CN103410276B - 一种屋面光伏防水卷材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种屋面光伏防水卷材，为层状结构，由内至外依次包括防水卷材基材、柔性薄膜光伏电池组件、膜层和涂料层。本发明还公开了一种制备屋面光伏防水卷材的方法，包括如下步骤：（1）防水卷材基材的制备：将防水卷材基材表面的一侧清理干净备用；（2）光伏电池组件的制备：将表面用含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物膜封装的柔性薄膜光伏电池组件正面涂覆纳米级有机硅丙烯酸涂料或纳米级氟碳涂料；（3）合并封装：按照柔性薄膜光伏电池组件、西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂、防水卷材基材的顺序依次层叠，经过辊压和层压机抽真空处理，使各层组件紧密粘合，即得产品。本发明所述制备方法简单，成本低，衬底的选择余地大，适宜大面积工业化生产。

Description

一种屋面光伏防水卷材及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑节能和光电建筑领域，涉及一种应用于光伏建筑一体化建筑的光伏建材，具体涉及一种屋面光伏防水卷材及其制备方法。

背景技术

传统的屋面仅仅是遮风避雨的功能，长期的日晒雨淋造成建筑屋面防水层老化破坏，它既降低了建筑物的使用功能，减少了建筑的使用寿命，又浪费了大量的阳光资源。如何使太阳光对建筑的不利影响改变为有利作用，将太阳光转变为取之不竭的可再生能源，满足绿色建筑对屋面防水、延长建筑使用寿命和自发自用所需电力的需求，已成为光电建筑领域的重要研究内容。

屋面是太阳能利用最为方便有效的场合，是光伏发电在建筑上的首选位置。目前屋面光伏发电主要采取安装晶硅光伏电池板的形式，晶硅光伏电池板安装在建筑屋面上通常有两种固定方式：一种是利用自重或增加压重，直接安放在屋面上，由于荷载大，在轻型屋面和大跨度屋面上无法应用，另外在外露防水屋面上也不易应用，因为斜置的压重电池板的分力会对屋面外露卷材产生正压力，长期作用会破坏屋面防水层；另一种固定方式是固定件穿透屋面卷材防水层，和屋面结构层固定，这样会破坏防水层，有渗透隐患，不符合防水的基本原则。以上两种固定方法都存在风揭等安全隐患。晶硅光伏电池板安装系统除存在对防水层的破坏外，还存在增加建筑承重和高层风揭风险，影响建筑美观等不利因素。

非晶硅等太阳能光伏薄膜电池组件的属于第二代光伏电池，它有如下技术特点：1、质轻体薄；2、柔韧性好、可绕曲，适合于各种特殊异性表面；3、弱光、散射光、漫射光吸收能力强；4、铺装简便易行，可与任何基底复合粘结。目前已有相关技术将非晶硅等柔性太阳能光伏薄膜电池组件在防水屋面现场与TPO、EPDM、三元乙丙橡胶防水卷材或热塑性聚烯烃类防水卷材改性沥青等防水卷材相粘结，形成光伏防水卷材屋面，但这种工艺存在现场操作复杂，质量受环境和人为因素影响大，综合费用高等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种屋面光伏防水卷材及其制备方法，所述屋面光伏防水卷材既可以作为防水卷材，又可以进行光伏发电，为符合光伏建筑一体化要求的功能性光伏建材部品。

一种屋面光伏防水卷材，所述屋面光伏防水卷材为层状结构，由内至外依次包括防水卷材基材、柔性薄膜光伏电池组件、膜层和涂料层。

本发明所述的屋面光伏防水卷材，其中所述防水卷材基材为三元乙丙橡胶防水卷材或热塑性聚烯烃类防水卷材。

三元乙丙橡胶防水卷材系以三元乙丙橡胶掺入适量的丁基橡胶、硫化剂、促进剂、软化剂和补强剂等，经密炼、拉片过滤、挤出成型等工序加工而成。该防水卷材有优异的耐气候性，耐老化性，而且抗拉强度高、延伸率大，对基层伸缩或开裂的适应性强，重量轻，使用温度范围宽（在－40～＋80℃范围内可以长期使用），是一种高效防水材料。它还可冷施工，操作简便，减少环境污染，改善工人的劳动条件，三元乙丙橡胶防水卷材属高档防水材料，适用于屋面工程作单层外露防水，也适用于有保护层的屋面防水工程。

热塑性聚烯烃类防水卷材，是以采用先进的聚合技术将乙丙橡胶与聚丙烯结合在一起的热塑性聚烯烃合成树脂为基料，加入抗氧剂、防老剂、软化剂制成的新型防水卷材，其用聚酯纤维网格布做内部增强材料制成增强型防水卷材，属合成高分子防水卷材类防水产品。该类防水卷材具有良好的耐候能力、低温柔度和可焊接特性，该产品在常温显示出橡胶高弹性，在高温下又能像塑料一样成型。因此具有良好的加工性能和力学性能，并且具有高强焊接性能，而且在材料中间加设一层聚酯纤维织物后，可增强其物理性能、提高其断裂强度、抗疲劳、抗穿刺能力。

本发明所述的屋面光伏防水卷材，其中所述防水卷材基材为单层结构，厚度为：1.2mm～2.0mm。与沥青防水卷材等多层屋面防水系统相比，单层防水卷材屋面防水系统更具柔软性和延伸性，由于减少了屋面防水构造层次，单层屋面易于设计、施工，更加节约资源、减少成本和提高工效。由于采用了机械固定方法，单层防水卷材屋面可以进行防水保温一体化施工，这些是其他类型屋面所不具备的优点；其次，单层防水卷材屋面节点部位的防止漏水性能优于刚性节点屋面。

本发明所述的屋面光伏防水卷材，其中所述柔性薄膜光伏电池组件为非晶硅柔性太阳能薄膜电池、铜铟钾硒薄膜太阳能电池、锑化镉薄膜太阳能电池，染料敏化电池或有机薄膜电池。

本发明所述的屋面光伏防水卷材，其中所述膜层为含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物膜（ETFE），厚度为250um。该封装膜特有的自洁性表面使其具有高抗污、易清洗、耐气候性好的特点，通常雨水就可以清除膜层表面的主要污染物。

本发明所述的屋面光伏防水卷材，其中所述涂料层为纳米级有机硅改性丙烯酸涂料或纳米级氟碳涂料，厚度为30～70um。有机硅改性丙烯酸树脂的合成过程中使用了大量的硅元素，因此具有很强的抗紫外线能力和超长的耐久性。所述纳米级有机硅改性丙烯酸涂料既具有良好的表面强度，又具有极佳的耐水性，同时还具有较高的自洁性能，水珠在涂层表面有如落在荷叶上迅速滑落。光滑的涂层表面使灰尘及污渍难以附着，自然风和雨水就可对表面进行自动清洁。该涂层大大增强了含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物（ETFE）封装膜的抗污染性能，降低了粉尘和污物对光伏电池组件发电性能的影响。纳米级氟碳涂料无色透明，表面张力低，接触角大于120度，具有强劲的疏水、抗油污能力，使灰尘等污物与涂层表面接触面积大大减少，从而具有无比优越的自动清洁特性。该涂层大大增强了含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物（ETFE）封装膜的抗污染性能，降低了酸雨、油污、汽车尾气等大气污染物对光伏电池组件发电性能的影响。

本发明所述的屋面光伏防水卷材，其中所述屋面光伏防水卷材还包括粘结层，所述粘结层由西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂Sikaflex-11FC(Pro)构成，粘结所述防水卷材基材和柔性薄膜光伏电池组件。

本发明所述的屋面光伏防水卷材，其中所述柔性薄膜电池组件连接有正负极导线，正负极导线采用封闭式雌雄快速接口与相邻光伏防水卷材上的外部用电器相互配合连接，所述导线刷涂防水胶并设置防水胶条作为保护层。

一种制备屋面光伏防水卷材的方法，包括如下步骤：

（1）防水卷材基材的制备：将防水卷材基材表面的一侧清理干净备用；

（2）光伏电池组件的制备：在表面用含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物膜（ETFE）封装的柔性薄膜光伏电池组件正面涂覆纳米级有机硅丙烯酸涂料或纳米级氟碳涂料，涂覆厚度为30～70um；所述含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物膜（ETFE）厚度为250um；

（3）采用西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂将所述柔性薄膜电池组件底部粘结到所述防水卷材基材的表面；

（4）合并封装：按照柔性薄膜光伏电池组件、西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂、防水卷材基材的顺序依次层叠，经过辊压和层压机抽真空处理，使各层组件紧密粘合，即得产品。

本发明所述的制备屋面光伏防水卷材的方法，其中所述防水卷材基材为三元乙丙橡胶防水卷材或热塑性聚烯烃类防水卷材厚度为：1.2mm～2.0mm；

所述柔性薄膜光伏电池组件为非晶硅柔性太阳能薄膜电池、铜铟钾硒薄膜太阳能电池、锑化镉薄膜太阳能电池，染料敏化电池或有机薄膜电池。

本发明屋面光伏防水卷材与现有技术不同之处在于本发明采用了非晶硅等柔性薄膜太阳能光伏电池组件，该组件与传统的晶体硅太阳能电池的最大区别之一就是可以利用不锈钢或各种聚合物等质轻柔软的材料作为太阳能电池的衬底，使之具有柔软、轻薄和可绕曲等优点；兼具防水、增强抗裂和光伏发电等多重使用功能，应用于新建和既有建筑节能改造的光电建筑，同时实现建筑屋面防水和自发自用所需电力。

本发明所述屋面光伏防水卷材通过TPO、EPDM三元乙丙橡胶防水卷材或热塑性聚烯烃类防水卷材等高分子防水卷材的施工工艺直接铺设在防水屋面上，实现光伏建材与屋面防水工程同步设计、同步施工、同步验收、同步维护保养；本发明所述光伏防水卷材既可以应用于大跨度屋面、轻屋面，也可以应用于其它屋面，既可以局部小面积铺设，也可以满屋面铺设，屋面面积利用率高，不需要额外的支撑系统，不占地方，一体化施工，整体性好，不影响建筑的外观，降低了安装成本，建筑围护结构的防水系统与可再生能源相结合在一起，形成真正的光伏建筑一体化（BIPV）太阳能屋面系统。

本发明所述制备方法在工厂内用西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂Sikaflex-11FC(Pro)把柔性薄膜光伏电池组件与TPO、EPDM三元乙丙橡胶防水卷材或热塑性聚烯烃类防水卷材等高分子单层防水卷材通过西卡单组份高模量聚氨酯密封胶粘接剂，经过辊压和层压机抽真空处理，使各层组件紧密粘合，形成一种集防水和光伏发电为一体的柔性卷材部品，以减少防水卷材和柔性薄膜光伏电池组件在现场多次铺设过程中出现的各类问题；本发明所述制造方法相对简单，因而成本较低，衬底的选择余地大，适宜大面积工业化生产；所述非晶硅柔性薄膜太阳能电池组件的光伏输出特性较现有的晶体硅太阳能电池要好，不仅可以利用太阳能直射发电，还可以利用环境光实现弱光发电，它的表面用极薄的含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物保护膜（ETFE）密封以防止水和氧气进入，发电寿命长达20年以上。

下面结合附图对本发明所述的屋面光伏防水卷材作进一步说明。

附图说明

图1为本发明所述屋面光伏防水卷材的结构示意图；

图2为图1的K处的局部放大图。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，一种屋面光伏防水卷材，为层状结构，由内至外依次包括防水卷材基材1、柔性薄膜光伏电池组件3、膜层4和涂料层5。所述防水卷材基材1为三元乙丙橡胶防水卷材；所述防水卷材基材1厚度为2.0mm；所述柔性薄膜光伏电池组件3为非晶硅柔性太阳能薄膜电池；所述膜层4为含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物膜（ETFE），厚度为250um；所述涂料层5为纳米级有机硅改性丙烯酸涂料，厚度为30um。

所述屋面光伏防水卷材还包括粘结层2，由西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂Sikaflex-11FC(Pro)构成，粘结所述防水卷材基材1和柔性薄膜光伏电池组件3；所述柔性薄膜光伏电池组件连接有正负极导线，正负极导线采用封闭式雌雄快速接口，所述导线外面用防水胶为保护层，并采用防火防水胶条对导线进行保护。

所述导线外面用防水胶为保护层，并采用防火防水胶条对导线进行保护；在工厂内用西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂Sikaflex-11FC(Pro)将柔性薄膜光伏电池组件3粘结到三元乙丙橡胶防水卷材或热塑性聚烯烃类防水卷材基材1表面，经过辊压和高压釜处理，使各层组件紧密粘合，制成具有建筑屋面防水和光伏发电多种功能的光伏建材。

实施例2

一种屋面光伏防水卷材，所述防水卷材基材1为热塑性聚烯烃类防水卷材；所述防水卷材基材1为单层结构，厚度为1.2mm；所述柔性薄膜光伏电池组件3为有机薄膜电池；所述涂料层5为纳米级氟碳涂料厚度为70um，其他同实施例1。

实施例3

一种屋面光伏防水卷材，所述防水卷材基材1为三元乙丙橡胶防水卷材；所述防水卷材基材1厚度为1.8mm；所述柔性薄膜光伏电池组件3为铜铟钾硒薄膜太阳能电池；所述涂料层5为纳米级有机硅改性丙烯酸涂料厚度50um，其他同实施例1。

实施例4

一种屋面光伏防水卷材，所述防水卷材基材1为热塑性聚烯烃类防水卷材；所述防水卷材基材1为单层结构，厚度为1.5mm；所述柔性薄膜光伏电池组件3为染料敏化电池；所述涂料层5为纳米级氟碳涂料厚度为40um，其他同实施例1。

实施例5

一种制备屋面光伏防水卷材的方法，包括如下步骤：

（1）防水卷材基材的制备：将防水卷材基材表面的一侧清理干净备用；所述防水卷材基材为三元乙丙橡胶防水卷材或热塑性聚烯烃类防水卷材，厚度为：1.2～2.0mm；

（2）光伏电池组件的制备：将表面用含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物（ETFE）膜封装的柔性薄膜光伏电池组件正面涂覆纳米级有机硅丙烯酸涂料或纳米级氟碳涂料，涂覆厚度为30～70um；所述含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物（ETFE）膜厚度为250um；所述柔性薄膜光伏电池组件为非晶硅柔性太阳能薄膜电池、铜铟钾硒薄膜太阳能电池、锑化镉薄膜太阳能电池,染料敏化电池或有机薄膜电池；

（3）采用西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂将所述柔性薄膜电池组件底部粘结到所述防水卷材基材的表面；

（4）合并封装：按照柔性薄膜光伏电池组件、西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂、防水卷材基材的顺序依次层叠，经过辊压和层压机抽真空处理，使各层组件紧密粘合，即得产品。

所述柔性薄膜光伏电池组件连接有正负极导线，正负极导线采用封闭式雌雄快速接口，所述导线外面用防水胶为保护层，并采用防火防水胶条对导线进行保护。

光伏防水卷材安装方法为：将光伏防水卷材按单层防水卷材的施工方法铺设于屋面。每卷光伏防水卷材上的太阳能薄膜电池都有独立的正负级电流引出导线和封闭式雌雄快速接口。电导线、快速接口及接线盒放置在位于延光伏防水卷材宽度方向一侧的导线槽孔内。在安装时将每卷光伏防水卷材的电导线快速接口通过接线盒进行电路连接组合（串联或并联电路连接），然后利用导线槽将电力输出线引导连接至逆变器，将直流电转变为交流电，经安装在建筑屋物内的配电箱送上电网（并网使用）或直接提供给建筑负载用电。封闭式雌雄快速接口与接线盒之间的连接为密封胶封接。整个线路槽用耐候性、绝缘性、密封性俱佳的硅胶进行填充密封，使之达到防水、防冻、防高温的要求。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围。

Claims (9)

1.一种屋面光伏防水卷材，其特征在于：所述屋面光伏防水卷材为层状结构，由内至外依次包括防水卷材基材、柔性薄膜光伏电池组件、膜层和涂料层；

所述膜层为含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物膜；

所述涂料层为纳米级有机硅改性丙烯酸涂料或纳米级氟碳涂料；

所述防水卷材基材为三元乙丙橡胶防水卷材或热塑性聚烯烃类防水卷材。

2.根据权利要求1所述的屋面光伏防水卷材，其特征在于，所述防水卷材基材为单层结构，厚度为：1.2～2.0mm。

3.根据权利要求2所述的屋面光伏防水卷材，其特征在于：所述柔性薄膜光伏电池组件为非晶硅柔性太阳能薄膜电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池、锑化镉薄膜太阳能电池、染料敏化电池或有机薄膜电池。

4.根据权利要求3所述的屋面光伏防水卷材，其特征在于：所述膜层厚度为250μm。

5.根据权利要求4所述的屋面光伏防水卷材，其特征在于：所述涂料层厚度为30～70μm。

6.根据权利要求5所述的屋面光伏防水卷材，其特征在于：还包括粘结层，所述粘结层为西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂，粘结所述防水卷材基材和柔性薄膜光伏电池组件。

7.根据权利要求6所述的屋面光伏防水卷材，其特征在于：所述柔性薄膜光伏电池组件连接有正负极导线，正负极导线采用封闭式雌雄快速接口与相邻光伏防水卷材上的外部用电器相互配合连接，所述导线刷涂防水胶并设置防水胶条作为保护层。

8.一种制备屋面光伏防水卷材的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)防水卷材基材的制备：将防水卷材基材表面的一侧清理干净备用；

(2)光伏电池组件的制备：将表面用含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物膜封装的柔性薄膜光伏电池组件正面涂覆纳米级有机硅改性丙烯酸涂料或纳米级氟碳涂料，涂覆厚度为30～70μm；所述含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物膜的厚度为250μm；

(3)采用西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂将所述柔性薄膜光伏电池组件底部粘结到所述防水卷材基材的表面；

(4)合并封装：按照柔性薄膜光伏电池组件、西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂、防水卷材基材的顺序依次层叠，经过辊压和层压机抽真空处理，使各层组件紧密粘合，即得产品。

9.根据权利要求8所述的制备屋面光伏防水卷材的方法，其特征在于：所述防水卷材基材为三元乙丙橡胶防水卷材或热塑性聚烯烃类防水卷材，厚度为1.2～2.0mm；

所述柔性薄膜光伏电池组件为非晶硅柔性太阳能薄膜电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池、锑化镉薄膜太阳能电池、染料敏化电池或有机薄膜电池。