CN115477875A - 一种黑色辐射降温功能涂料及制作方法、背板及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏组件技术领域，公开了一种黑色辐射降温功能涂料及制作方法、背板及应用。该黑色辐射降温功能涂料按质量百分比计，其原料配方为：氟碳树脂40‑60％、辐射降温功能材料5‑20％、固化剂5‑15％、助剂5‑12％、黑色颜料10‑20％、二氧化硅1‑5％和溶剂10‑20％；氟碳树脂为羟基型氟碳树脂，辐射降温功能材料为羟基封端聚二甲基硅烷，固化剂为脂肪族异氰酸酯固化剂；二氧化硅是粒径D50为100nm‑10μm的二氧化硅粉末。该黑色辐射降温功能涂料能有效避免大量聚二甲基硅烷加入带来的涂层发花问题以及附着力、粘结性能及老化性能的下降问题，并能有效降低光伏组件的工作温度，增益其发电功率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏组件技术领域，具体涉及一种黑色辐射降温功能涂料及制作方法、背板及应用。
背景技术
太阳能光伏组件在户外发电使用过程中，由于受到阳光直射及自身在发电过程中产生的热量的影响，所以光伏组件的温度会明显升高，尤其是搭配黑色背板的光伏组件的温度升高现象会更加严重。光伏组件在发电过程中，尤其在阳光充足的中午时刻，其表面温度可达60-80℃。高温光伏组件在发电过程中其功率会受到严重影响。有数据表明，光伏组件在工作过程中其温度每升高1℃，则发电效率会降低0.4-0.5％。因此，如何降低光伏组件的工作温度成为光伏组件研究的一项重要环节。
基于此，现有技术，如公开号CN110391310B提供的一种辐射自降温太阳能电池背板膜及其制备方法，其8～14μm红外选择性辐射纳米功能组合物由纳米二氧化硅、稀土硅酸盐化合物和钼酸盐化合物按照质量比例1:(0.5～2):(0.5～2)组合而成，再搭配含氟聚合物、柔性高反射膜以及如绝缘阻隔层、粘结层的其他背板材料，使制得的背板膜具有优异的紫外-可见-近红外太阳光反射性能、导热性能和红外选择性辐射自降温功能，在降低电池背板温度，提高光电转换效率上具有一定应用前景。
该现有技术使用了辐射降温技术，通过8～14μm红外选择性辐射功能层来改善背板膜在使用过程中的温升现象。其中，红外辐射降温的原理是：大气层阻碍了地面物体向太空直接散热，但在8～14微米波段内，大气层中的水蒸汽、CO2和O3的吸收能力很弱，即大气层在这个波段内的透明度很高，通常称这个波段为“大气窗口”，地面上的辐射体可以直接透过“大气窗口”辐射热量到大气层外的外层空间，从而达到降温效果。
近年来辐射降温的材料层出不穷，无机材料和有机材料均在不断的验证使用。其中，聚二甲基硅烷是目前极具适用价值的辐射降温材料；但是，聚二甲基硅烷成膜后过于柔软，力学性能较差，与附着物的粘结性能也不好。因此，目前尚未有采用聚二甲基硅烷作为辐射降温材料层的光伏背板。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种黑色辐射降温功能涂料及制作方法、背板及应用，以有效避免大量聚二甲基硅烷加入带来的涂层发花问题以及附着力、粘结性能及老化性能的下降问题，并能有效降低光伏组件的工作温度，增益其发电功率。
基于此，本发明公开了一种黑色辐射降温功能涂料，按质量百分比计，其原料配方为：
其中，所述氟碳树脂为羟基型氟碳树脂，所述辐射降温功能材料为羟基封端聚二甲基硅烷，所述固化剂为脂肪族异氰酸酯固化剂；
其中，所述二氧化硅是粒径D50为100nm-10μm的二氧化硅粉末。
优选地，所述的一种黑色辐射降温功能涂料，按质量百分比计，其原料配方为：
优选地，所述二氧化硅是粒径D50为100nm-2μm的二氧化硅白色粉末。对二氧化硅的粒径做进一步限定，以进一步确保黑色辐射降温功能涂料无颗粒感和粗糙感，外观细腻的同时，还进一步确保该黑色辐射降温功能涂料在黑色辐射降温背板上使用的剥离强度、附着及粘结性能。
优选地，所述黑色颜料为铜铬黑、苯胺黑、绝缘炭黑中的一种或多种组合，以确保黑色颜料提供较好的黑色外观的同时，还具备优异的绝缘性能。
优选地，所述助剂为流平剂、消泡剂和分散剂；
所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇、二甲苯、丙二醇甲醚中的一种或多种组合。
本发明还公开了一种黑色辐射降温功能涂料的制作方法，包括如下制作步骤：
步骤S1：组分A的制备：
步骤S11：将按原料配比称取的羟基型氟碳树脂、羟基封端聚二甲基硅烷、部分助剂、黑色颜料及部分溶剂混合，经机械搅拌后，进行研磨，以将其物料细度研磨至5μ以下，得到黑色色浆；
步骤S12：在黑色色浆中加入剩余助剂、二氧化硅及剩余溶剂，进行机械搅拌，即得组分A；
步骤S2：组分B的制备：按原料配比称取脂肪族异氰酸酯固化剂，即得组分B；
步骤S3：将组分A与组分B混合，充分搅拌，即得黑色辐射降温功能涂料。
优选地，所述步骤S11中，混合的部分助剂占溶剂总质量的1-3％；混合的部分助剂为分散剂，分散剂在黑色辐射降温功能涂料中的质量占比为0.5-2％；
所述步骤S12中，加入的剩余助剂为流平剂和消泡剂，流平剂和消泡剂在黑色辐射降温功能涂料中的质量占比分别为2-5％。
本发明还公开了一种黑色辐射降温背板，包括依次叠层设置的黑色辐射降温功能涂料层、支撑基膜和黑色耐候涂料层；所述黑色辐射降温功能涂料层采用本发明内容上述的一种黑色辐射降温功能涂料制成。
优选地，所述黑色耐候涂料层为黑色耐候氟碳涂料层；
所述支撑基膜为PET基膜、PBT基膜、聚烯烃基膜中的一种或多种叠加组合。
本发明还公开了一种黑色辐射降温背板的应用，将本发明内容上述的一种黑色辐射降温背板应用于光伏组件中。
与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：
本发明的黑色辐射降温功能涂料，在黑色颜料、助剂、溶剂及粒径D50为100nm-10μm的二氧化硅白色粉末的基础上，再搭配羟基型氟碳树脂、羟基封端聚二甲基硅烷及异氰酸酯类固化剂，以使引入的羟基封端聚二甲基硅烷参与羟基型氟碳树脂及脂肪族异氰酸酯固化剂的固化交联反应，既能有效避免大量聚二甲基硅烷加入带来的附着力、粘结性能及老化性能的下降，又能起到很好的辐射降温效果。
因此，本发明的黑色辐射降温背板，在PET基膜及黑色耐候氟碳涂料层的基础上，搭配黑色辐射降温功能涂料层，既能有效改善由于聚二甲基硅烷的大量添加所带来的涂层发花问题以及老化后的附着力、粘结强度下降的问题，有效避免光伏组件因在长期高温环境中使用所带来的寿命缩短、组件失效；又能通过黑色辐射降温功能涂料层将温度较高的光伏组件的热量以辐射形式向大气层外的外层空间传播，有效降低光伏组件的工作温度，对光伏组件的发电功率有明显的增益效果；同时，此黑色辐射降温背板的结构简单、成本较低，能应用于光伏组件中。
附图说明
图1为本实施例的一种黑色辐射降温背板的截面结构示意图。
附图标号说明：黑色辐射降温功能涂料层1；支撑基膜2；黑色耐候氟碳涂料层3。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例的一种黑色辐射降温背板，参见图1，其包括依次叠层设置的黑色辐射降温功能涂料层1、支撑基膜2和黑色耐候氟碳涂料层3；支撑基膜2为PET基膜。
其中，黑色辐射降温功能涂料层1所用的黑色辐射降温功能涂料，按质量百分比计，其原料配方如下：
本实施例的一种黑色辐射降温背板的制作方法，包括如下制作步骤：
步骤1.将按上述原料配方称取的羟基型氟碳树脂、羟基封端聚二甲基硅烷、分散剂(byk110)、黑色颜料(铜铬黑颜料)及部分溶剂(乙酸乙酯和乙酸丁酯)混合，进行机械搅拌后，在研磨机中进行研磨，以将其物料细度研磨至5μ以下，收取物料，得到黑色色浆；在黑色色浆中加入流平剂(BYK333)、消泡剂(BYK088)、二氧化硅(粒径D50为2μm)及剩余溶剂(乙酸丁酯和正丁醇)，进行机械搅拌，得到黑色辐射降温功能涂料的组分A。
步骤2.将黑色耐候氟碳涂料层3涂覆于PET基膜的一表面，固化成膜，得到单面涂装的背板半成品。
步骤3.将步骤1中黑色辐射降温功能涂料的组分A与脂肪族异氰酸酯固化剂(即组分B)混合，搅拌分散均匀后，涂覆于背板半成品的另一表面，固化成膜，即得黑色辐射降温背板。
实施例2
本实施例的一种黑色辐射降温背板及其制作方法，均参照实施例1，其与实施例1的区别在于：
本实施例中，黑色辐射降温功能涂料层1所用的黑色辐射降温功能涂料，按质量百分比计，其原料配方如下：
实施例3
本实施例的一种黑色辐射降温背板及其制作方法，均参照实施例1，其与实施例1的区别在于：
本实施例中，黑色辐射降温功能涂料层1所用的黑色辐射降温功能涂料，按质量百分比计，其原料配方如下：
本实施例中，所用二氧化硅的粒径D50为100nm。
对比例1
本对比例的一种黑色背板及其制作方法，均参照实施例3，其与实施例3的区别在于：
将实施例3的黑色辐射降温功能涂料中20％重量百分比的羟基封端聚二甲基硅烷替换成相同重量百分比的聚二甲基硅烷。
性能测试
1、对实施例1-3和对比例1的背板、以及常规黑色背板，进行基本性能测试，其测试结果如下表1所示：
表1
从表1可以看出：
本发明实施例1-3的黑色辐射降温背板中的黑色辐射降温功能涂料，不仅具有很好的黑色外观，还具有优异的附着力和粘结强度，且在DH1000的老化测试后，还具有黄变色差小及优良的附着力和粘结强度，在长期的老化测试中无不良表现。
与对比例1相比，实施例3的黑色辐射降温背板所用的黑色辐射降温功能涂料，在羟基型氟碳树脂及脂肪族异氰酸酯固化剂的基础上，搭配羟基封端聚二甲基硅烷，能明显改善聚二甲基硅烷在黑色背板上所带来的发花问题，并能大大改善对比例1的黑色背板中添加聚二甲基硅烷的黑色辐射降温功能涂料在DH1000老化测试后所存在的附着力和粘结强度差的问题。
2、光伏组件的温度及实际功率测试(参见表1，由于对比例1的黑色背板的基本性能较差，不符合测试标准的要求，难以应用在光伏组件上，故而未参与温度及实际功率的测试)：
将实施例1-3的黑色辐射降温背板与常规黑色背板分别制成450w规格的光伏组件(在光伏组件中，实施例1-3的黑色辐射降温背板中的黑色辐射降温功能涂料层1靠近太阳能电池片，而黑色耐候氟碳涂料层3远离太阳能电池片)，进行实际功率与温度的实测，测试为户外实测验证，室外为晴天，测试时间为2022年6月26日13：00，室外温度为33℃。测试结果如下表2所示：
表2
由表2可知：
与常规黑色背板相比，使用本发明实施例1-3的黑色辐射降温功能涂料的黑色辐射降温背板，能进一步降低光伏组件的正面温度及背面温度，因此，能进一步降低光伏组件的工作温度，有效避免光伏组件因长期高温所带来的老化、寿命缩短及光伏组件失效的问题，与此同时，还对光伏组件的发电功率有明显的增益效果。
综上，本发明的黑色辐射降温背板，在PET基膜及黑色耐候氟碳涂料层3的基础上，搭配黑色辐射降温功能涂料层1，其黑色辐射降温功能涂料通过羟基型氟碳树脂、羟基封端聚二甲基硅烷及异氰酸酯类固化剂的搭配，既能有效改善由于聚二甲基硅烷的大量添加所带来的涂层发花问题以及老化后的附着力、粘结强度下降的问题，又能进一步降低光伏组件的工作温度，对光伏组件的发电功率有明显的增益效果。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种黑色辐射降温功能涂料，其特征在于，按质量百分比计，其原料配方为：
其中，所述氟碳树脂为羟基型氟碳树脂，所述辐射降温功能材料为羟基封端聚二甲基硅烷，所述固化剂为脂肪族异氰酸酯固化剂；
其中，所述二氧化硅是粒径D50为100nm-10μm的二氧化硅粉末。
2.根据权利要求1所述的一种黑色辐射降温功能涂料，其特征在于，按质量百分比计，其原料配方为：
羟基型氟碳树脂40-50％
羟基封端聚二甲基硅烷10-20％
脂肪族异氰酸酯固化剂8-10％
助剂4-11％
黑色颜料 10-15％
二氧化硅3-5％
溶剂15-17％。
3.根据权利要求1所述的一种黑色辐射降温功能涂料，其特征在于，所述二氧化硅是粒径D50为100nm-2μm的二氧化硅白色粉末。
4.根据权利要求1所述的一种黑色辐射降温功能涂料，其特征在于，所述黑色颜料为铜铬黑、苯胺黑、绝缘炭黑中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的一种黑色辐射降温功能涂料，其特征在于，所述助剂为流平剂、消泡剂和分散剂；
所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇、二甲苯、丙二醇甲醚中的一种或多种组合。
6.权利要求1-5任一项所述的一种黑色辐射降温功能涂料的制作方法，其特征在于，包括如下制作步骤：
步骤S1：组分A的制备：
步骤S11：将按原料配比称取的羟基型氟碳树脂、羟基封端聚二甲基硅烷、部分助剂、黑色颜料及部分溶剂混合，经机械搅拌后，进行研磨，以将其物料细度研磨至5μ以下，得到黑色色浆；
步骤S12：在黑色色浆中加入剩余助剂、二氧化硅及剩余溶剂，进行机械搅拌，即得组分A；
步骤S2：组分B的制备：按原料配比称取脂肪族异氰酸酯固化剂，即得组分B；
步骤S3：将组分A与组分B混合，充分搅拌，即得黑色辐射降温功能涂料。
7.根据权利要求6所述的一种黑色辐射降温功能涂料的制作方法，其特征在于，所述步骤S11中，混合的部分助剂占溶剂总质量的1-3％；混合的部分助剂为分散剂，分散剂在黑色辐射降温功能涂料中的质量占比为0.5-2％；
所述步骤S12中，加入的剩余助剂为流平剂和消泡剂，流平剂和消泡剂在黑色辐射降温功能涂料中的质量占比分别为2-5％。
8.一种黑色辐射降温背板，其特征在于，包括依次叠层设置的黑色辐射降温功能涂料层、支撑基膜和黑色耐候涂料层；所述黑色辐射降温功能涂料层采用权利要求1-5任一项所述的一种黑色辐射降温功能涂料制成。
9.根据权利要求8所述的一种黑色辐射降温背板，其特征在于，所述黑色耐候涂料层为黑色耐候氟碳涂料层；
所述支撑基膜为PET基膜、PBT基膜、聚烯烃基膜中的一种或多种叠加组合。
10.一种黑色辐射降温背板的应用，其特征在于，将黑色辐射降温背板应用于光伏组件中，所述黑色辐射降温背板为权利要求8-9任一项所述的一种黑色辐射降温背板。
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