CN107204385A - 光伏模块背板及光伏模块 - Google Patents
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Abstract
一种光伏模块的背板，包括基材、设置于基材上的披覆层以及设置于基材以及披覆层之间的中介层。基材系为聚合物膜，而中介层系直接接触基材以及披覆层。披覆层厚度和基材厚度间的比值不小于80％。披覆层的组成包括：70‑90wt％的聚合物、7‑20wt％的阻燃剂以及3‑10wt％的金属氧化物。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏模块的背板以及包括此背板的光伏模块，特别是关于一种具有一定程度的局部放电能力以及耐燃性的光伏模块的背板以及包含此背板的光伏模块。
背景技术
随着消耗性能源日益枯竭，太阳能等替代能源的开发已成为世界各国重要的发展方向。一般而言，太阳能模块的组成结构主要包括：强化玻璃、保护树脂、太阳能电池、导电焊带以及外围框架。此外，为了进一步增进太阳能模块的可靠度，亦可以在太阳能模块的非受光面贴覆背板，以防止外界污染物进入太阳能模块。
一般而言，太阳能模块的背板系具有多层结构的高分子薄膜，其从邻近太阳能模块的一侧至远离太阳能模块的另一侧可以依序包括：披覆层、黏着层、高分子基板、黏着层以及耐候层。其中，披覆层可选自聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃或是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(ethylene vinylacetate,EVA)。
然而，即便在太阳能模块的非受光面贴覆背板，其仍具有待克服的技术缺陷。举例来说，为了使得背板符合耐燃测试的标准，常见作法系先行将背板中的披覆层剥除，之后再进行耐燃检测。然而，此作法将导致背板的抗放电数值低于1100伏特，因而无法通过相应的局部抗放电标准。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种光伏模块的背板，其可以同时满足耐燃以及绝缘能力的需求。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种光伏模块的背板，其包括：
一基材，其系为一聚合物膜，其具有一第一厚度；
一披覆层，其设置于该基材之一面且具有一第二厚度，该第二厚度和该第一厚度的比值不小于80％，其中该披覆层的组成包括：
70-90wt％的聚合物；
7-20wt％的阻燃剂；以及
3-10wt％的金属氧化物；以及
一中介层，设置于该基材以及该披覆层之间，且直接接触该基材以及该披覆层。
作为优选方案，该基材系为聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)基板，且该第一厚度系介于125微米至250微米之间，该第二厚度系介于100微米至250微米之间。
作为优选方案，该披覆层中的聚合物系为聚乙烯(PE)。
作为优选方案，该披覆层中的阻燃剂系为溴系阻燃剂。
作为优选方案，该披覆层中的金属氧化物系为三氧化二锑(Sb2O3)。
作为优选方案，该披覆层的组成另包括：
0.1-1wt％的光稳定剂；以及
5-12wt％的氧化钛TiO2)。
作为优选方案，系藉由施行一次性的淋膜制程以将该披覆层和该中介层贴覆至该基材。
作为优选方案，该中介层的组成系包括乙烯丙烯酸共聚树脂(polyethylene/acrylate copolymer resins)。
作为优选方案，该背板另包括：一含氟保护膜，设置在该基材相对于该披覆层之另一面；以及一黏着层，设置于该基材以及该保护膜之间。
一种光伏模块，其包括：
一前板；
一背板，与该前板相对设置，该背板包括：
一基材，其系为一聚合物膜，其具有一第一厚度；
一披覆层，其设置于该基材的一面且具有一第二厚度，该第二厚度和该第一厚度的比值不小于80％，其中该披覆层的组成包括：
70-90wt％的聚合物；
7-20wt％的阻燃剂；以及
3-10wt％的金属氧化物；以及
一中介层，设置于该基材以及该披覆层之间，且直接接触该基材以及该披覆层；
复数个光伏装置，设置于该前板和该背板之间；以及
一外框，设置于该前板以及该背板的周边。
作为优选方案，该基材系为聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)基板，且该第一厚度系介于125微米至250微米之间，该第二厚度系介于100微米至250微米之间。
作为优选方案，该披覆层中的聚合物系为聚乙烯(PE)。
作为优选方案，该披覆层中的阻燃剂系为溴系阻燃剂。
作为优选方案，该披覆层中的金属氧化物系为三氧化二锑(Sb2O3)。
作为优选方案，该披覆层之组成另包括：
0.1-1wt％的光稳定剂；以及
5-12wt％的氧化钛(TiO2)。
作为优选方案，系藉由施行一次性的淋膜制程以将该披覆层和该中介层贴覆至该基材。
作为优选方案，该中介层的组成系包括乙烯丙烯酸共聚树脂(polyethylene/acrylate copolymer resins)。
附图说明
图1是根据本发明一实施例所绘示的光伏模块的背板的示意图；
图2是本发明一实施例制作披覆层的流程图；
图3是根据本发明另一实施例所绘示的光伏模块的背板的示意图；图4是本发明另一实施例制作披覆层的流程图；
图5是根据本发明一实施例所绘示的光伏模块。
【符号说明】
10 背板 30 背板
50 光伏模块 102 基材
104 披覆层 106 中介层
108 保护膜 110 黏着层
202 步骤 204 步骤
206 步骤 208 步骤
302 基材 304 披覆层
306 中介层 308 保护膜
310 黏着层 402 步骤
404 步骤 406 步骤
408 步骤 410 步骤
412 步骤 502 前板
504 背板 506 光伏装置
508 包覆层 510 外框
具体实施方式
为了使本领域通常知识者能理解并实施本发明，下文中将配合附图，详细说明本发明的光伏模块背板、光伏模块及光伏模块背板的制作方法。需注意的是，本发明的保护范围当权利要求书所界定者为准，而非以揭露于下文之实施例为限。因此，在不违背本发明的发明精神和范围的状况下，当可对下述实施例作变化与修饰。此外，为了简洁与清晰起见，相同或类似的组件或装置系以相同的组件符号表示，且部分习知的结构和制程细节将不会被揭露于下文中。需注意的是，附图系以说明为目的，并未完全依照原尺寸绘制。
图1为根据本发明一实施例所绘示的光伏模块的背板的示意图。根据本实施例，背板10系包括基材102、披覆层104以及中介层106。其中，基材102系为聚合物膜，且其厚度系介于125微米至250微米之间。披覆层104系设置于基材102的一表面上，其厚度介于100微米至250微米之间，且同时具有耐燃以及绝缘特性。此外，披覆层104和基材102间的厚度比值较佳不小于80％。具体来说，披覆层104的组成可包括：70-90wt％的聚合物、7-20wt％的阻燃剂以及3-10wt％的金属氧化物。中介层106系设置于基材102以及披覆层104之间，且直接接触基材102以及披覆层104。此外，根据其它需求，披覆层104的组成另可包括0.1-1wt％的光稳定剂以及5-12wt％的光吸收剂。光稳定剂和光吸收剂可以使得披覆层104不易产生裂解，而且可增进披覆层104的折射率。
其中，上述的基材102可以选自下列族群其中之一或其组合：聚乙烯(polyolefin,PE)、聚丙烯(polypropylene,PP)、三醋酸纤维膜(triacetyl cellulose,TAC)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methylmethacrylate),PMMA)、聚2,6-萘二甲酸乙二酯(poly 2,6-naphthalic acid secondgrade two ester,PEN)、聚环烯烃(cyclic olefin copolymer,COC)及聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)。
上述的披覆层104可以选自含有聚烯烃(polyolefin)的同聚物或是共聚物，例如可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基戊烯(PMP)、聚丁烯-1(PB-1)、乙烯/醋酸乙酯(EVA)等合适的聚合物，且该些聚合物可以具有适当的取代基。
上述中介层106可以是聚氨酯(polyurethane,PU)，并通过卷对卷(roll to roll)的湿式涂布制程而被涂布于基材102上，使得披覆层104被贴合于基材102上。
上述阻燃剂可以选自四溴双酚A(TBA)、六溴苯、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷(DBDPE)、四溴乙烷(TBE)、四溴丁烷(TBB)、六溴环癸烷(HBCD)等溴系阻燃剂，而上述金属氧化物可以选自氧化锑，例如：三氧化二锑(Sb2O3)等耐燃金属氧化物，但不限定于此。
上述的光稳定剂可以选自受阻胺光稳定剂(hindered amine light stabilizer,HALS)，例如可以是N-H型、N-R型或N-OR型的双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯及其衍生物，或是包括双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯的聚合物，但不限定于此。藉由在披覆层104中添加受阻胺光稳定剂，高分子在裂化过程中所产生的自由基便可以被受阻胺光稳定剂捕捉，因而得以终止劣化的进行。
上述的光吸收剂可例如是氧化钛(TiO2)，其可以将进入披覆层104的紫外线转换成波长较长的辐射线，以防止高分子产生裂化。
除了上述的基材102、披覆层104以及中介层106之外，亦可以在背板10相对于披覆层104的另一面设置保护膜108，以增进背板10的耐候性。其中，保护膜108可以是含氟保护膜，其系藉由设置于基材102以及保护膜108之间的黏着层110而被贴覆于基材102上。较佳来说，保护膜108的厚度系介于12毫米至50毫米之间，且黏着层110可以选自聚氨酯(polyurethane,PU)、聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),PMMA)或是其它合适的聚合物。
其中，上述的含氟保护膜可例如是聚氟乙烯(polyvinyl fluoride,PVF)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride,PVDF)、乙烯-四氟乙烯共聚合物(ethylene-tetrafluoroethylene copolymer,ETFE)、乙烯-三氟氯乙烯共聚合物(ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer,ECTFE)等含氟材料，但不限定于此。
图2是本发明一实施例制作披覆层的流程图。首先，施行步骤202，以取得制作披覆层的各成份原料。其中，披覆层的各组成成份原料可以包括：70-90wt％的聚合物、7-20wt％的阻燃剂、3-10wt％的金属氧化物、0.1-1wt％的光稳定剂以及5-12wt％的光吸收剂。
其中，上述的聚合物可以选自含有聚烯烃(polyolefin)的同聚物或是共聚物，例如可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基戊烯(PMP)、聚丁烯-1(PB-1)、乙烯/醋酸乙酯(EVA)等合适的聚合物，且该些聚合物可以具有适当之取代基，但不限定于此。上述阻燃剂可以选自四溴双酚A(TBA)、六溴苯、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷(DBDPE)、四溴乙烷(TBE)、四溴丁烷(TBB)、六溴环癸烷(HBCD)等溴系阻燃剂，但不限定于此。上述金属氧化物可以选自氧化锑，例如：三氧化二锑(Sb2O3)等耐燃金属氧化物，但不限定于此。
接着，依序施行步骤204、206以及208以获得所需的披覆层。具体来说，施行步骤204，将上述原料成份置于利拿机中进行混练，使得各成份可以均匀分布。之后，施行步骤206，将混练后的原料成份置于造粒机中，而获得所需的尺寸的树脂粒。最后，将上述的树脂粒送入淋膜机中，以制得厚度介于100微米至250微米之间的披覆层。
在后续制程中，可以将聚氨酯(polyurethane,PU)通过卷对卷(roll to roll)的湿式涂布制程涂布于基材上，并接着通过淋膜制程将披覆层贴合于基材上，而获得如图1所示的背板10。换言之，本实施例所制得的披覆层系对应图1中所示的披覆层104。
图3系根据本发明另一实施例所绘示的光伏模块的背板的示意图。本实施的背板30中的各层类似于上述实施例中背板10的各层，其同样包括基材302，设置于基材302某一面的披覆层304以及中介层306，设置于基材302另一面的保护膜308以及黏着层310。然而，本实施例和前述实施例的主要差异在于中介层306的组成系为乙烯丙烯酸共聚树脂(polyethylene/acrylate copolymerresins)，且披覆层304和中介层306系通过一次性的淋膜制程而贴覆于基材302之上。相关的制程如下所述。
图4是本发明一实施例制作披覆层的流程图。首先，施行步骤402，以取得制作披覆层的各成份原料。其中，披覆层的各组成成份原料可以包括：70-90wt％的聚合物、7-20wt％的阻燃剂、3-10wt％的金属氧化物、0.1-1wt％的光稳定剂以及5-12wt％的光吸收剂。
其中，上述的聚合物可以选自含有聚烯烃(polyolefin)的同聚物或是共聚物，例如可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基戊烯(PMP)、聚丁烯-1(PB-1)、乙烯/醋酸乙酯(EVA)等合适的聚合物，且该些聚合物可以具有适当之取代基，但不限定于此。上述阻燃剂可以选自四溴双酚A(TBA)、六溴苯、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷(DBDPE)、四溴乙烷(TBE)、四溴丁烷(TBB)、六溴环癸烷(HBCD)等溴系阻燃剂，但不限定于此。上述金属氧化物可以选自氧化锑，例如：三氧化二锑(Sb2O3)等耐燃金属氧化物，但不限定于此。上述光稳定剂可以选自受阻胺光稳定剂(hindered amine light stabilizer,HALS)，例如可以是N-H型、N-R型或N-OR型的双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯及其衍生物，或是包括双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯的聚合物，但不限定于此。上述光吸收剂可例如是氧化钛(TiO2)，但不限定于此。
接着，依序施行步骤404至412，以形成贴覆有披覆层及中介层的基材。具体来说，施行步骤404，将上述原料成份置于利拿机中进行混练，而获得均匀分布的各成份。之后，施行步骤406，将混练后的原料成份置于造粒机中，而获得所需的尺寸的树脂粒。接着，施行步骤408以及410，提供中介层的原料和基材薄膜，其中中介层的原料可例如是乙烯丙烯酸共聚树脂(polyethylene/acrylate copolymer resins)粒。最后，将披覆层的树脂粒料和中介层的树脂粒料分别置于共淋机的不同入料端，并通过一次性的共淋制程将披覆层和中介层辊压于基材上。换言之，本实施例所制得的披覆层、中介层及基材可以对应至图3中所示的披覆层304、中介层306以及基材302。
以下针对具有披覆层的背板样品进行耐燃及局部放电测试，以进一步验证背板的特性，并将测试的结果显示于表1和表2中。
其中，表1和表2中的实施例1-11的背板样品具有图1或图3所示的结构，而比较例1-8的背板样品亦具有类似如图1或图3所示的结构。背板样品中各层的组成以及厚度如下：
基材：聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，厚度介于125-250微米。
中介层及黏着层：聚氨酯(PU)，厚度介于6-10微米。
披覆层：70-90wt％的聚乙烯、7-20wt％的十溴二苯乙烷(DBDPE)以及3-10wt％的三氧化二锑(Sb2O3)、0.1-1wt％的受阻胺光稳定剂及5-12wt％的氧化钛(TiO2)，厚度介于100-250微米。各样品中披覆层的实际组成如表1和表2所示。
含氟保护膜：polyvinyl fluoride film(PVF)，厚度介于12-50微米，型号为PVF。
此外，耐燃及局部放电能力测试的评断标准如下：
耐燃性测试：依据ASTM E162为测试方法，并以测试背板样品的火焰蔓延指数(flame spread index,FSI)是否小于数值100作为耐燃性测试通过与否的依据。
局部放电能力测试：依据IEC 60664-1测试标准，测试背板样品在空气中的局部放电能力是否高于1100 VDC为判断依据。若数值高于1100 VDC则视为通过测试。
表1
表1(续)
表1(续)
表1(续)
表2
根据表1和表2的测试结果，各实施例的背板样品相较于比较例的背板样品确实具有优异的耐燃性以及绝缘性。此外，随着基材厚度的提升，披覆层的厚度也需相应提升，才能使得背板样品通过耐燃性的测试。较佳来说，披覆层和基材间的厚度比值应不小于80％。此外，由于表2所示的背板样品更包含了受阻胺光稳定剂和TiO2，因此其不仅具备了耐燃性以及绝缘性，其耐候性亦有显著提升。
根据表1和表2的测试结果，上述各实施例中的光伏模块的背板在不剥除披覆层的情况下，仍可同时满足耐燃测试以及局部放电测试的标准，因此解决了现有技术中存在的技术缺陷。
上述各实施例中的背板可以用于光伏模块中，其除了可以避免外界污染物，例如湿气或是固体杂质，进入光伏模块内部，其亦可以强化光伏模块的耐燃性和绝缘性。以下就本发明另一实施例的光伏模块加以叙述。
图5是根据本发明一实施例所绘示的光伏模块。光伏模块50，例如是太阳能电池模块，其包括前板502、背板504、光伏装置506、包覆层508以及外框510。其中，前板502可以是玻璃或具有类似性质的无机材料，或是聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),PMMA)等高分子有机材料。背板504可以是如图1、图3所示的背板10、30，其系设置于光伏模块50的背面，以避免外界污染物，例如湿气或是固体杂质，进入光伏模块50内部。光伏装置506例如可以是太阳能电池，其可以将入射光的光能转换为电能。此外，各光伏装置506可以适当地串联、并联或上述两者结合，以提供不同的输出电压及电流。需注意的是，光伏装置506不限于单面受光型(monofacial)，其也可以是双面受光型(bifacial)。包覆层508系填充于前板502和背板504之间，其除了可以固定住光伏装置506。之外，亦可以黏合住前板502和背板504。包覆层508的材质可为高分子共聚物，例如聚乙烯/醋酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate,EVA)，或是离子聚合物(ionomer)，但不限于此。外框510系设置于前板502及背板504的周边，其可以是金属外框，但不限于此。
根据上述的实施例，提供了一种光伏模块的背板以及包括此背板的光伏模块，此光伏模块的背板可以兼具优异的耐燃性以及绝缘性。换言之，在不剥除披覆层的情况下，上述实施例中的光伏模块的背板仍可同时满足耐燃测试以及局部放电测试的标准，解决了现有技术中存在的技术缺陷。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。
Claims (17)
1.一种光伏模块的背板，其特征在于，包括：
一基材，其系为一聚合物膜，其具有一第一厚度；
一披覆层，其设置于该基材的一面且具有一第二厚度，该第二厚度和该第一厚度的比值不小于80％，其中该披覆层的组成包括：
70-90wt％的聚合物；
7-20wt％的阻燃剂；以及
3-10wt％的金属氧化物；以及
一中介层，设置于该基材以及该披覆层之间，且直接接触该基材以及该披覆层。
2.如权利要求1所述的光伏模块的背板，其特征在于，该基材系为聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)基板，且该第一厚度系介于125微米至250微米之间，该第二厚度系介于100微米至250微米之间。
3.如权利要求1所述的光伏模块的背板，其特征在于，该披覆层中的聚合物系为聚乙烯(PE)。
4.如权利要求1所述的光伏模块的背板，其特征在于，该披覆层中的阻燃剂系为溴系阻燃剂。
5.如权利要求1所述的光伏模块的背板，其特征在于，该披覆层中的金属氧化物系为三氧化二锑(Sb2O3)。
6.如权利要求1所述的光伏模块的背板，其特征在于，该披覆层的组成另包括：
0.1-1wt％的光稳定剂；以及
5-12wt％的氧化钛(TiO2)。
7.如权利要求1所述的光伏模块的背板，其特征在于，系藉由施行一次性的淋膜制程以将该披覆层和该中介层贴覆至该基材。
8.如权利要求7所述的光伏模块的背板，其特征在于，该中介层的组成系包括乙烯丙烯酸共聚树脂(polyethylene/acrylate copolymer resins)。
9.如权利要求1项所述的光伏模块的背板，其特征在于，该背板另包括：
一含氟保护膜，设置在该基材相对于该披覆层的另一面；以及
一黏着层，设置于该基材以及该保护膜之间。
10.一种光伏模块，其特征在于，包括：
一前板；
一背板，与该前板相对设置，该背板包括：
一基材，其系为一聚合物膜，其具有一第一厚度；
一披覆层，其设置于该基材的一面且具有一第二厚度，该第二厚度和该第一厚度的比值不小于80％，其中该披覆层的组成包括：
70-90wt％的聚合物；
7-20wt％的阻燃剂；以及
3-10wt％的金属氧化物；以及
一中介层，设置于该基材以及该披覆层之间，且直接接触该基材以及该披覆层；
复数个光伏装置，设置于该前板和该背板之间；以及
一外框，设置于该前板以及该背板的周边。
11.如权利要求10所述的光伏模块，其特征在于，该基材系为聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)基板，且该第一厚度系介于125微米至250微米之间，该第二厚度系介于100微米至250微米之间。
12.如权利要求10所述的光伏模块，其特征在于，该披覆层中的聚合物系为聚乙烯(PE)。
13.如权利要求10所述的光伏模块，其特征在于，该披覆层中的阻燃剂系为溴系阻燃剂。
14.如权利要求10项所述的光伏模块，其特征在于，该披覆层中的金属氧化物系为三氧化二锑(Sb2O3)。
15.如权利要求10项所述的光伏模块，其特征在于，该披覆层的组成另包括：
0.1-1wt％的光稳定剂；以及
5-12wt％的氧化钛(TiO2)。
16.如权利要求10项所述的光伏模块，其特征在于，系藉由施行一次性的淋膜制程以将该披覆层和该中介层贴覆至该基材。
17.如权利要求16项所述的光伏模块，其特征在于，该中介层的组成系包括乙烯丙烯酸共聚树脂(polyethylene/acrylate copolymer resins)。
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