CN104952955A - 一种光伏组件背板散热黑色涂料及其制备工艺与应用 - Google Patents
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Abstract
一种光伏组件背板散热黑色涂料及其制备工艺与应用。该散热黑色涂料由以下重量百分比的原料制成：碳材料5-80%，粘结剂10-50%，溶剂10-80%。本发明还包括所述散热黑色涂料的制备工艺。在光伏组件背板表面涂覆本发明散热黑色涂料，可以降低光伏组件工作温度3-4度，提高光伏组件的输出功率，降低组件的发电成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种散热涂料，尤其是涉及一种光伏组件背板散热黑色涂料及其制备工艺与应用。
背景技术
光伏发电是一种新能源，通过光伏效应可以将太阳能转变成为电能，一般而言，陆基光伏发电依据不同的发电材料，其转换效率在10-30%，意味着余下的太阳能将转变成热能等其他形式损失掉，因此不断提高光伏组件的转换效率是光伏产业发展的方向。
光伏发电自广泛应用以来，全球已经有上百个GW的使用规模，从独立户用发电系统，集中式村庄供电系统，混合或互补发电系统，到并网发电系统等，正在迈向较大规模的商业化应用。光伏发电系统在实际应用中，一般处于较高的太阳辐射下，其发电性能受自然环境条件的影响较大，其中系统主要部件——太阳能电池组件的工作温度是影响光伏发电系统性能的重要因素之一。太阳能光伏发电核心单元为太阳能电池，目前投入大规模商业化应用的主要是硅系太阳能电池：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。
晶硅太阳能电池组件的结构通常由玻璃、电池片串和背板组成，通过 EVA 胶膜封装而成。太阳能电池背板是太阳能电池组件上的一种保护性构件，可以保护电池片串在各种气候环境下25年乃至更长时间都能正常工作。
温度对硅太阳能电池的影响，主要反映在太阳能电池的开路电压、短路电流、峰值功率等参数随温度的变化而变化。单体太阳能电池的开路电压随温度的升高而降低，电压温度系数为-（2.0～2.2）mv/℃，即温度每升高1℃，单体太阳能电池开路电压降低2.0～2.2mv；太阳能电池短路电流随温度升高而升高；太阳能电池的峰值功率随温度的升高而降低（直接影响到效率），即温度每升高1℃，太阳能电池的峰值功率损失率约为0.35～0.45%，例如：工作在20℃的硅太阳能电池，其输出功率要比工作在70℃的高17.5-22.5%。单块太阳能电池组件通常由60片或者72片单体太阳能电池串联组成。根据在宁夏地区实地测量的结果，夏天时太阳能电池组件背表面温度高达到70℃，而此时的太阳能电池工作结温可以达到100℃（额定参数标定均在25℃条件下）。
硅太阳能电池工作在温度较高情况下，开路电压随温度的升高而大幅下降，同时导致充电工作点的严重偏移，易使系统充电不足而损坏；硅太阳能电池的输出功率随温度的升高也大幅下降，致使太阳能电池组件不能充分发挥最大性能。现有的组件将玻璃、EVA、电池片、EVA，背板依次叠层，然后层压。并没有特定的散热装置，现有的硅太阳能电池组件没有特定的散热装置，在户外使用环境中吸收的大量热量难以迅速散失而积累，造成开路电压随温度的升高而大幅下降，同时导致充电工作点的严重偏移，易使系统充电不足而损坏；硅太阳能电池的输出功率随温度的升高也大幅下降，致使太阳能电池组件不能充分发挥最大性能。
尽管对光伏发电组件背面的散热问题与传统硅器件的散热问题，没有实质区别，而解决传统电子器件散热问题的技术手段已相当成熟，但是，由于光伏发电需要低成本长寿命的解决方案，而目前主要的背板材料改性处理，相对而言成本依然偏高，因此，急需一种低成本的散热材料解决方案。另外，由于背板材料为高分子树脂，尽管人们在努力保持背板材料绝缘性能的同时，努力提高其导热能力，但是，由于有机树脂本身的限制，背板的传导散热及辐射散热能力依旧较差，无法在强烈太阳能辐射下有效地散热，从而降低了组件的发电性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种成本低，可降低光伏组件背板的工作温度，提高光伏组件的输出功率，降低组件发电成本的光伏组件背板散热黑色涂料及其制备工艺与应用方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明之光伏组件背板散热黑色涂料，由以下重量百分比的原料制成：碳材料5-80%（优选30-50%），粘结剂10-50%（优选20-30%），溶剂10-80%（优选50-60%）。
进一步，所述碳材料选自石墨粉、炭黑、石墨烯、碳纳米管中的一种或两种以上的混合物。
进一步，所述粘结剂为环氧树脂或酚醛树脂。
进一步，所述溶剂选自酒精、丙酮、水中的一种。
进一步，所述石墨粉和炭黑的粒度优选200～2000目。
本发明之光伏组件背板散热黑色涂料的制备工艺，包括以下步骤：按所述重量百分比称取所述碳材料、粘结剂、溶剂，搅拌均匀，即成。
所述光伏组件背板散热黑色涂料的应用：（1）对已经封装好的光伏组件，或者组件半成品，吹扫清洁背板背面；（2）将本发明背板散热黑色涂料均涂于经步骤（1）处理后的背板背面，涂覆厚度5～200μm；（3）将经步骤（2）处理后的组件在室温条件下放置0.5-2h，自然固化，或者置于烘箱中，升温至40～80℃后，保温烘烤0.5-2h，完全固化，即得成品。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）使用本发明光伏组件背板散热黑色涂料，能够降低光伏组件的工作温度3-4℃，提高组件的输出功率1.0-1.8%，降低光伏发电成本；
（2）本发明成本低，制造简便，适于大批量生产、应用。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例之用于光伏组件之背板散热的黑色涂料，由以下重量百分比的原料制成：碳材料5%，粘结剂15%，溶剂80%；所述碳材料为石墨粉（粒度为200目）；粘结剂为环氧树脂；溶剂为酒精（浓度95%以上的工业酒精）。
制备：按所述重量百分比称取所述碳材料石墨粉、粘结剂环氧树脂、溶剂酒精，搅拌均匀，即得散热黑色涂料。
应用：（1）对已经封装好的光伏组件，吹扫清洁背板背面；（2）将所述散热黑色涂料均涂于经步骤（1）处理后的背板背面，涂覆厚度5μm；（3）将经步骤（2）处理后的组件在室温条件下放置2h，自然固化，即得成品。
与背板背面未涂覆本发明散热黑色涂料的光伏组件相比，背板背面涂覆有本发明散热黑色涂料的光伏组件，在工作状态时，背板平均温度降低3℃，输出功率提高1%。
实施例2
本实施例之一种用于光伏组件之背板散热的黑色涂料，由以下重量百分比的原料制成：碳材料80%，粘结剂10%，溶剂10%；所述碳材料为炭黑（粒度为2000目）；粘结剂为酚醛树脂；溶剂为丙酮。
制备方法同实施例1。
应用：（1）对已经封装好的光伏组件，吹扫清洁背板背面；（2）将所得散热黑色涂料均涂于经步骤（1）处理后的背板背面，涂覆厚度200μm；（3）将经步骤（2）处理后的组件置于烘箱中，升温至80℃，保温烘烤0.5h，固化，即得成品。
与背板背面未涂覆本发明散热黑色涂料的光伏组件相比，背板背面涂覆有本实施例散热黑色涂料的光伏组件，在工作状态时，背板平均温度降低3.5℃，输出功率提高1.6%。
实施例3
本实施例之光伏组件背板散热黑色涂料，由以下重量百分比的原料制成：碳材料30%，粘结剂50%，溶剂20%；所述碳材料由石墨粉（粒度为800目）和石墨烯组成；粘结剂为水性环氧树脂；溶剂为水。
制备方法同实施例1。
应用：（1）同实施例1；（2）将本实施例之散热黑色涂料均涂于经步骤（1）处理后的背板背面，涂覆厚度100μm；（3）将经步骤（2）处理后的组件置于烘箱中，升温至40℃，保温烘烤1.0h，固化，即得成品。
与背板背面未涂覆本发明散热黑色涂料的光伏组件相比，背板背面涂覆有本实施例散热黑色涂料的光伏组件，在工作状态时，背板平均温度降低4.0℃，输出功率提高1.8%。
实施例4
本实施例之光伏组件背板散热黑色涂料，由以下重量百分比的原料制成：碳材料50%，粘结剂20%，溶剂30%；所述碳材料由炭黑（粒度为1000目）和碳纳米管组成；粘结剂为水性环氧树脂；溶剂为水。
制制备方法同实施例1。
应用：（1）同实施例1；（2）将本实施例之散热黑色涂料均涂于经步骤（1）处理后的背板背面，涂覆厚度80μm；（3）将经步骤（2）处理后的组件置于烘箱中，升温至80℃，保温烘烤0.5h，固化，即得成品。
与背板背面未涂覆本发明散热黑色涂料的光伏组件相比，背板背面涂覆有本实施例散热黑色涂料的光伏组件，在工作状态时，背板平均温度降低3.8℃，输出功率提高1.7%。
实施例5
本实施例之一种用于光伏组件之背板散热的黑色涂料，由以下重量百分比的原料制成：碳材料60%，粘结剂20%，溶剂20%；所述碳材料为石墨粉（粒度为1000目）、炭黑（粒度为1000目）、石墨烯和碳纳米管的混合物（石墨粉45wt%+炭黑45wt%+石墨烯5wt%+碳纳米管5wt%）；粘结剂为水性环氧树脂；溶剂为无水乙醇。
制备方法同实施例1。
应用：（1）同实施例1；（2）将本实施例之散热黑色涂料均涂于经步骤（1）处理后的背板背面，涂覆厚度120μm；（3）将经步骤（2）处理后的组件置于室温环境中1.5h，完全固化，即得成品。
与背板背面未涂覆本发明散热黑色涂料的光伏组件相比，背板背面涂覆有本实施例散热黑色涂料的光伏组件，在工作状态时，背板平均温度降低4.0℃，输出功率提高1.8%。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何修改、变更以及等效结构变换，均仍属本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种光伏组件背板散热黑色涂料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：碳材料5-80%，粘结剂10-50%，溶剂10-80%。
2.如权利要求1所述的光伏组件背板散热黑色涂料，其特征在于，所述碳材料为30-50%，所述粘结剂为20-30%，所述溶剂为50-60%。
3.如权利要求1或2所述的光伏组件背板散热黑色涂料，其特征在于，所述碳材料选自石墨粉、炭黑、石墨烯、碳纳米管中的一种或两种以上的混合物。
4.如权利要求1或2或3所述的光伏组件背板散热黑色涂料，其特征在于，所述粘结剂为环氧树脂或酚醛树脂。
5.如权利要求1～4之一所述的光伏组件背板散热黑色涂料，其特征在于，所述溶剂选自酒精、丙酮、水中的一种。
6.如权利要求3所述的光伏组件背板散热黑色涂料，其特征在于，所述石墨粉或炭黑的粒度为200～2000目。
7.一种如权利要求1或2所述光伏组件背板散热黑色涂料的制备工艺，其特征在于，按所述重量百分比称取所述碳材料、粘结剂、溶剂，搅拌均匀，即成。
8.如权利要求1-5之一所述的光伏组件背板散热黑色涂料的应用。
9.如权利要求8所述的光伏组件背板散热黑色涂料的应用，其特征在于，应用方法包括以下步骤：
（1）对已经封装好的光伏组件，或者组件半成品，吹扫清洁背板背面；
（2）将权利要求1-6之一所述的光伏组件背板散热黑色涂料均涂于经步骤（1）处理后的背板背面，涂覆厚度5～200μm；
（3）将经步骤（2）处理后的组件，在室温条件下放置0.5-2h，自然固化；或者置于烘箱中，升温至40～80℃后，保温烘烤0.5-2h，完全固化，即得成品。
10.一种光伏组件，其特征在于，所述光伏组件的背板涂覆有权利要求1至6任意一权利要求所述光伏组件背板散热黑色涂料。
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| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |