CN112636682A - 一种光伏组件边框及其材料、光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光伏组件边框及其材料、光伏组件，涉及太阳能光伏组件技术领域，以解决由于水汽渗入光伏组件中，造成光伏组件的PID效应，影响光伏组件的发电量的问题。所述光伏组件边框材料包括热塑性高分子材料、无机纤维材料以及分散剂。其中，热塑性高分子材料占光伏组件边框材料的质量百分比为64％～72％，无机纤维材料占光伏组件边框材料的质量百分比为24％～32％，分散剂占光伏组件边框材料的质量百分比为2.5％～4％。所述光伏组件边框包括上述技术方案所提的光伏组件边框材料。本发明提供的光伏组件边框材料用于制作光伏组件边框。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏组件技术领域，尤其涉及一种光伏组件边框及其材料、光伏组件。
背景技术
随着光伏行业的不断发展，太阳能光伏组件的应用范围逐渐增加。但是在潮湿、高温的户外环境中，光伏组件内部极易产生水汽，当水汽渗入光伏组件中时，会导致封装材料的导电率上升，使得光伏组件的泄露电流增大，从而造成光伏组件的PID效应，影响光伏组件的发电量。
目前市面上的光伏组件大多采用金属边框设计，且系统端逆变器一般采用正极接地，阵列中的组件处于负偏压作用，越靠近逆变器输出端的组件PID现象越明显，造成组件的发电效率降低。
为了克服上述技术问题，目前光伏组件厂家通过改善电池、胶膜能够将PID效应控制在一定的范围内，但都无法彻底解决在高温潮湿环境下，水汽渗入光伏组件中引起的PID效应，对光伏组件系统端造成较大的收益损失。
除了金属边框外，目前市场上存在采用塑料边框的光伏组件。例如，选用柔性材料制备的塑料边框，该柔性材料包括但不限于热塑性聚烯烃(TPO材料)、橡胶或硅胶材料等。但是使用柔性材料制成的边框的强度低，无法承受户外25年的长期使用，且这些材料都为可燃材料，无法起到阻燃效果。另外，目前市场上还有一些采用塑钢材料制备的塑料边框，但其以添加短纤维的不饱和聚酯树脂为原料，通过模具压注成型制作塑料边框。该塑料边框的成型工艺难度高，且无法实现连续生产，产出效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏组件边框及光伏组件边框制备方法和光伏组件，用于解决由于水汽渗入光伏组件中，造成光伏组件的PID效应，影响光伏组件的发电量的问题。
第一方面，本发明提供了一种光伏组件边框材料。该光伏组件边框材料包括热塑性高分子材料、无机纤维材料以及分散剂。其中，热塑性高分子材料占光伏组件边框材料的质量百分比为64％～72％，无机纤维材料占光伏组件边框材料的质量百分比为24％～32％，分散剂占光伏组件边框材料的质量百分比为2.5％～4％。
进一步的，上述热塑性高分子材料包括聚酰胺树脂、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。
进一步的，上述无机纤维材料包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维中的一种或多种。
进一步的，上述分散剂为有机分散剂。
进一步的，上述分散剂包括三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种。
进一步的，上述光伏组件边框材料还包括抗水解剂、光稳定剂和阻燃剂。其中，抗水解剂占光伏组件边框材料的质量百分比为0.8％～1.1％，光稳定剂占光伏组件边框材料的质量百分比为0.6％～0.8％，阻燃剂占光伏组件边框材料的质量百分比为0.1％～0.4％。
进一步的，上述抗水解剂包括聚碳化二亚胺、N,N-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺中的一种或两种。
进一步的，上述光稳定剂包括邻羟基二苯甲酮、苯并三唑、水杨酸酯、三嗪、取代丙烯腈中的一种或多种。
进一步的，上述阻燃剂包括三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或多种。
第二方面，本发明还提供一种光伏组件边框。该光伏组件边框包括第一方面或第一方面任一可能的实现方式所描述的光伏组件边框材料。
第三方面，本发明还提供一种光伏组件。该光伏组件包括第二方面所描述的光伏组件边框。
采用上述技术方案的情况下，本发明提供的光伏组件边框材料中，通过添加分散剂，并控制热塑性高分子材料占光伏组件边框材料的质量百分比为64％～72％，无机纤维材料占光伏组件边框材料的质量百分比为24％～32％，分散剂占光伏组件边框材料的质量百分比为2.5％～4％，使得有机的热塑性高分子材料和无机纤维材料可以充分的混合均匀。此时，可以充分利用热塑性高分子材料和无机纤维材料的优点，使得光伏组件边框材料具有与金属相媲美的强度，且更耐划伤，从而延长了光伏组件边框材料的使用寿命。基于此，由于热塑性高分子材料、无机纤维材料均为绝缘性物质，使得该光伏组件边框材料具有绝缘性，因此，使用该具有绝缘性的光伏组件边框材料制备的光伏组件边框具有绝缘性。当使用该光伏组件边框制备光伏组件时，由于该光伏组件边框是具有绝缘性的，因此，电池片和光伏组件边框之间不会出现离子迁移，可以避免在高温潮湿环境下，水汽渗入光伏组件中引起的PID效应，避免造成光伏组件性能的衰减，从而提高了光伏组件的输出功率。
另外，由于热塑性高分子材料密度小，因此使用热塑性高分子材料制备的光伏组件边框材料具有质量轻的特点，可以减少运输成本。而且，该热塑性高分子材料可以实现连续加工作业，该光伏组件边框材料的加工难度低，加工成本低，加工效率高，产能高。
光伏组件边框的有益效果和光伏组件的有益效果与光伏组件边框材料的有益效果相同，在此不再赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的光伏组件边框的局部左视图；
图2为本发明实施例提供的光伏组件边框的局部俯视图；
图3为本发明实施例提供的光伏组件边框的局部主视图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例提供的光伏组件边框材料中的各个成分均采用市售产品，具体型号不做限定。
本发明实施例提供了一种光伏组件边框材料。该光伏组件边框材料用于制备光伏组件边框。光伏组件边框材料包括热塑性高分子材料、无机纤维材料以及分散剂。其中，热塑性高分子材料占光伏组件边框材料的质量百分比为64％～72％，无机纤维材料占光伏组件边框材料的质量百分比为24％～32％，分散剂占光伏组件边框材料的质量百分比为2.5％～4％。
在本发明实施例提供的光伏组件边框材料中，通过添加分散剂并控制上述热塑性高分子材料、无机纤维材料及分散剂占光伏组件边框材料的质量百分比，使得有机的热塑性高分子材料和无机纤维材料可以充分的混合均匀，可以充分利用两者的优点，使得光伏组件边框材料具有更高的强度，可以与金属的强度相媲美。且更耐划伤，延长了光伏组件边框材料的使用寿命。基于此，由于热塑性高分子材料和无机纤维材料均为绝缘性物质，因此，该光伏组件边框材料具有绝缘性，使用该光伏组件边框材料制备的光伏组件边框也具有绝缘性。当该光伏组件边框应用在光伏组件中时，由于该光伏组件边框具有绝缘性，使得该光伏组件可以避免在高温潮湿环境下，水汽渗入光伏组件中引起的PID效应。
上述热塑性高分子材料为光伏组件边框材料的主要成分之一，使得光伏组件边框材料具有绝缘性、高硬度、耐磨性等。热塑性高分子材料可以为聚酰胺树脂、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。上述聚酰胺树脂可以为聚酰亚胺(尼龙6)、也可以为聚已二酰己二胺(尼龙66)等，但并不限于此。在实际应用中，该热塑性高分子材料可以使用注塑机或者挤出机进行加工，但是为了提高加工效率，可以选择使用挤出机进行连续加工，以降低生产成本。
上述无机纤维材料也是光伏组件边框材料的主要成分之一，通过在光伏组件边框材料中添加无机纤维材料，通过无机纤维材料和热塑性高分子材料的混合，使得光伏组件边框材料的硬度得到进一步的提升，使得制得的光伏组件边框材料的硬度可以和金属材料的硬度相媲美。同时，使得光伏组件边框材料更加耐划伤，更适用于长期的在户外环境中使用。该无机纤维材料包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维中的一种或多种。在实际应用中，由于该无机纤维材料均为长纤，可以使用挤出机进行加工。具体的，将无机纤维材料放入挤出机的入料口中，使用挤出机的螺杆将上述无机纤维材料剪断，和光伏组件边框材料中的其他成分混合后挤出，得到光伏组件边框材料。再挤出后，可以通过加热熔融的方式，使得无机纤维材料与光伏组件边框材料的其他成分之间可以更好的混合在一起。应理解，这里的挤出机可以是单螺杆挤出机，也可以是双螺杆挤出机，在此不做限定。
上述分散剂为有机分散剂。由于热塑性高分子材料为有机材料，有机分散剂和热塑性高分子材料的分子链更容易结合在一起，可以在热塑性高分子材料的粒子表面形成保护膜，阻止热塑性高分子材料粒子的重新凝聚，从而使得热塑性高分子材料可以更均匀的和无机纤维材料混合在一起。因此，为了达到更好的分散效果，本发明实施例中选用的分散剂为有机分散剂。通过在光伏组件边框材料中添加分散剂可以使得光伏组件边框材料中各个组成成分之间混合的更加均匀，使得各个组成成分的性能得到更好的发挥，从而使得光伏组件边框材料的性能更加稳定。具体的，分散剂可以为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种。其中，纤维素衍生物是指以纤维素高分子中的羟基与化学试剂发生酯化或醚化反应后的生成物。例如，该纤维素衍生物可以为纤维素硝酸酯、纤维素乙酸酯、纤维素乙酸丁酸酯、纤维素黄酸酯中的一种。该纤维素衍生物也可以为甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、氰乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种。
本发明实施例提供的光伏组件边框材料还包括抗水解剂、光稳定剂和阻燃剂。其中，抗水解剂占光伏组件边框材料的质量百分比为0.8％～1.1％，光稳定剂占光伏组件边框材料的质量百分比为0.6％～0.8％，阻燃剂占光伏组件边框材料的质量百分比为0.1％～0.4％。通过在光伏组件边框材料中添加抗水解剂、光稳定剂和阻燃剂并控制抗水解剂占光伏组件边框材料的质量百分比为0.8％～1.1％，光稳定剂占光伏组件边框材料的质量百分比为0.6％～0.8％，阻燃剂占光伏组件边框材料的质量百分比为0.1％～0.4％，使得该光伏组件边框材料具有抗水解、光照稳定性以及阻燃性能，使得该光伏组件边框材料的寿命更长，可以适用于长期在户外环境中使用。
上述抗水解剂可以防止或者减缓热塑性高分子材料水解，以延缓热塑性高分子材料的老化，提升热塑性高分子材料的使用寿命。抗水解剂可以为聚碳化二亚胺、N,N-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺中的一种或两种。上述聚碳化二亚胺可以为聚碳化二亚胺UN-03。
上述光稳定剂可以提高光伏组件边框材料光照稳定性，可以防止或者减缓在户外光照条件下热塑性高分子材料的光老化，提高光伏组件边框材料的抗老化性能，提升热塑性高分子材料的使用寿命。光稳定剂可以为邻羟基二苯甲酮、苯并三唑、水杨酸酯、三嗪、取代丙烯腈中的一种或多种。
上述阻燃剂可以提升光伏组件边框材料的阻燃效果，使得热塑性高分子材料具有阻燃性，使得该光伏组件边框材料更适用于户外环境中。阻燃剂可以为三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或多种。
本发明实施例还提供了一种光伏组件边框，用于作为光伏组件的边框。如图1～图3所示，该光伏组件边框1包括上述光伏组件边框材料。光伏组件边框1具有高强度、耐老化、绝缘性、耐划伤、耐水解和阻燃性的特点，可以承受长期在户外环境中使用。
如图1～图3所示，在实际应用中，可以使用光伏组件边框材料经过双螺杆挤出机加热熔融后，从特制模头中挤出，再通过拉伸、牵引、冷却制成光伏组件边框毛坯。将光伏组件毛坯在冲压模具中冲出安装孔2、漏水孔3、接地标示4后，得到光伏组件边框1。应理解，这里的特制模头可以根据需要生产的光伏组件边框1的实际形状进行制作.，以保证该光伏组件边框毛坯可以一次成型，提高生产效率。该光伏组件边框材料可以经过双螺杆挤出机连续加料作业，因此，该光伏组件边框1的生产效率更高，且加工难度低，成本低。
本发明实施例还提供了一种光伏组件，该光伏组件可以彻底避免由于在高温潮湿环境下，水汽渗入光伏组件中引起的PID效应。该光伏组件包括上述光伏组件边框。当然，该光伏组件还可以包括玻璃、电池片、封装胶膜、焊带、背板、接线盒和硅胶。
在实际应用中，可以通过在上述光伏组件边框的槽内打上硅胶，再将边框与层压件(按顺序安装固定好的玻璃、封装胶膜、背板、电池片、焊带和接线盒)进行安装固定。这里需要注意的是，长短光伏组件边框可以通过塑料制绞件连接，也可以通过螺丝连接等。
为了验证本发明实施例提供的光伏组件边框材料的性能，下面以实施例和对比例相对比的形式进行解释说明。
实施例一
以质量百分比计，本发明实施例提供的光伏组件边框材料包括：质量百分比为64％的聚酰胺树脂、质量百分比为32％的玻璃纤维、质量百分比为2.5％的三乙基己基磷酸、质量百分比为0.8％的聚碳化二亚胺、质量百分比为0.6％的邻羟基二苯甲酮、质量百分比为0.1％的三氧化二锑。将上述材料依次加入双螺杆挤出机中，通过双螺杆挤出机挤出制成光伏组件边框材料，然后将上述光伏组件边框材料经过双螺杆挤出机加热熔融后，从双螺杆挤出机的挤出模头冷切成型，得到本发明实施例提供的光伏组件边框。可以通过连续在双螺杆挤出机中加入上述质量比的各个成分，以实现光伏组件边框的连续生产，提高了产能。按照本发明实施例提供的各个成分的质量比关系制备的光伏组件边框材料的性能参数见表1。由于光伏组件边框材料的各个性能的测试方法均使用的现有技术的相关标准测试方法，所以具体的测试方法在此不做过多介绍，仅标注使用的相应的标准。
实施例二
与实施例一不同的是，以质量百分比计，本发明实施例提供的光伏组件边框材料包括：质量百分比为72％的聚丙烯、质量百分比为24％的碳纤维、质量百分比为2.5％的十二烷基硫酸钠和甲基戊醇的混合物(十二烷基硫酸钠和甲基戊醇的质量比为1：1)、质量百分比为0.8％的N,N-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺、质量百分比为0.6％的苯并三唑和水杨酸酯的混合物(苯并三唑和水杨酸酯的质量比为1：1)、质量百分比为0.1％的氢氧化镁。按照本发明实施例提供的各个成分的质量比关系制备的光伏组件边框材料的性能参数见表1。
实施例三
与实施例一不同的是，以质量百分比计，本发明实施例提供的光伏组件边框材料包括：质量百分比为65％的聚对苯二甲酸乙二醇酯、质量百分比为28.7％的硼纤维、质量百分比为4％的聚丙烯酰胺、古尔胶和脂肪酸聚乙二醇酯的混合物(聚丙烯酰胺、古尔胶和脂肪酸聚乙二醇酯的质量比为1：1：1)、质量百分比为1.1％的聚碳化二亚胺UN-03和N,N-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺的混合物(聚碳化二亚胺UN-03和N,N-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺的质量比为1：1)、质量百分比为0.8％的三嗪、质量百分比为0.4％的氢氧化铝。按照本发明实施例提供的各个成分的质量比关系制备的光伏组件边框材料的性能参数见表1。
实施例四
与实施例一不同的是，以质量百分比计，本发明实施例提供的光伏组件边框材料包括：质量百分比为70％的聚对苯二甲酸乙二醇酯、质量百分比为25％的硼纤维、质量百分比为3％的三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠的混合物(三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠的质量比为1：1)、质量百分比为1％的聚碳化二亚胺UN-03、质量百分比为0.7％的三嗪、质量百分比为0.3％的氢氧化铝和氢氧化镁的混合物(氢氧化铝和氢氧化镁的质量比为1：1)。按照本发明实施例提供的各个成分的质量比关系制备的光伏组件边框材料的性能参数见表1。
对比例一
与实施例一不同的是，以质量百分比计，本对比例中的光伏组件边框材料中的聚酰胺树脂的质量百分比为79％、玻璃纤维的质量百分比为20％。按照本对比例提供的各个成分的质量比关系制备的光伏组件边框材料的性能参数见表1。
对比例二
与实施例一不同的是，以质量百分比计，本对比例中的光伏组件边框材料中的聚酰胺树脂的质量百分比为60％、玻璃纤维的质量百分比为37％。按照本对比例提供的各个成分的质量比关系制备的光伏组件边框材料的性能参数见表1。
对比例三
与实施例一不同的是，本对比例中的光伏组件边框材料中使用橡胶代替热塑性高分子材料，且没有添加三氧化二锑，其余组分均相同。这里的橡胶为市售橡胶。按照本对比例提供的各个成分的质量比关系制备的光伏组件边框材料的性能参数见表1。
表1光伏组件边框材料性能参数表
由表1可知，对比例一中的聚酰胺树脂的质量百分比为79％、玻璃纤维的质量百分比为20％，制得的光伏组件边框材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度都小于实施例一～实施例三中制得的光伏组件边框材料。对比例二中的聚酰胺树脂的质量百分比为60％、玻璃纤维的质量百分比为37％，得到的光伏组件边框材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度都小于实施例一～实施例四中制得的光伏组件边框材料。由此可知，本发明实施例提供的光伏组件边框材料中，热塑性高分子材料占光伏组件边框材料的质量百分比为64％～72％，无机纤维材料占光伏组件边框材料的质量百分比为24％～32％，分散剂占光伏组件边框材料的质量百分比为2.5％～4％时，制得的光伏组件边框材料的性能最好。
由对比例三可知，当使用市售的橡胶代替热塑性高分子材料，且不添加阻燃剂的情况下，制得的光伏组件边框材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度都明显小于实施例一的相应参数，且阻燃性较差。
由此可知，本发明实施例提供的光伏组件边框材料中，使用热塑性高分子材料和无机纤维材料作为主要成分，并使用有机分散剂使得热塑性高分子材料可以和无机纤维材料均匀的混合在一起，在满足热塑性高分子材料占光伏组件边框材料的质量百分比为64％～72％，无机纤维材料占光伏组件边框材料的质量百分比为24％～32％，分散剂占光伏组件边框材料的质量百分比为2.5％～4％的条件下，制得的光伏组件边框材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度都较大，更加适用于长期在户外环境中使用。同时，在添加阻燃剂后，由分散剂将阻燃剂与光伏组件边框材料中的各个成分均匀混合在一起，使得光伏组件边框材料具有阻燃性能，以延长光伏组件边框材料的使用寿命。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种光伏组件边框材料，其特征在于，包括：热塑性高分子材料、无机纤维材料以及分散剂；其中，
所述热塑性高分子材料占所述光伏组件边框材料的质量百分比为64％～72％；所述无机纤维材料占所述光伏组件边框材料的质量百分比为24％～32％；所述分散剂占所述光伏组件边框材料的质量百分比为2.5％～4％。
2.根据权利要求1所述的光伏组件边框材料，其特征在于，所述热塑性高分子材料包括聚酰胺树脂、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的光伏组件边框材料，其特征在于，所述无机纤维材料包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的光伏组件边框材料，其特征在于，所述分散剂为有机分散剂；和/或，
所述分散剂包括三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种。
5.根据权利要求1～4任一项所述的光伏组件边框材料，其特征在于，所述光伏组件边框材料还包括抗水解剂、光稳定剂和阻燃剂；其中，
所述抗水解剂占所述光伏组件边框材料的质量百分比为0.8％～1.1％；所述光稳定剂占所述光伏组件边框材料的质量百分比为0.6％～0.8％；所述阻燃剂占所述光伏组件边框材料的质量百分比为0.1％～0.4％。
6.根据权利要求5所述的光伏组件边框材料，其特征在于，所述抗水解剂包括聚碳化二亚胺、N,N-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺中的一种或两种。
7.根据权利要求5所述的光伏组件边框材料，其特征在于，所述光稳定剂包括邻羟基二苯甲酮、苯并三唑、水杨酸酯、三嗪、取代丙烯腈中的一种或多种。
8.根据权利要求5所述的光伏组件边框材料，其特征在于，所述阻燃剂包括三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或多种。
9.一种光伏组件边框，其特征在于，包括：权利要求1～8任一项所述的光伏组件边框材料。
10.一种光伏组件，其特征在于，所述光伏组件包括权利要求9所述的光伏组件边框。
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- 2020-12-17 CN CN202011501727.XA patent/CN112636682A/zh active Pending
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