CN104916711B - 一种高效自清洁石墨烯涂层太阳能光伏组件及制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种高效自清洁石墨烯涂层太阳能光伏组件及制造方法，包括：石墨烯涂层钢化玻璃，石墨烯膜层，EVA胶层，光伏电池片，背板，接线盒及边框；其特征在于光伏组件钢化玻璃的两边均涂上一层石墨烯涂层，经固化后石墨烯与玻璃表面以化学键结合，石墨烯稳固的附着在玻璃表面形成石墨烯涂层钢化玻璃，太阳能电池片与上表面石墨烯涂层钢化玻璃及背板之间均涂有一层EVA胶层，把石墨烯涂层钢化玻璃、EVA胶层、光伏电池片及背板通过热压黏合为一体，外部装接边框和接线盒构成一定功率的太阳能光伏电池组件。
Description
技术领域
本发明属于光伏发电技术领域，具体涉及一种高效自清洁石墨烯涂层太阳能光伏组件及制造方法。
背景技术
光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算器提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。
目前EVA封装的光伏组件主要结构包括：透明的顶表面、胶质密封材料、背面层和外部框架组成、接线盒等构成。而透明的表面层对光伏组件的发电效率有一定的影响，光伏组件的前表面材料对于可以被光伏组件中的太阳电池使用的波长必须有很高的透明度。对于硅太阳电池，顶表面材料对于波长在350nm到1200nm范围的波长必须有很高的透明度。另外，前表面的反射应该很低。 虽然理论上在顶表面应用减反射膜可以减少反射，但是实际上这些减反射膜都不足以抵抗大多数光伏组件的使用条件。另一个可以减少反射的技术是织构化表面或者使表面粗糙。但是，在这种情况下灰尘、有机污垢更可能黏附在顶表面，并且很难被风和雨水驱除。这些组件因此不是“自清洁”的，并且减少反射的优越性很快被顶表面的尘土招致的损失所超过。 除了反射和透明的特性之外，顶表面材料应该是不渗透水的，应该是耐冲击的，应该在长期的紫外线照射下是稳定的，并且有很低的热阻系数。顶表面材料有几种选择，包括丙烯酸聚合物和玻璃。钢化的低铁玻璃是最普通的应用，因为成本低、坚固、稳定、高透明度、防水和气体等特点得到广泛的应用，但是钢化玻璃透光率低，一般在初始透光率在90%左右，使用一段时间后有灰尘遮挡透光率会大幅下降，同时是热的不良导体，热阻系数大，夏天气温较高时，组件温度可达到七八十摄氏度，降低光伏组件的发电效率。以上问题使光伏组件发电效率严重下降，且很难清洁，增加维护成本和人力，这是目前光伏发电技术亟待解决的问题。
石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小，同时，石墨烯是世上最薄也是最坚硬的纳米材料 ，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/（m·K），而且石墨烯具有光触媒功能和强亲水极性性质，在光照下石墨烯可以加速一些有机物的分解且具有很强的亲水性，把石墨烯涂层在光伏玻璃表面上，可以减少玻璃表面的反射、增加玻璃的导热系数、加速有机物的分解和自清洁功能，因此，石墨烯涂层玻璃是光伏透明的顶表面玻璃的最佳选择。
发明内容
为了解决目前光伏玻璃透光率低，热阻系数大，难以清洁等问题，本发明提供一种高效自清洁石墨烯涂层太阳能光伏组件及制造方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明的解决方案是：一种高效自清洁石墨烯涂层太阳能光伏组件及制造方法，包括：石墨烯涂层钢化玻璃，石墨烯膜层，EVA胶层，光伏电池片，背板，接线盒及边框。本技术特征在于光伏组件钢化玻璃的两边均涂上一层石墨烯涂层，经固化后石墨烯与玻璃表面以化学键结合，石墨烯稳固的附着在玻璃表面形成石墨烯涂层钢化玻璃，太阳能电池片与上表面石墨烯涂层钢化玻璃及背板之间均涂有一层EVA胶层，把石墨烯涂层钢化玻璃、EVA胶层、光伏电池片及背板通过热压黏合为一体，外部装接边框和接线盒构成一定功率的太阳能光伏电池组件。
优选的石墨烯涂层钢化玻璃，其特征在于石墨烯涂层钢化玻璃钢化玻璃两面均涂有石墨烯膜层，石墨烯膜层为单层碳原子膜，碳原子层数1-15层。
一种高效自清洁石墨烯涂层太阳能光伏组件的制造方法，主要包括以下步骤第一：石墨烯涂层光化玻璃制作
1、将去离子水、异丙醇和N,N-二甲基甲酰胺按体积比为20-10:9-5:0.5-1进行混合，配制成1L的溶液。该步骤中分散溶液的制备过程为：首先将异丙醇和N,N-二甲基甲酰胺混合，然后将混合后的异丙醇和N,N-二甲基甲酰胺再与去离子水混合；
2、使用弱碱或/和弱酸调节步骤1中配好溶液的pH值，使其PH值在9-11.5之间；
3、称取质量为20—50g的石墨烯，然后缓缓加入到步骤2中的溶液中；
4、将盛放步骤3溶液的容器放入超声设备中进行超声处理，其中，超声频率30KHZ、超声功率为2000W，超声时间为45min；
5、 将步骤4超声分散好的石墨烯溶液通过超高压纳米细化、分散设备至少三次后，即可得到分散剥离性很好的、粒径均匀、稳定的石墨烯分散液；
6、按照上述步骤再制作同样的石墨烯分散液，直至配制出1立方米的标准石墨烯分散液，并将分散液放置于储槽中备用。
第二：石墨烯涂层玻璃钢化
a、将普通玻按要求切割成一定尺寸的规格后，进行清洗，干燥；
b、将步骤a干燥好的玻璃，浸没在已制作好的石墨烯分散液中，30-60秒钟后，把玻璃捞出并风干；
c、将步骤b的玻璃，放入钢化炉进行加热，设定的加热时间约为每毫米厚度玻璃35~40秒，热时间为300-450秒，加热温度为600-750℃；
d、将出离钢化炉加热区的玻璃进行快速冷却室温，用干燥的冷空气迅速吹扫玻璃的两面，分为急冷时段和冷却时段，6mm厚的玻璃急冷时段的风压为2000Pa,冷却时间别为50-60秒，冷却时段的风压为1000Pa,冷却时间别为60秒，最后冷却至室温，玻璃钢化完成，制作出石墨烯钢化玻璃。
第三：光伏组件的层压及组框
利用现有层压光伏组件技术，把经过钢化的石墨烯涂层玻璃，封装于光伏组件的透光表面，形成一种高效石墨烯涂层光伏组件。
本发明的有益效果为：
本发明采用石墨烯涂层光伏玻璃作为光伏组件透光面，石墨烯涂层能增加漫射，减少反射效果，增加了透光玻璃的透光量，石墨烯膜层具有高亲水性，使光伏玻璃具有自清洁功能，且石墨烯可以降低热阻和光触媒效应，以上特点均能大大提高光伏组件发电效率，且降低维护成本和人力，具有很强的实用性。
附图说明
图1为本发明一种高效自清洁石墨烯涂层太阳能光伏组件及制造方法的结构示意图；
图中标号：1、石墨烯涂层钢化玻璃，11、石墨烯膜层，2、EVA胶层，3、光伏电池片，4、背板，5、接线盒，6、边框。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明内容不仅仅局限于以下的具体实施例。
结合图1所示，对本发明做进一步说明，一种高效自清洁石墨烯涂层太阳能光伏组件，包括：石墨烯涂层钢化玻璃1，石墨烯膜层11，EVA胶层2，光伏电池片3，背板4，接线盒5及边框6。本技术特征在于光伏组件钢化玻璃的两边均涂上一层石墨烯涂层，经固化后石墨烯与玻璃表面以化学键结合，石墨烯稳固的附着在玻璃表面形成石墨烯涂层钢化玻璃1，太阳能电池片3与上表面石墨烯涂层钢化玻璃1及背板4之间均涂有一层EVA胶层2，把石墨烯涂层钢化玻璃1、EVA胶层2、光伏电池片3及背板4通过热压黏合为一体，外部装接边框6和接线盒5构成一定功率的太阳能光伏电池组件。
优选的石墨烯涂层钢化玻璃，其特征在于石墨烯涂层钢化玻璃1的钢化玻璃两面均涂有石墨烯膜层11，石墨烯膜层11为单层碳原子膜，碳原子层数1-15层。
具体实施例1
本实施例按如下步骤进行：
第一：石墨烯涂层光化玻璃制作
1、将去离子水、异丙醇和N,N-二甲基甲酰胺按体积比为20-10:9-5:0.5-1进行混合，配制成1L的溶液。该步骤中分散溶液的制备过程为：首先将异丙醇和N,N-二甲基甲酰胺混合，然后将混合后的异丙醇和N,N-二甲基甲酰胺再与去离子水混合；
2、使用弱碱或/和弱酸调节步骤1中配好溶液的pH值，使其PH值在9-11.5之间；
3、称取质量为20—50g的石墨烯，然后缓缓加入步骤2中的溶液中；
4、将盛放步骤3溶液的容器放入超声设备中进行超声处理，其中，超声频率30KHZ、超声功率为2000W，超声时间为45min；
5、 将步骤4超声分散好的石墨烯溶液通过超高压纳米细化、分散设备至少三次后，即可得到分散剥离性很好的、粒径均匀、稳定的石墨烯分散液；
6、按照上述步骤再制作同样的石墨烯分散液，直至配制出1立方米的标准石墨烯分散液，并将分散液放置于储槽中备用。
第二：石墨烯涂层玻璃钢化
a、将普通玻按要求切割成一定尺寸的规格后，进行清洗，干燥；
b、将步骤a干燥好的玻璃，浸没在已制作好的石墨烯分散液中，30-60秒钟后，把玻璃捞出并风干；
c、将步骤b的玻璃，放入钢化炉进行加热，设定的加热时间约为每毫米厚度玻璃35~40秒，热时间为300-450秒，加热温度为600-750℃；
d、将出离钢化炉加热区的玻璃进行快速冷却室温，用干燥的冷空气迅速吹扫玻璃的两面，分为急冷时段和冷却时段，6mm厚的玻璃急冷时段的风压为2000Pa,冷却时间别为50-60秒，冷却时段的风压为1000Pa,冷却时间别为60秒，最后冷却至室温，玻璃钢化完成，制作出石墨烯钢化玻璃11。
第三：光伏组件的层压及组框
利用现有层压光伏组件技术，把经过钢化的石墨烯涂层玻璃，封装于光伏组件的透光表面，形成一种高效石墨烯涂层光伏组件。
上述实施例只是说明本发明的技术构思及特点，其目的是让本领域的普通技术人员能够了解本发明的特点并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所进行的等效变化或修饰，均应涵盖在本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种自清洁石墨烯涂层太阳能光伏组件，包括：石墨烯涂层钢化玻璃，石墨烯膜层，EVA胶层，光伏电池片，背板，接线盒及边框；其特征在于光伏组件钢化玻璃的两边均涂上一层石墨烯涂层，经固化后石墨烯与玻璃表面以化学键结合，石墨烯稳固的附着在玻璃表面形成石墨烯涂层钢化玻璃，太阳能电池片与上表面石墨烯涂层钢化玻璃及背板之间均涂有一层EVA胶层，把石墨烯涂层钢化玻璃、EVA胶层、光伏电池片及背板通过热压黏合为一体，外部装接边框和接线盒构成太阳能光伏电池组件。
2.根据权利要求1所述的一种自清洁石墨烯涂层太阳能光伏组件，其特征在于石墨烯涂层为单层碳原子膜，碳原子层数1-15层。
3.根据权利要求1所述的一种自清洁石墨烯涂层太阳能光伏组件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
第一：石墨烯涂层光化玻璃制作
1、将去离子水、异丙醇和N,N-二甲基甲酰胺按体积比为20-10:9-5:0.5-1进行混合，配制成1L的溶液；
该步骤中分散溶液的制备过程为：首先将异丙醇和N,N-二甲基甲酰胺混合，然后将混合后的异丙醇和N,N-二甲基甲酰胺再与去离子水混合；
2、使用弱碱或/和弱酸调节步骤1中配好溶液的pH值，使其PH值在9-11.5之间；
3、称取质量为20—50g的石墨烯，然后缓缓加入步骤2中的溶液中；
4、将盛放步骤3溶液的容器放入超声设备中进行超声处理，其中，超声频率30KHZ、超声功率为2000W，超声时间为45min；
5、 将步骤4超声分散好的石墨烯溶液通过超高压纳米细化、分散设备至少三次后，即可得到分散剥离性很好的、粒径均匀、稳定的石墨烯分散液；
6、按照上述步骤再制作同样的石墨烯分散液，直至配制出1立方米的标准石墨烯分散液，并将分散液放置于储槽中备用；
第二：石墨烯涂层玻璃钢化
a、将普通玻按要求切割成一定尺寸的规格后，进行清洗，干燥备用；
b、将步骤a干燥好的玻璃，浸没在已制作好的石墨烯分散液中，30-60秒钟后，把玻璃捞出并风干；
c、将步骤b的玻璃，放入钢化炉进行加热，设定的加热时间为每毫米厚度玻璃35~40秒，加热时间为300-450秒，加热温度为600-750℃；
d、将出离钢化炉加热区的玻璃进行快速冷却室温，用干燥的冷空气迅速吹扫玻璃的两面，分为急冷时段和冷却时段，6mm厚的玻璃急冷时段的风压为2000Pa,冷却时间别为50-60秒，冷却时段的风压为1000Pa,冷却时间别为60秒，最后冷却至室温，玻璃钢化完成，制作出石墨烯钢化玻璃；
第三：光伏组件的层压及组框
利用层压把经过钢化的石墨烯涂层玻璃，封装于光伏组件的透光表面，形成一种高效石墨烯涂层光伏组件。
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