CN113097322B - 高透光彩色太阳能面板及其生产方法、彩色太阳能光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高透光彩色太阳能面板及其生产方法、彩色太阳能光伏组件，生产方法包括以下步骤：将UV固化彩色涂料涂布于透明基底上，形成UV固化彩色涂层；将具有凸起阵列的模板与UV固化彩色涂层压合，对UV固化彩色涂层进行机械压纹；同时对UV固化彩色涂层照射紫外光；脱除模板，UV固化彩色涂层上形成与凸起阵列互补的透光孔；对脱模后的UV固化彩色涂层进行后固化，得到所述的高透光彩色太阳能面板；以原料的质量百分比计，所述的UV固化彩色涂料包括：光敏聚合物50‑70％；低粘度光活性稀释剂10‑35％；光敏剂1‑5％；颜料1‑15％；紫外光吸收剂0.5‑2％；流平剂0.01‑3％。本发明的高透光彩色太阳能面板具有较高的透光率，可大大提高光伏组件的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏领域，尤其涉及一种高透光彩色太阳能面板及其生产方法、彩色太阳能光伏组件。
背景技术
中国向世界承诺，2030年碳达峰，2060年实现碳中和，太阳能发电是减少碳排放、实现碳中和的重要路径之一。
硅晶太阳能光伏电池占市场主流。如图1所示，硅晶太阳能光伏电池的传统结构，从外往内由光伏玻璃、光伏胶膜、单晶硅或多晶硅太阳能电池片、光伏胶膜和光伏背板组成，采用铝合金边框固定。
无论晶硅、铜铟镓硒(CIGS)、还是碲化镉(CdTe)太阳能电池片均呈深蓝色或黑色，所以太阳能组件也呈蓝深色。
太阳能要进入城市，必须符合大众的审美需求，美观度是前提，发电效率再高的太阳能，如果不改变黑、丑、笨的本来面目，就无法在城市大批量推广，彩色太阳能是城市碳中和的刚性需求。
公开号为CN212625602U的中国专利文献公开了一种高透光彩色光伏组件，包括电池片、粘合层和前板玻璃，粘合层位于电池片和前板玻璃之间，粘合层设有多层，高透光彩色光伏组件还包括色彩层，色彩层位于两层透明粘合胶膜之间，色彩层为干涉类珠光粉层。
公开号为CN110437676A的中国专利文献分别公开了一种随景变色油墨，包括7～30重量份光敏聚合物、8～20重量份光活性单体、1～5重量份光敏剂、30～55重量份耐候性树脂、1～10重量份固化剂、1～15重量份珠光颜料。珠光颜料为具有耐候性能的干涉类珠光颜料中的至少一种。
干涉类珠光颜料本身并没有什么颜色，每一片珠光颜料都可以视为一个微型三棱镜，能够把白色复合光分解成五颜六色的单色光，从而使印刷油墨涂层呈现出美丽的珍珠光泽和金属光泽。人眼看到的图案颜色是透明珠光颜料片对入射光多重反射与折射相互叠加、相互干涉的结果。
上述彩色光伏组件虽然提高了光电转换效率，最大透光率可达80％以上，但存在部分颜色透光率不高，色彩不够丰富，无法完全满足设计师的需求的缺陷。
因此有必要研发色彩更加丰富、更高透光率的光伏产品。
发明内容
本发明提供了一种高透光彩色太阳能面板及其生产方法，该高透光彩色太阳能面板具有较高的透光率，可大大提高光伏组件的光电转换效率。
本发明的技术方案如下：
一种高透光彩色太阳能面板的生产方法，包括以下步骤：
(1)将UV固化彩色涂料涂布于透明基底上，形成UV固化彩色涂层；
(2)将具有凸起阵列的模板与UV固化彩色涂层压合，对UV固化彩色涂层进行机械压纹；同时对UV固化彩色涂层照射紫外光，使UV固化彩色涂层干燥固化；
(3)脱除模板，UV固化彩色涂层上形成与凸起阵列互补的透光孔；
(4)对脱模后的UV固化彩色涂层进行后固化，得到所述的高透光彩色太阳能面板；
以原料的质量百分比计，所述的UV固化彩色涂料包括：光敏聚合物50-70％；低粘度光活性稀释剂10-35％；光敏剂1-5％；颜料1-15％；紫外光吸收剂0.5-2％；流平剂0.01-3％。
所述的透明基底为光伏玻璃面板或透明塑料薄膜。基底为透明塑料薄膜时，制备的太阳能面板可用于制备柔性彩色太阳能光伏组件。
本发明中，模板上的凸起阵列形成一定的花纹，模板与液态的UV固化彩色涂层紧密贴合，形成均匀分布、疏密可控、凹凸不平的彩色图案；UV固化彩色涂层中，凸起的地方涂层厚度大，颜色深；凹的地方涂层薄，颜色浅，形成透光孔。
采用模板机械压纹，一方面改变了UV固化彩色涂层中的颜料取向，使片状颜料部分竖立或者倾斜，让太阳光线能够透过颜料之间的间隙，照射到电池片表面产生电流；另一方面，改变了UV固化彩色涂层颜料的分布，使光伏面板表面局部有彩色图案，局部为透明玻璃(透光孔)，太阳光能够不经颜料涂层阻挡，直接通过透光孔照射到电池片表面，透光率大大提高，发电效率显著提高。
所述的模板可以是辊筒状，也可以是片状；材质为橡胶、塑料或金属。所述的凸起阵列的疏密、形状和深度可根据需要进行调整，例如，所述的凸起阵列可以是点状凸起阵列、柱状凸起阵列或线状凸起阵列。
为了便于脱模，所述的模板表面涂有离型剂。
所述的UV固化彩色涂层可以是液体涂层，也可以是固体涂层。液体涂层在室温下直接压纹成型；固体涂层需要加热涂层使其软化后再进行机械压纹。优选的，机械压纹温度为50-120℃。
优选的，步骤(2)中，在机械压纹之前，对UV固化彩色涂层进行预热；预热温度为35-100℃，预热时间为1-10min。
对于热塑性固态涂层，预热可以使涂层软化，便于机械压纹；对于液态涂层，预热可降低涂层粘度，加速涂层的流平、消除涂层中的气泡。预热温度太高，会导致涂层少量成分挥发，涂层容易出现缩孔；预热温度太低，涂层粘度较大，不利于涂料流平、气泡消除和片状颜料排列等。
优选的，预热温度为50-80℃。
优选的，所述的UV固化彩色涂层的厚度为8-50μm；所述的透光孔的深度为8-50μm。
本发明中，UV固化彩色涂层可以采用多种方式涂布，如丝网印刷、辊涂、淋涂、喷涂等。所述丝网印刷是指采用80-300目、丝径25-200μm的聚酯丝网，65-85度刮板印刷UV彩色涂料，印刷墨层厚度8-50μm。
优选的，所述的UV固化彩色涂层采用丝网印刷；所述丝网为100-200目丝径30-50μm的聚酯丝网。
本发明的UV固化彩色涂料中，所述的光敏聚合物为带有活性异氰酸酯基(NCO)的聚氨酯丙烯酸酯；所述的光敏聚合物中，异氰酸酯基团的含量为3-13.5％，官能度为1-6。
该光敏聚合物具有双重固化功能，既可UV光固化，又能够湿气固化，尤其适合于高颜料含量、厚涂层、UV光照不透的涂层，涂层底层可自行固化，保证了UV固化彩色涂层对玻璃具有优异的附着牢度、耐候、耐盐雾、耐高低温性能。
优选的，所述的光敏聚合物为广州五行材料科技有限公司的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯W2395(NCO＞11.5％，官能度1-2)、W23951(NCO＞8％，官能度1-2)、W2396(NCO＞8.5％，官能度2-3)中的至少一种。
所述的低粘度光活性稀释剂为不含羟基的低粘度丙烯酸酯单体和低粘度光敏性树脂中的至少一种；所述的低粘度光活性稀释剂的官能度为1-15。
所述的低粘度光活性稀释剂主要用于调节UV固化彩色涂料的粘度和涂料固化膜性能，储存过程中不会与光敏树脂中的NCO发生反应。
优选的，所述的低粘度光活性稀释剂为丙烯酸异冰片酯(IBOA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(EOEOEA)、三乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMP(3EO)TA)、广州五行材料科技有限公司的低粘度有机无机杂化聚氨酯丙烯酸酯W998、广州五行材料科技有限公司的低粘度高官能聚氨酯丙烯酸酯W9962和中山千佑化学材料有限公司的低粘度聚氨酯丙烯酸酯US012中的至少一种。
所述的光敏剂为1-羟基环己基苯甲酮(184)、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173)和2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)中的至少一种。
所述的颜料为耐候性无机颜料或有机颜料中的至少一种。可以是透明的，如彩色珠光粉、彩色岩片等；也可以是不透明的金属颜料片状铝粉、铜粉、无机矿物质颜料等。
所述的流平剂为具有防粘连及流平功能的有机硅助剂。所述的流平剂可防止UV固化彩色涂层与压纹辊或模具粘连。
优选的，所述的流平剂为迪高公司的迪高2700、迪高2650，毕克公司的BYK-354、BYK-3500、BYK-3510中的至少一种。
本发明中，在机械压纹的同时，从光伏面板反面或透过透明模板进行紫外光照射，使UV固化彩色涂层内物质发生辐射聚合或辐射交联等光固化反应，让UV固化彩色涂层快速干燥固化，保持压纹图案不变形。
紫外光照能量太小，涂层固化不彻底，表面硬度低，耐水性等综合性能差；光照能量太大，固化膜发脆，涂层会发生黄变，还会导致太阳能超白玻璃泛黄，从而影响透光率和光电转换效率。
优选的，步骤(2)中，照射的紫外光的波长为300-420nm；紫外光照射的能量为150-1500毫焦/平方厘米。
不同的涂层厚度，不同的颜色，固化涂层所需的UV光能量各不一样。优选的，步骤(2)中，紫外光照射的能量为150-1100毫焦/平方厘米。
所述的后固化为：
室温下，将脱模后的UV固化彩色涂层放置在湿度为55-80％RH的空气中24-72h；
或，对脱模后的UV固化彩色涂层进行IR加热；IR加热温度为80-200℃，IR加热时间为3-20min；湿度为55-80％RH。
本发明中，所述的UV固化彩色涂料具有紫外光固化和湿气固化双重固化特性，在紫外光固化并脱模后，UV固化彩色涂层可在一定湿度范围内，室温下自然放置24-72h后，UV固化彩色涂层中的活性基团与空气中的湿气充分反应，有效改善UV固化涂层对玻璃的附着牢度、耐水性能、耐湿热等性能。为了加快后固化速度及增强后固化效果，还可以采用IR加热光伏玻璃面板进行后固化。
IR加热温度和时间都会影响UV固化涂层的综合性能，温度低于80℃时，性能改善不明显，而温度高于200℃时，会导致涂层变黄老化。
优选的，IR加热温度为120-180℃，IR加热时间为3-10min。
基于同样的发明构思，本发明还提供了一种采用上述生产方法生产的高透光彩色太阳能面板。
基于同样的发明构思，本发明还提供了一种彩色太阳能光伏组件，包括上述高透光彩色太阳能面板。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的生产方法通过机械压纹工艺改变了UV固化彩色涂层中片状颜料的取向及UV固化彩色涂层的分布，使光线能够透过涂层透光孔、颜料片之间的透明狭缝，直接照射到电池片表面，大大提高了透光率和光电转换效率；
(2)本发明的生产方法中，机械压纹与光照固化两个工艺同步进行，工艺简单，质量稳定，UV固化彩色涂层色彩丰富，缩小了不同色彩涂层之间的透光率差别，生产效率大大提高；
(3)UV固化彩色涂层不含挥发性VOC，具有环保优势；
(4)本发明的彩色太阳能光伏组件中，UV固化彩色涂层的透光率不受色彩限制，在保证透光率的前提下，极大地拓宽了太阳能产品的色彩选择。
附图说明
图1为硅晶太阳能光伏电池的传统结构示意图；
图2为彩色涂层压纹后的太阳能面板俯视示意图。
具体实施方式
实施例1
红色压纹双重固化UV涂层配方(原料质量百分比)：
将上述配方中各组分搅拌均匀，采用200目丝网版在光伏玻璃表面印刷上述UV彩色涂料，即得到厚度21微米红色涂层，采用表面雕刻有点状阵列(30线/英寸，深度21微米)的硬橡胶辊筒滚压玻璃表面的UV彩色涂层，同时从玻璃反面照射UV光，使辊压成型的液体涂层瞬间固化干燥。
UV照射能量810毫焦/平方厘米，光固化后的玻璃室温放置20小时自然干燥，湿度为75％RH，即制得近距离观看表面为凹凸不平的多孔彩色图案(如图2所示)，远距离观看为色彩均匀一致红色玻璃，测定透光率等理化指标，见附表1。
实施例2
银色压纹双重固化UV涂层配方(原料质量百分比)：
将上述配方中各组分搅拌均匀，采用辊涂法在光伏玻璃表面涂布厚度19微米彩色涂层，采用表面雕刻有点状阵列(30线/英寸，深度19微米)的硬橡胶辊筒滚压玻璃表面的UV彩色涂层，同时从玻璃反面照射UV光，使辊压成型的液体涂层瞬间固化干燥。
UV照射能量610毫焦/平方厘米，光固化后的玻璃室温放置24小时自然干燥，湿度为65％RH即制得近距离观看表面为凹凸不平的点状银白色图案，远距离观看为色彩均匀一致银色玻璃，测定透光率等理化指标，见附表1。
实施例3
白色压纹双重固化UV涂料配方(原料质量百分比)：
将上述配方中各组分搅拌均匀，采用200目丝网版在光伏玻璃表面印刷上述彩色涂料，即得到厚度22微米彩色涂层，采用表面雕刻有点状阵列(30线/英寸，深度22微米)的硬橡胶辊筒滚压玻璃表面的UV彩色涂层，同时从玻璃反面照射UV光，使辊压成型的液体涂层瞬间固化干燥。
UV照射能量1100毫焦/平方厘米，光固化后的玻璃160℃IR加热10分钟固化，即制得近距离观看表面为凹凸不平的点状彩色图案，远距离观看为色彩均匀一致白色玻璃，测定透光率等理化指标，见附表1。
对比例1
无压纹红色双重固化UV涂层(原料质量百分比)：
将上述配方中各组分搅拌均匀，采用200目丝网版在光伏玻璃表面印刷上述彩色涂料，即得到厚度21微米彩色涂层，不经压纹直接从玻璃反面照射UV光，使玻璃液体的涂层瞬间干燥。
UV照射能量810毫焦/平方厘米，光固化后的玻璃室温放置20小时自然干燥，湿度为75％RH，即制得色彩均匀一致的金色玻璃，测定透光率等理化指标，见附表1。
对比例2
无压纹银色双重固化UV涂层配方(原料质量百分比)：
银色压纹双重固化UV涂层配方(原料质量百分比)：
将上述配方中各组分搅拌均匀，采用滚涂法在光伏玻璃表面涂布厚度19微米彩色涂层，不经压纹直接从玻璃反面照射UV光，使辊压成型的液体涂层瞬间固化干燥。
UV照射能量610毫焦/平方厘米，光固化后的玻璃室温放置24小时自然干燥，湿度为65％RH，即制得均匀一致的银色玻璃，测定透光率等理化指标，见附表1。
对比例3
无压纹白色双重固化UV涂料配方(原料质量百分比)：
将上述配方中各组分搅拌均匀，采用200目丝网版在光伏玻璃表面印刷上述彩色涂料，即得到厚度22微米彩色涂层，不经压纹直接从玻璃反面照射UV光，使白色液体涂层瞬间固化干燥。
UV照射能量1000毫焦/平方厘米，光固化后的玻璃160℃IR加热10分钟固化，即制得均匀一致白色玻璃，测定透光率等理化指标，见附表1。
实例1-3与对比例1-3UV涂层性能测试结果见表1。
表1
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高透光彩色太阳能面板的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将UV固化彩色涂料涂布于透明基底上，形成UV固化彩色涂层；
（2）将具有凸起阵列的模板与UV固化彩色涂层压合，对UV固化彩色涂层进行机械压纹；同时对UV固化彩色涂层照射紫外光， 使UV固化彩色涂层干燥固化；
（3）脱除模板，UV固化彩色涂层上形成与凸起阵列互补的透光孔；
（4）对脱模后的UV固化彩色涂层进行后固化，得到所述的高透光彩色太阳能面板；
以原料的质量百分比计，所述的UV固化彩色涂料包括：光敏聚合物50-70%；低粘度光活性稀释剂10-35%；光敏剂1-5%；颜料1-15%；紫外光吸收剂0.5-2%；流平剂0.01-3%；
所述的光敏聚合物为带有活性异氰酸酯基的聚氨酯丙烯酸酯；所述的光敏聚合物中，异氰酸酯基团的含量为3-13.5%，官能度为1-6；
所述的颜料为片状无机颜料。
2.根据权利要求1所述的高透光彩色太阳能面板的生产方法，其特征在于，步骤（2）中，在机械压纹之前，对UV固化彩色涂层进行预热；预热温度为35-100℃，预热时间为1-10min。
3.根据权利要求1所述的高透光彩色太阳能面板的生产方法，其特征在于，所述的UV固化彩色涂层的厚度为8-50μm；所述的透光孔的深度为8-50μm。
4.根据权利要求1所述的高透光彩色太阳能面板的生产方法，其特征在于，所述的低粘度光活性稀释剂为不含羟基的低粘度丙烯酸酯单体和低粘度光敏性树脂中的至少一种；所述的低粘度光活性稀释剂的官能度为1-15。
5.根据权利要求1所述的高透光彩色太阳能面板的生产方法，其特征在于，所述的流平剂为具有防粘连及流平功能的有机硅助剂。
6.根据权利要求1所述的高透光彩色太阳能面板的生产方法，其特征在于，步骤（2）中，照射的紫外光的波长为300-420nm；紫外光照射的能量为150-1500毫焦/平方厘米。
7.根据权利要求1所述的高透光彩色太阳能面板的生产方法，其特征在于，所述的后固化为：
室温下，将脱模后的UV固化彩色涂层放置在湿度为55-80%RH的空气中24-72h；
或，对脱模后的UV固化彩色涂层进行IR加热；IR加热温度为80-200℃，IR加热时间为3-20min；湿度为55-80%RH。
8.一种高透光彩色太阳能面板，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的生产方法生产得到。
9.一种彩色太阳能光伏组件，其特征在于，包括如权利要求8所述的高透光彩色太阳能面板。
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