CN112201721A - 间隙反光膜及其制备方法、光伏组件 - Google Patents

间隙反光膜及其制备方法、光伏组件 Download PDF

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Abstract

本申请提供的一种间隙反光膜及其制备方法、光伏组件。所述间隙反光膜包括依次叠设的反光层、棱镜层、基底层、耐候层和粘结层。所述耐候层用于阻隔穿过所述粘结层的光线和水汽，改善了所述间隙反光膜的老化性能，使用寿命更长。

Description

间隙反光膜及其制备方法、光伏组件
技术领域
本申请涉及光伏技术领域，特别是指一种间隙反光膜及其制备方法、光伏组件。
背景技术
近年来，为进一步开发与利用太阳能，充分利用光伏组件中有效的使用面积，人们开发了光伏组件用增效材料，即光伏组件用反光膜。反光膜可根据用途不同分为焊带反光膜和间隙反光膜，反光膜增效的机理是将经光伏组件中焊带或电池片间隙反射到光伏组件外部的光线，通过反光膜作用，使该部分光线在光伏组件的玻璃与空气界面发生全反射，进而再次回到电池片上，提升光伏组件的输出功率。
近年来，为提高反光膜对从光伏组件前板入射的光线的再利用率，研究者着重在棱镜结构和其反光功能层上开展了大量研究，但实际使用过程中发现，反光膜的使用寿命、反射效率依然有限，耐候性能差，在老化测试过程中容易产生黄变、脆变，不符合实际应用的要求。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种能够提高耐候性能的间隙反光膜及其制备方法。
另，还有必要提供一种具有上述间隙反光膜的光伏组件。
本申请提供一种间隙反光膜，包括依次叠设的反光层、棱镜层、基底层、耐候层和粘结层。所述耐候层用于阻隔穿过所述粘结层的光线和水汽。
在一种可能的实现方式中，所述耐候层包括成膜树脂和混合于所述成膜树脂中的光反射材料。
在一种可能的实现方式中，所述耐候层还包括混合于所述成膜树脂中的助剂，所述助剂包括紫外光吸收剂和光稳定剂中的至少一种。
在一种可能的实现方式中，所述成膜树脂选自氟碳树脂、丙烯酸酯类树脂、聚脲弹性体、聚氨酯类树脂和环氧类树脂中的至少一种。
在一种可能的实现方式中，所述光反射材料包括二氧化钛粉末、玻璃珠和金属粉末中的至少一种。
在一种可能的实现方式中，所述耐候层的厚度为1微米至50微米。
本申请还提供一种如上间隙反光膜的制备方法，包括以下步骤：在基底层的表面形成棱镜层；在所述基底层远离所述棱镜层的表面涂覆耐候层涂料，所述耐候层涂料包括成膜树脂、光反射材料和溶剂，干燥后得到耐候层；在所述耐候层远离所述基底层的表面形成粘接层；在所述棱镜层远离所述基底层的表面形成反光层，得到半成品；及根据预设宽度裁切所述半成品，得到所述间隙反光膜。
在一种可能的实现方式中，所述干燥在100-200℃的温度下进行。
本申请还提供一种光伏组件，包括层叠设置的前板和后板。所述前板和所述后板之间设有至少两个电池片。相邻两个所述电池片之间设有间隙。所述光伏组件还包括至少一如上所述的间隙反光膜，每一所述间隙反光膜对应所述间隙设置。
在一种可能的实现方式中，所述光伏组件还包括设置于所述电池片与所述前板之间的前封装胶材，以及设置于所述电池片与所述后板之间的后封装胶材。
与现有技术相比，本申请提供的间隙反光膜采用反射层、棱镜层、基底层和粘结层的多层结构，在基底层与粘结层之间设计了耐候层，有效阻隔了从光伏组件后板进入的光线和水汽对间隙反光膜的不利影响，提高了间隙反光膜的老化性能，使用寿命更长。
附图说明
图1为本申请一实施方式的间隙反光膜的结构示意图。
图2为图1所示的中间隙反光膜在光伏组件中的位置示意图。
图3为本申请一实施方式的间隙反光膜的制备流程图。
主要元件符号说明:
间隙反光膜 1
反光层 10
棱镜层 20
底座 21
棱镜结构 22
基底层 30
耐候层 40
粘结层 50
光伏电池 100
前板 101
后板 102
电池片 103
前封装胶材 104
后封装胶材 105
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请实施例。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请实施例，所描述的实施方式仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
本文中“光伏组件”指将一定数量的单片电池采用串、并联的方式密封成的太阳电池组件。由于单片太阳电池输出电压较低，加之未封装的电池由于环境的影响电极容易脱落，因此必须将一定数量的单片电池采用串、并联的方式密封成太阳电池组件，以避免电池电极和互连线受到腐蚀，另外封装也避免了电池碎裂，方便了户外安装，封装质量的好坏决定了太阳电池组件的使用寿命及可靠性。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请实施例。
请参阅图1，本申请提供一种间隙反光膜1，可应用于光伏组件中。间隙反光膜1为多层复合结构，依次包括反光层10、棱镜层20、基底层30、耐候层40和粘结层50。其中，耐候层40用于阻隔穿过粘结层50的光线和水汽。
本申请发明人发现，当现有的间隙反光膜应用于光伏组件中时，从光伏组件的后板(也称背板)进入的环境中的有害光线、水汽等会对反光膜造成了损伤。环境中的有害光线可能来自地面反射的光线，可能来自光伏组件中相邻元件反射的光线。这些光线会使得反光膜的基底层发黄、发脆，进而失去功效。同时，经后板进入的水汽也会损伤基底层，更严重的情况是水汽与反光层发生化学反应，使得反光层的反射效果减弱。
本申请通过在基底层30和粘结层50中设置耐候层40，有效阻隔了从光伏组件的后板进入粘结层50的光线和水汽，降低了反射光线和水汽对间隙反光膜1的不利影响，从而进一步改善了间隙反光膜1的老化性能，提高使用寿命。
在一实施方式中，耐候层40包括成膜树脂和混合于所述成膜树脂中的光反射材料。其中，成膜树脂用于阻隔穿过粘结层50的水汽。成膜树脂还用于将光反射材料粘结在一起，同时使耐候层40可以粘结于基底层30上。光反射材料用于对穿过粘结层50的光线进行反射，从而阻隔穿过粘结层50的光线。其中，耐候层40在200-1100nm的波长范围内的光线反射率为50％～100％。
进一步地，成膜树脂可选自氟碳树脂、丙烯酸酯类树脂、聚脲弹性体、聚氨酯类树脂和环氧类树脂中的至少一种。优选地，氟碳树脂可选自聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、三氟氯乙烯-乙烯基醚树脂、三氟氯乙烯-乙烯基酯树脂、聚偏二氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟异丙烯树脂中的至少一种。聚氨酯树脂可选自聚醚型聚氨酯、聚酯型聚氨酯和聚碳酸酯型聚氨酯中的至少一种。环氧类树脂是指具有至少一个环氧基(环氧乙烷环)的有机化合物，可选自芳香族环氧类树脂、脂环族环氧类树脂、脂肪族环氧类树脂、缩水甘油酯型环氧类树脂、缩水甘油胺型环氧类树脂、缩水甘油基丙烯酸型环氧类树脂等中的至少一种。
进一步地，光反射材料可包括二氧化钛粉末、玻璃珠和金属粉末中的至少一种。其中，金属粉末可以是铝粉或银粉。。
在本实施方式中，成膜树脂为氟碳树脂，光反射材料为二氧化钛粉末(即钛白粉)。其中，氟碳树脂具有较低的水汽吸收率，有利于提高成膜树脂对水汽的阻挡作用。二氧化钛粉末有助于提升漫反射，改善耐候层40接收到光的能力，尤其是在双玻(即光伏组件的前板和后板均为平面玻璃)使用条件下耐候层40对从后板进入的光线的反射效果好，光伏组件双面增益效果突出。当光反射材料为二氧化钛粉末时，耐候层40外观上呈现白色。根据二氧化钛粉末含量的不同，耐候层40可为哑光或亮光外观。
在一实施方式中，耐候层40还包括混合于成膜树脂中的助剂，所述助剂包括紫外光吸收剂和光稳定剂中的至少一种。其中，紫外光吸收剂具有吸收紫外光线的作用，光稳定剂也具有屏蔽或吸收紫外光线的作用，因此可以减少从光伏组件的后板进入基底层30的紫外光线的入射量和强度，改善基底层在紫外光线长期作用下发黄、发脆的问题，有助于提升增益，确保间隙反光膜1的长久高效运用。
其中，光反射材料在耐候层40中的含量可以耐候层40所需的光反射效果进行调整，然而，光反射材料的含量不易过大或过小。当光反射材料含量过小时，耐候层40起不到阻隔光线的作用；当光反射材料含量过大时，耐候层40质地较脆，易与基底层30脱离，达不到成膜的效果。
在一实施方式中，耐候层40的厚度为1微米至50微米。其中，耐候层40的厚度不易过大或过小。当耐候层40厚度过小时，耐候层40起不到阻隔水汽和光线的作用；当耐候层40厚度过大时，影响耐候层40的均匀性，增加产品的材料成本。
反光层10为起反光作用的功能层，一般金属都具有较大的消光系数，当光束由空气入射到金属表面时，进入金属内的光振幅迅速衰减，使得进入金属内部的光能相应减少，而反射光能增加。消光系数越大，光振幅衰减越迅速，进入金属内部的光能越少，反射率越高。在紫外光区可选择的金属是铝，在可见光区可选择的金属是铝和银，在红外光区可选择的金属是金、银和铜。此外，铬和铂也可用作一些特种薄膜的膜料。本申请中反光层10也采用金属材料经蒸发镀膜工艺或磁控溅射镀膜工艺制得，选择铝或银为原材料。在一实施方式中，反光层10的厚度为30-200nm。
棱镜层20包括与基底层30固定的底座21和远离基底层30一侧设置的棱镜结构22。如图1所示，棱镜结构22为多个凸设于底座21且平行设置的三棱柱结构，其延伸方向相较于底座21的长度方向或宽度方向倾斜设置。棱镜层20的高度为5-50μm。微棱镜反光膜的反射原理是运用微棱镜的折射与反射，不同于其他反光膜采用的玻璃珠反射原理。底座21厚度为1-10μm。棱镜层20由紫外固化胶水制备而成，紫外固化胶水可以是聚丙烯酸酯类、聚氨酯丙烯酸酯类或者聚环氧丙烯酸酯类等。
基底层30选用高分子材料制备，主要起支撑作用。在一实施方式中，基底层30采用聚对苯二甲酸乙二醇酯材料(PET)制成。基底层30的厚度为10-75μm。
粘结层50用于将间隙反光膜1粘结在光伏组件的后板上。粘结层50的材质为粘结性能较好的高分子材料，如EVA等热熔性材料。在一实施方式中，粘结层50为热熔胶材料，或为添加有紫外吸收剂的热熔胶材料，紫外吸收剂的添加量小于等于粘结层50总质量的2.0％。粘结层50掺入紫外吸收剂使得粘结层50具有吸收紫外光线的作用，可以减少从后板到达耐候层40的光线入射量和强度，有助于提升增益。
请一并参阅图2，本申请实施方式还提供一种光伏电池100，光伏组件100包括层叠设置的前板101和后板102，前板101和后板102之间设有两片以上电池片103。相邻两个电池片103之间设有间隙。电池片103与前板101之间设有前封装胶材104，电池片103与后板102之间设有后封装胶材105。后封装胶材105与后板102之间设有间隙反光膜1，间隙反光膜1对应相邻两个电池片103之间的间隙设置。
在一实施方式中，间隙反射膜1的宽度和长度大于或等于间隙的宽度和长度。
在一实施方式中，前板101为平面玻璃，后板102为非透光材质，光伏组件100为单玻组件；在另一些实施方式中，后板102可以为平面玻璃，即光伏组件100为双玻组件。
在一实施方式中，位于前板101和后板102之间电池片103可以为一层，也可以是多层，多层电池片103之间以封装胶材进行封装。相应的间隙反光膜1可以相应设置为对应某一层的电池片103之间的间隙。
请再参阅图3，本申请的间隙反光膜1的制备流程大致如下。
S1：转印工序：将基底层30经导辊送到雕刻有微结构的模具辊与前压辊之间，微结构与所需的棱镜结构22匹配。模具辊与前压辊压合后，在基底层30的正上方连续滴加紫外固化胶水，并控制模具辊正下方的紫外光灯组发射紫外光线，使紫外固化胶水固化，且模具辊上的微结构转印在部分紫外光固化胶水上形成棱镜结构22，从而制备出棱镜层20。
在一实施方式中，棱镜结构22的厚度为20μm。棱镜层20的生产速度为8-20m/min。
S2：涂覆工序：在基底层30表面涂覆耐候层涂料，耐候层涂料包括成膜树脂、光反射材料和溶剂，经过烘道将耐候层涂料烘干，烘道温度为100-200℃，从而制备出耐候层40。
在一实施方式中，溶剂可以为酯类溶剂，如乙酸甲酯、乙酸甲酯，乙酸丁酯或乙酸异丁酯等。
S3：挤出工序：根据产品使用环境不同，可选择不同的方式；本步骤必须在涂覆工序之后，但可以与后续镀金属工序颠倒顺序处理。
方式一、挤出机加热到280℃，将热熔胶粒子经挤出机螺杆到达摸头处，将耐候层40表面与热熔胶结合，然后经压辊和冷却辊压合，得到粘结层50。采用该方法制备的胶膜较薄，生产速度较快，合格率高。
方式二、挤出机加热到80℃，将热熔胶粒子经挤出机螺杆到达摸头处。将耐候层40表面与胶膜复合，经胶辊和钢辊压合，得到粘结层50。该方法适用于添加引发剂、交联剂、抗氧剂等助剂热熔胶粒子的加工。
S4：镀金属工序：采用蒸发镀的方式，在棱镜层20表面镀上反光层10，得到半成品。反光层10的材质也可以是银或铝。本步骤在真空镀膜机中进行，也可以采用溅镀工艺进行。本步骤也可以在涂布工序之前进行，或者复合工序之前进行，或者涂覆工序之前进行，不限定为本实施方式中处理顺序。
S5：裁切工序：将半成品经导辊输送切刀处，可通过调节刀组中相邻刀片之间的间距，制备出指定宽度的间隙反光膜成品。本步骤中指定宽度可以是2-50mm之间任意值，不限定为5mm，比如2mm，10mm，15mm，20mm，25mm，30mm，35mm，40mm，45mm，50mm等等。
下面具体举例说明本申请改进设计的间隙反光膜在光伏组件上应用所带来的功效。
实施例
将基底层(PET材质，厚度为38μm)经导辊送到雕刻有微结构的模具辊与前压辊之间，模具辊与前压辊压合后，在基底层的正上方连续滴加紫外固化胶水，并控制模具辊正下方的紫外光灯组发射紫外光线，使紫外固化胶水固化并形成棱镜层(厚度为20μm)，棱镜层的生产速度为20m/min；
在基底层表面涂覆耐候层涂料，耐候层涂料包括氟碳树脂、二氧化钛粉末和乙酸乙酯。经过烘道将耐候层涂料烘干，烘道温度为170℃，从而制备出耐候层(厚度为10μm)；
挤出机加热到280℃，将热熔胶粒子经挤出机螺杆到达摸头处，将耐候层表面与热熔胶结合，然后经压辊和冷却辊压合，得到粘结层(厚度为70μm)；
采用蒸发镀铝的方式在棱镜层表面镀上反光层(厚度为50nm)，得到半成品；
将半成品经导辊输送切刀处，制备出指定宽度为5mm的间隙反光膜。
对比例1
与实施例不同之处在于，不含耐候层涂料的涂覆步骤。
对比例2
与实施例不同之处在于，耐候层涂料不含有二氧化钛粉末。
分别对实施例和对比例1-2的间隙反光膜进行老化试验，具体步骤为将实施例和对比例1-2的间隙反光膜分别放入紫外老化箱中，使间隙反光膜的粘结层朝向紫外光光源，试验条件为(60±5)℃，控制紫外光光源发射UV A波长320-400nm和UV B波长300-320nm，分别进行辐照总能量为60kWh·m-2、120kWh·m-2、200kWh·m-2试验。然后检测不同样品的黄变和材料脆化情况。其中，可采用拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率表征材料脆化情况。测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002699764900000091
将对比实施例和对比例1-2的间隙反光膜分别裁剪为A4大小的样品，放入湿热老化箱，实验条件为85℃，湿度85％，1000h后测试样品的黄变和材料脆化。测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002699764900000092
由表1和表2测试数据可知，相较于对比例1-2，实施例制备的间隙反光膜黄变指数较低，拉伸强度和断裂伸长率保持较好，表明实施例制备的间隙反光膜不容易发生老化。
以上实施方式仅用以说明本申请实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种间隙反光膜，其特征在于，包括依次叠设的反光层、棱镜层、基底层、耐候层和粘结层，所述耐候层用于阻隔穿过所述粘结层的光线和水汽。
2.根据权利要求1所述的间隙反光膜，其特征在于，所述耐候层包括成膜树脂和混合于所述成膜树脂中的光反射材料。
3.根据权利要求2所述的间隙反光膜，其特征在于，所述耐候层还包括混合于所述成膜树脂中的助剂，所述助剂包括紫外光吸收剂和光稳定剂中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的间隙反光膜，其特征在于，所述成膜树脂选自氟碳树脂、丙烯酸酯类树脂、聚脲弹性体、聚氨酯类树脂和环氧类树脂中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的间隙反光膜，其特征在于，所述光反射材料包括二氧化钛粉末、玻璃珠和金属粉末中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的间隙反光膜，其特征在于，所述耐候层的厚度为1微米至50微米。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的间隙反光膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在基底层的表面形成棱镜层；
在所述基底层远离所述棱镜层的表面涂覆耐候层涂料，所述耐候层涂料包括成膜树脂、光反射材料和溶剂，干燥后得到耐候层；
在所述耐候层远离所述基底层的表面形成粘接层；
在所述棱镜层远离所述基底层的表面形成反光层，得到半成品；及
裁切所述半成品，得到所述间隙反光膜。
8.如权利要求7所述的间隙反光膜的制备方法，其特征在于，所述干燥在100-200℃的温度下进行。
9.一种光伏组件，包括层叠设置的前板和后板，所述前板和所述后板之间设有至少两个电池片，相邻两个所述电池片之间设有间隙，其特征在于，
所述光伏组件还包括至少一如权利要求1-6中任一项所述的间隙反光膜，每一所述间隙反光膜对应所述间隙设置。
10.如权利要求9所述的光伏组件，其特征在于，还包括设置于所述电池片与所述前板之间的前封装胶材，以及设置于所述电池片与所述后板之间的后封装胶材。
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