使用1J能量进行冲击试验要求，且试验后连接器不应出现其影响正常使用和安全的损坏。PPO具有耐高温、低吸水、良好的电绝缘性，出色的耐候性等特点，经过改性后是制造太阳能光伏接线盒部件的理想材料。

在电站中有很多地方需要接口，组件、接线盒、逆变器、汇流箱等都需要一个设备连接器。每个接线盒用一对连接器，每个汇流箱用到的数量和设计有关，一般8对到16对，而逆变器用到2对到4对或者更多，同时，在最后搭建电站的过程中也要用一定数量的连接器。连接器需采用抗冲击性强的注塑材料生产零部件。需能满足低温冲击-40度环境中储存5小时后使用1J能量进行冲击试验要求，且试验后连接器不应出现其影响正常使用和安全的损坏。目前主要用的是共聚PC改性料。

螺母材料关键要求包括：阻燃要求UL 94 V0，绝缘性能（绝缘击穿强度和表面电阻率）要求较高，吸湿性低，对电气及尺寸稳定性影响极小，表面光泽好。目前主要用改性PA66进行生产。

光伏产业的创新材料
◆ 陶氏公司ENGAGE PV POE助力双面组件高可靠性
与目前光伏组件制造商最常用的EVA薄膜材料不同，陶氏利用先进的工艺和产品设计，推出了专用于光伏行业的材料ENGAGE PV POE。在常温条件下，蓝色的ENGAGE PV POE相较于黄色的POE、普通红色的POE，以及黄色的EV，绝缘性能更好，并且这个优势是随着温度的升高而变得更加明显。此外，该系列还具有非常好的水汽透气率，并且可以带来非常优异的抗PID（诱导电势差衰减）性和组件的可靠性，从而带来更低的度电成本和更高的投资回报。

◆ 杜邦推出基于Tedlar®薄膜的透明背板
在今年的2021国际太阳能光伏与智慧能源展览会（SNEC 2021）上，杜邦公司着力推广基于Tedlar® 薄膜的透明背板。据悉，该款透明背板可通过释放光伏组件中的水汽以及封装材料降解产生的乙酸。Tedlar®透明背板双面组件最多可减重30%。透明Tedlar®薄膜的疏水特性也使双面组件背面易于清洁。此外，使用透明背板的双面组件制造可以沿用现有的生产设备和成熟的制造工艺，生产良率和设备产能高。

与双玻组件相比，使用Tedlar®透明背板的双面组件重量更轻，运行温度更低。在宽幅方面，Tedlar®透明背板具有更大的灵活性(尤其针对1.2米以上的宽幅)，可以缓解大组件宽幅玻璃的供应紧张。Tedlar®透明背板可通过红外辐射更好的进行散热，从而使双面组件在更低的温度下高效运行。

◆ SABIC推动浮动式水上光伏技术发展，助力清洁能源合理利用空间
太阳能电站是传统发电站在光伏发电领域的主要形式。一座太阳能电站通常由数百甚至数千块太阳能电池板组成，因此太阳能电站不可避免地需要庞大的空间。

解决这一难题的方法之一就是将太阳能电站建造在水面上，通过使用浮体架台支撑电板，并将所有电板连接在一起。这些浮体架台采用中空结构，由吹塑工艺制成，成本相对较低。可以将其想象为一个由坚固的硬质塑料制成的水床网。这类漂浮式光伏电站合适的选址包括天然湖泊、人造水库以及废弃的矿井和坑洞等。

对此，SABIC已经开发了适用于水上浮体架台的聚乙烯和聚丙烯牌号以及基于这些材料的化合物，可保证水面上的浮体架台在长期使用中稳固地支撑太阳能电板。这些材料对紫外线辐射带来的降解有很强的抵御能力，对于这种应用无疑十分重要。在根据国际标准进行的加速老化测试中，它们的抗环境应力开裂（ESCR）能力超过3000小时，这意味着在现实生活中，它们能持续工作25年以上。此外，这些材料的抗蠕变性也非常高，保证部件在持续的压力下不会拉伸，从而保持浮体架台的牢固性。

目前已安装的水上光伏系统一般使用主浮体和副浮体，其体积从50升到300升不等。这些浮体是用大型挤压-吹塑（EBM）设备生产的。加工商要求树脂具有合适的流动特性（MFR），易于在机器上加工，并需确保各批次的一致性。

终端应用可能要求浮体能耐受低至-60°、高至+80°C的环境温度。除了持续暴露在阳光下的抗紫外线能力外，它们还必须能耐受与水的长期接触，因而需要良好的密闭性，且不能影响水质（即没有浸出风险）。

SABIC专门为水上光伏系统的浮筒开发了高密度聚乙烯牌号SABIC B5308，可满足以上所有加工和使用中的性能要求。该牌号产品已获得多家专业水上光伏系统企业的认可。HDPE B5308是一种多重模态分子量分布的高分子材料，具有特殊的加工和性能特点。它具有出色的ESCR（抗环境应力开裂性）、优异的机械性能、以及能够在韧性和刚度之间实现良好平衡（这在塑料中并不容易实现），并且使用寿命长，易于吹塑成型加工。
随着清洁能源生产压力的加大，SABIC预计浮动式水上光伏电站的装机速度将进一步加快。目前，SABIC已经在日本和中国开展浮动式水上光伏电站项目。

◆ 三井住友建设公司部署自主研发的浮式光伏技术
除了SABIC，在日本四国（Shikoku）岛上香川县的坂出市（Sakaide），日本三井住友建设已在一个农业池塘上部署完成一个2MW的浮式太阳能阵列。 这家公司已为Haisuke浮式太阳能电站争取到采用日本长期保护性电价计划的二十年电价。该项目是三井住友建设迄今为止在日本建造的第三个浮式光伏项目。

公司宣称这种技术易于部署，且高度耐用。重量为9.7公斤的浮台由高密度聚乙烯（HDPE）制成，并含有紫外线吸收剂，其中还包括用于系泊缆绳的部件。浮台借助2公斤重的桥架相互连接，施工和维护人员也可将桥架作为通行道。浮台中心处设有宽大的开口，有助利用水来冷却光伏板。

公司在每个浮台上安装起直立的支架，让光伏面板保持10度倾斜。浮台外侧布置有一个脚手架浮台，作为安装和维护系泊绳的操作架。浮台还通过捆扎带相互固定在一起，并利用螺栓将太阳能电池板支架固定在浮台平面上。公司表示，使用捆扎带可以在短短数小时内部署好整个浮式阵列。

这种技术可以搭载来自不同制造商的60片和72片电池组件。浮台和捆扎带都有十年质保期。

风电叶片与高分子材料
风力叶片的设计直接影响风能的转换率，因而是风力发电中十分重要的一环。通常情况下，风电叶片主要由基体树脂、增强材料、夹芯材料、结构胶以及表面涂料等构成。基体材料包括不饱和聚酯树脂、环氧树脂和乙烯基树脂等；增强材料有玻璃纤维、碳纤维和天然纤维（竹纤维）等；夹芯材料有PVC 泡沫、PMI泡沫、Balsa（轻木）、san泡沫和竹纤维等。

目前，风电叶片大多采用的是玻璃纤维增强聚酯树脂或玻璃纤维增强环氧树脂来制作。环氧树脂具有良好的力学性能、耐化学腐蚀性以及尺寸稳定性，因此在叶片不断加长的趋势之下，许多叶片设计公司的基体树脂渐渐以环氧树脂代替了最初使用的不饱和聚酯。

值得关注的是，近几年，逐渐有不少公司开始尝试以聚氨酯来作为制作风电叶片的材料。相比之下，聚氨酯风电叶片具有以下优点：设计性强，力学性能好，能够平衡叶片强度与韧性间的需求，还能考虑到材料的历史性能与疲劳性能；效率更高，固化快节省时间和生产成本，尤其是在对大尺寸部件的生产时，能保障生产效率和产品质量；兼容性好，与其他材料融合良好。例如：在玻璃纤维与碳纤维的复合生产中将呈现出更理想的界面结合力。

风电叶片的创新材料
◆ 碳纤维的挑战与机遇
碳纤维已经成为涡轮机制造商Vestas Wind Systems A/S（丹麦奥胡斯）和Gamesa technology Corp.（西班牙比斯卡亚）的特色技术。这两家公司几年前就在叶片的特定结构部件中使用碳纤维，并在整个涡轮系统中利用了重量更轻的叶片。

目前，碳纤维主要用于陆上和海上系统长45米以上的翼梁或结构构件。碳纤维较高的刚度和较低的密度允许更薄的叶片轮廓，同时产生更硬、更轻的叶片。据测算当从全玻璃纤维叶片转换为带有碳纤维增强翼梁帽的叶片时，至少可以减轻20%的重量。海上风电系统——最小的涡轮机额定功率为3MW——将特别受益于碳纤维的特性。

但是，使用碳纤维代替玻璃纤维也会给加工带来了新的挑战。 碳纤维具有较低的损伤容限，其抗压强度受纤维排列的影响很大。此外，在真空灌注过程中，模塑机在实现纤维湿润方面遇到了更大的困难。鉴于此，风叶制造商倾向于使用更昂贵的预浸料产品。

Hexcel公司开发的HexPly单向（UD）碳纤维预浸料具有专利的网格技术，可帮助在真空袋处理厚碳纤维UD层压板时排除空气，低空隙率通过确保碳纤维性能转化为层压板来提高机械性能。 网格技术被纳入该公司的HexPly M19G碳纤维UD预浸料，固化速度比Hexcel的标准固化产品快15%到20%，M19G固化所需能量较少，适用于叶壳、翼梁和叶根端部。

◆ 像伤口愈合一样？新型自修复复合材料面市
瑞士的CompPair公司开发了一系列复合材料，当局部加热（100°C至150°C）时，它们可以在短短几分钟内自我修复。研究表明，CompPair复合材料的同一样品最多可修复60次，而不会改变其性能，从而可以大大延长产品的使用寿命，减少风电场对环境的影响。

这项全新的技术是利用了在复合材料中加入的自修复剂。当复合材料结构受损后，只需要简单利用便携式热空气喷枪等装备，将受损部位材料加热至150℃，即可在短短的60秒时间内，快速修复树脂中出现的裂缝。局部的加热过程激活了复合材料内部修复剂，受损部位实现迅速愈合，并且不会改变结构原有性能，损伤愈合率达到100%。

这种全新问世的技术可在各类复合材料结构中应用，使用后的效果可使得原有结构寿命延长至少3倍。修复后的材料基本性能与传统的复合材料相同，而抗裂能力可提高到原有结构的1.3倍。

不仅如此，理论上这种材料可以实现在多次受损后的自修复。更为重要的是，这项技术与主流复合材料制造工艺兼容，因此不需要对生产设备进行重组。

但是，这项技术的使用条件仍然受到一些限制——如果复合材料结构受到的损伤造成了内部纤维的破坏，材料将无法愈合。但由于复合材料结构的损伤往往首先从树脂的破裂开始，因此这种利用外部热量实现自修复的自愈系统在大多数情况下仍然奏效。

◆ 风机叶片的回收处理
风机材料的回收同样引人注目。从国际上普遍通用的风机回收工艺来看，虽然90%的风机材料能够实现回收利用，但剩下的部分却面临着工序复杂、不可回收的挑战。英国斯特拉斯克莱德大学发布的一项研究显示，到2030年，全球每年产生的废弃风机叶片总量预计将达到40万吨，而到2050年前后，这一数据将进一步达到200万吨。

事实上，将废弃风机叶片打碎、混合进入水泥并实现循环使用的工艺早已趋于成熟。美国CNBC新闻网援引咨询公司Quantis的分析称，将废弃的风机叶片添加进水泥中不仅能够实现循环利用，更能够减少水泥制造过程中排放的二氧化碳总量，减排幅度可达27%。

近日，挪威能源企业Aker海上风电公司等多家企业与英国斯特拉斯克莱德大学达成合作协议，将共同研发风力发电机叶片回收再利用技术。根据Aker海上风电与Aker旗下投资子公司共同发布的公告，双方将与斯特拉斯克莱德大学的研究所一同研发风机叶片材料玻璃增强聚合物复合材料的回收方法，经过热处理等多种工艺，确保风机叶片中的强化材料质量几乎不受损耗，进而实现循环使用。

除此以外，“零废风机”也已成为风机制造业的研发方向。早在去年1月，全球风机制造巨头维斯塔斯就宣称，将在2040年前生产“零废风机”。维斯塔斯在公告中表示，“零废”指的是在风机的生产、使用、回收、再利用以及复原的过程中保护材料和资源，不再需要将风机叶片打碎进行焚化或填埋。

不仅如此，老旧风机的改造也成为全球多国积极尝试的解决方式。标普全球普氏报道称，英国风电开发商Greencoat将旗下风电场进行了改造，在增加约5%左右投资的情况下，将风电场的寿命从此前的25年延长至30年。业内分析认为，随着全球风电制造技术不断更新换代，未来新建的风电场寿命很可能将提高至30年及以上，部分风电开发商甚至已开始寻求将风电场寿命提升至40年左右。