CN102576769A - 太阳能电池模块接合结构及太阳能电池模块接合结构的安装方法 - Google Patents
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Abstract
在太阳能电池模块接合结构中，通过至少两种粘合材料(2a、2b)的组合使用，太阳能电池模块(1)经由粘合材料(2)接合至支承构件(3)，所述至少两种粘合材料被设置在相互不同的接合区域中且所具有的弹性模量的温度特性相互不同，粘合材料(2)呈现使得所述粘合材料在较宽的温度范围中不存在剥离的剥离强度。
Description
技术领域
本发明涉及用于将太阳能电池模块接合至屋顶、墙壁、或其他支承构件的接合结构，更具体地涉及太阳能电池模块接合结构及太阳能电池模块接合结构的安装方法，该方法可使用不昂贵的粘合材料来接合该模块。
背景技术
为了在室外安装太阳能电池模块并获取电力，必须将模块紧固至建筑物、支架或其它结构。即，太阳能电池模块必须被安装在金属板、树脂片、木板、混凝土或作为结构的一部分的其他支承构件上。
在使用玻璃板的太阳能电池模块，诸如举例而言单晶硅型太阳能电池模块的情况下，必需有使框架、支架或类似物能承受玻璃重量的安装方法。然而，在使用非晶硅或类似物的薄膜型太阳能电池模块，具体而言是用聚合物膜密封的柔性型太阳能电池模块的情况下，大支架或框架不是必需的。相反，期望的是利用轻质量的这种模块类型的安装手段。
存在其中使用粘合材料安装常规柔性太阳能电池模块的情况。例如，专利文献1公开了使用双面胶带将太阳能电池模块接合至金属屋顶，且该双面胶带设置成使水和湿气不会侵入。专利文献2涉及水平地安装屋顶材料，公开了当使用具有抗水性的双面胶带或粘合剂来紧固太阳能模块时，使用加工有排水孔的胶带。
专利文献1：日本专利申请特许公开No.H6-85306
专利文献2：日本专利申请特许公开No.2005-213926
在柔性太阳能电池模块的情况下，众所周知，将上述粘合物作为利用轻质量模块的安装手段对于执行的简便性是特别有利的。
然而，市场上可购买的双面胶带不满足关于太阳能电池模块与支承构件的粘合性质、以及材料成本的要求。一般而言，双面粘合胶带在核心构件的两面都具有粘合层，该粘合层称为泡沫材料，诸如聚乙烯泡沫体、聚氨酯泡沫体、丙烯酸泡沫体以及类似物，且该胶带被切割为大约数十毫米的宽度且在插入有防粘纸张的情况下卷绕。图6示出设置在常规太阳能电池模块的背面的粘合片的示意图；图7示出当通过常规技术获得的柔性太阳能电池模块被固定至支承构件时的太阳能电池模块结构的横截面的示意图。
具有粘合性质的粘合材料2必须具有合适的弹性以便于缓冲源自太阳能电池模块1和支承构件3的不同热膨胀率的尺寸变化的差异、以及当太阳能电池模块1和支承构件3组合时引起的结构形变所产生的应变和类似物，从而避免粘合界面处的损坏。
一般而言，低温时含有聚合物的粘合材料具有减少的分子运动且更硬，且变得像玻璃。在此情况下，失去了粘合材料所需要的柔性，通过形变提供粘合性质的正常功能消失了，且在太阳能电池模块1和粘合材料的界面处、或支承构件3和粘合材料的界面处，易于发生瞬时脱落的现象。“瞬时脱落”是指在发生震动或类似情况时，由于较高的储能弹性模量，即，在温度的影响下粘合材料变得像玻璃且坚固，而立刻发生大面积脱落。
进一步地，在高温时粘性增加，变得像胶水，所以当太阳能电池模块1和支承构件3移动时，粘合材料承受形变但不具有回复成其原始形状的弹性，且所以在粘合材料内部发生称为内聚破坏的一类故障。因此为了施加形变的回复力，重要的是在使用太阳能电池模块1的温度范围上呈现出橡胶弹性。通过粘合太阳能电池模块1和支承构件3获得的结构所要求的温度范围较宽，从-20℃到85℃，且没有找到单种材料满足在此范围上的长期粘附力要求。
另一方面，湿固化类型的粘合剂(其中硅烷是代表)、以及反应固化类型的粘合剂(其中环氧树脂是代表)，具有在较宽温度范围上的稳定的粘合性质，不过在很多情况下呈现出与价格和易于执行相关的问题。具体地，两种液体类型的粘合剂经常需要调整混合比例以及其他技术作业。
在专利文献1中，公开了固定双面胶带的一种方法；不过相对于太阳能电池的面积，双面胶带的安装面积较小，且另外，双面胶带不安装在太阳能电池的隅角部，且因此可能无法获得足够的粘合强度，且另外存在这样的担心：不可避免由于强风引起的从隅角部的脱落。
专利文献2也采用了双面胶带的粘合，不过相比太阳能电池的面积双面胶带的面积较小。进一步地，通过省略一般被设置在隅角部的胶带来实现排水孔，且没有考虑隅角部。
发明内容
相关于这些问题，本发明的目的是提供太阳能电池模块接合结构以及使用低成本粘合片的安装方法，其中在利用粘合片特性的情况下执行向太阳能电池模块和支承构件的固定，且其中既实现了在较宽温度范围上的足够粘合性质、也实现了低成本。
为了实现此目的，本发明的其中经由粘合材料将柔性太阳能电池模块接合至金属板、树脂片、瓦片、模板、混凝土、或其他支承构件的结构表征为，粘合材料包括被设置在相互不同的接合区域中、且所具有的弹性模量的温度特性相互不同的至少两种粘合材料。
优选的是，该粘合材料是压敏型粘合片，且更优选的是该粘合材料之一在-20℃到85℃的温度范围内呈现出0.001MPa到1.0MPa的储能弹性模量，这是太阳能电池模块结构所要求的。进一步地，为了防止从该太阳能电池模块的隅角部脱落，优选的是在背面侧设置在隅角部中的粘合材料，相比设置在其他部分中的粘合材料，在相对更低的温度呈现橡胶弹性区域。
通过本发明的太阳能电池模块的接合结构，可实现柔性太阳能电池模块与支承构件的接合，其中在较宽温度范围上防止从隅角部的脱落、且此外不会发生太阳能电池模块位置的偏移。
附图简述
图1是本发明的第一个示例中的太阳能电池模块的示意性背面示图，示出粘合片的布置；
图2是沿图1中A-A’的截面视图；
图3是对应于图2的示意性截面视图，示出其中太阳能电池模块被接合至支承构件的本发明结构；
图4是本发明的第二个示例中的太阳能电池模块的示意性背面示图，示出粘合片的布置；
图5是本发明的第三个示例中的太阳能电池模块的示意性背面示图，示出粘合片的布置；
图6是现有技术的太阳能电池模块的示意性背面示图，示出粘合片的布置；以及
图7是示出其中太阳能电池模块被接合至支承构件的现有技术结构的示意性截面视图。
用于实现本发明的最佳模式
在下文中，对本发明的优选实施例进行了说明。
图1到图3是通过实现本发明而获得的柔性太阳能电池模块的粘合片布置、截面视图、以及其被固定至支承构件的截面视图。此处，具有粘合功能的片状粘合材料2a和2b被设置在柔性太阳能电池模块1和支承构件3之间，从而构成太阳能电池模块叠层结构。在太阳能电池模块1中，用热层合结构(thermal laminate)包封太阳能电池4。
具有粘合功能的片状粘合材料2a和2b没有间隙地被设置在柔性太阳能电池模块1和支承构件2之间；设置在太阳能电池模块的隅角部中的低温粘合片2a相比高温粘合片2b在相对较低的温度范围中呈现出橡胶弹性区域。此处，在该太阳能电池模块所要求的-20℃到85℃的温度范围内，具有粘合功能的片状材料2a和2b中的至少一个呈现出0.001MPa到1.0MPa的储能弹性模量。
低温粘合材料2a表征为，主要在低温度区域中不会容易变成像玻璃一样，而是呈现出橡胶弹性。具体地，在-30℃到70℃，且期望地在-20℃到60℃，储能弹性模量从0.001MPa到1.0MPa，且更优选地为0.01MPa到1.0MPa。
高温粘合材料2b表征为，主要在高温度区域中不会容易变成像胶水一样，而是呈现出橡胶弹性。具体地，在-10℃到100℃，且期望地在0℃到90℃，储能弹性模量为从0.001MPa到1.0MPa，且更优选地为0.01MPa到1.0MPa。
在图1中，通过在周边设置低温粘合材料2a，可防止由于在低隅角处粘合物变得像玻璃一样而从太阳能电池模块1的外围周边和隅角部的瞬时脱落。此处，“瞬时脱落”是指在震动或类似情况发生时，由于粘合材料的较高储能弹性模量，即，在温度影响下粘合材料变得像玻璃且变硬，而立刻发生的大面积脱落。
在低温下，通过低温粘合材料2a可防止从周边的脱落，从而可将高温粘合片2b设置在内部而不会发生问题。
另一方面，在高温下，设置在周边的低温粘合片2a有粘性，从而“瞬时脱落”不会发生。并且，设置在内部的高温粘合片2b可防止由于粘合材料的内聚破坏引起的太阳能电池模块的位置变化，从而在位于周边的低温粘合片2a中不发生太阳能电池模块的位置偏移，且可维持该形状。
太阳能电池模块可使用聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、含氟树脂、聚酯树脂、或者其他聚合物材料、或者金属材料，作为称为背面的粘合面一侧的材料。
支承构件3可以是刚性的、或者可以是柔性的；可使用金属板、树脂片、瓦片、模板、混凝土、或者类似物。这些表面可用不同于主要材料的材料来覆盖。
太阳能电池模块1和支承构件3的表面都可进行处理，其中可对其施加采用电晕放电、等离子体或类似物、或底漆的表面处理，从而增强具有粘合性质的片状材料2a和2b的粘合力。
可使用压敏类型的粘合片作为具有粘合性质的片状材料2a和2b。可使用基于丁基橡胶的材料、基于发泡丙烯酸的材料、基于溶剂干燥类型丙烯酸的材料、基于发泡聚乙烯的材料、基于发泡聚亚安酯的材料、及其类似物；作为不昂贵的片状材料，基于丁基橡胶的材料是合乎需要的。
示例
呈现示例以及比较示例来进一步解释本发明。
太阳能电池模块叠层结构所要求的温度范围是-20℃到85℃。与基于安装环境等的要求方面所设置的粘合强度相关的目标值为1.2N/cm2的剥离强度、以及3.0N/cm2的剪切强度。
(示例1)
图1到图3是一优选模式，作为示例1而进行说明。
使用厚度为0.85mm的柔型太阳能电池模块。接合面一侧上的材料是乙烯-四氟乙烯共聚物，其表面是经等离子体处理的。支承构件是施加有2.0mm厚氟涂层的Galvalume钢片。
可使用厚度为0.6mm的片状压敏型丁基橡胶发泡粘合片作为具有粘合性质的材料。
低温丁基橡胶粘合片在-20℃和70℃之间的温度处呈现出从0.001MPa到1.0MPa的储能弹性模量，且满足1.2N/cm2的剥离强度和3.0N/cm2的剪切强度的要求。高温丁基橡胶粘合片在0℃和90℃之间的温度处呈现出从0.001MPa到1.0MPa的储能弹性模量，且具有1.3N/cm2到8.0N/cm2的剥离强度以及3.2N/cm2到20.0N/cm2的剪切强度，从而满足1.2N/cm2的剥离强度和3.0N/cm2的剪切强度的目标值的要求。
太阳能电池模块1的尺寸是长度2000mm和宽度500mm。首先，如图1中所示地在作为太阳能电池模块的背面的乙烯-四氟乙烯共聚物面上设置丁基橡胶粘合片。低温粘合片的宽度为20mm到50mm是合乎需要的。
使用称为橡胶滚轴的聚丙烯或其他材料的抹刀将粘合片充分地压合在模块背面，并固定住以使空气不能侵入。然后剥开粘合片的防粘纸片，使用25kg收缩辊压在作为支承构件的涂覆有氟的Galvalume不锈钢片上，从而不存在由于空气侵入而引起的保持未固定的部分，且视觉地确认未留有未固定的部分。
在将模块放置在室温三天以上之后，该模块以30的安装角度经受室外暴露测试(向南暴露)。在此示例中，在室内执行固化，不过在室外执行固化也没有问题。
(示例2)
使用与示例1相同的太阳能电池模块1和支承构件3。
在太阳能电池模块1的背面上丁基橡胶粘合片的布置如图4中所示。
粘合片的固定、固化以及室外暴露测试都和示例1中的一样。
(示例3)
使用与示例1相同的太阳能电池模块1和支承构件3。
在太阳能电池模块1的背面上丁基橡胶粘合片的布置如图5中所示。
粘合片的固定、固化以及室外暴露测试都和示例1中的一样。
(比较示例1)
作为比较示例，描述了其中使用单个常规低温粘合片的示例。
使用与示例1相同的太阳能电池模块1和支承构件3。
在太阳能电池模块1的背面上丁基橡胶粘合片的布置如图6(a)中所示。
粘合片的固定和固化以及室外暴露测试都和示例1中的一样。
(比较示例2)
作为比较示例，描述了其中使用单个常规高温粘合片的示例。
使用与示例1相同的太阳能电池模块和支承构件。
在太阳能电池模块1的背面上丁基橡胶粘合片的布置如图6(b)中所示。
粘合片的固定和固化以及室外暴露测试都和示例1中的一样。
表1汇总了在示例1到3和比较示例1和2中，在一年的室外暴露测试之后模块的位置偏移的量、以及对粘合片的中央部分的剥离的视觉观察结果。
表1
室外暴露测试的结果显示，在示例1和2中，太阳能电池模块结构中太阳能电池模块的位置没有偏移，且隅角部没有剥离。在示例3的太阳能电池模块结构中隅角部没有剥离。太阳能电池模块的位置与初始阶段的位置有偏移，不过位置偏移为1mm或更少。由于自太阳能电池模块原始阶段起的所允许位置偏移的范围是5mm或更少，此偏移落在范围内，因此继续使用是可能的。
在比较示例1中，使得低温粘合片在整个面上粘合，所以隅角部没有剥离，不过太阳能电池模块的位置从初始阶段的位置移动了10mm，从而继续使用被判断为不可能。在比较示例2中，使得高温粘合片在整个面上粘合，所以从初始阶段起太阳能电池模块的位置没有偏移，不过观察到太阳能电池模块隅角部处的剥离，且持续使用不可能。
附图标记说明
1 太阳能电池模块
2 具有粘合功能的片状材料
2a 具有粘合功能的片状材料：低温粘合片
2b 具有粘合功能的片状材料：高温粘合片
3 支承构件
4 太阳能电池
Claims (10)
1.一种太阳能电池模块接合结构，其中太阳能电池模块经由粘合材料接合至支承构件，其特征在于
所述粘合材料包括被设置在相互不同的接合区域中、且弹性模量的温度特性相互不同的至少两种粘合材料。
2.如权利要求1所述的太阳能电池模块接合结构，其特征在于，所述至少两种粘合材料是压敏型粘合片。
3.如权利要求2所述的太阳能电池模块接合结构，其特征在于，所述粘合材料之一在-20℃到85℃的温度范围内呈现出0.001MPa到1.0MPa的储能弹性模量。
4.如权利要求2或3所述的太阳能电池模块接合结构，其特征在于
所述接合区域之一包括位于所述太阳能电池板模块的背面侧的隅角部，以及
在所述背面侧设置在所述隅角部中的粘合片，相比设置于另一个接合区域中的粘合片，在相对较低温度下呈现出橡胶弹性区域。
5.如权利要求1所述的太阳能电池模块接合结构，其特征在于，所述支承构件包括金属板、树脂片、瓦片、木板、或混凝土。
6.一种安装太阳能电池模块的方法，通过所述方法所述太阳能电池板模块被接合至支承构件，
所述方法包括：
制备弹性模量的温度特性相互不同的至少两个粘合材料；以及
在所述太阳能电池模块的不同区域中设置所述粘合材料以便将其接合。
7.如权利要求6所述的安装太阳能电池模块的方法，其特征在于，所述粘合材料是压敏型粘合片。
8.如权利要求7所述的安装太阳能电池模块的方法，其特征在于，所述粘合材料之一在-20℃到85℃的温度范围内呈现出0.001MPa到1.0MPa的储能弹性模量。
9.如权利要求7或8所述的安装太阳能电池模块的方法，其特征在于
所述接合区域中的任一个包括所述太阳能电池板模块的背面侧的隅角部，以及
在所述背面侧设置在所述隅角部中的粘合片，相比设置于另一个接合区域中的粘合片，在相对较低温度处呈现出橡胶弹性区域。
10.如权利要求6所述的安装太阳能电池模块的方法，其特征在于，所述支承构件包括金属板、树脂片、瓦片、木板、或混凝土。
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