CN116082968A - 一种增强型胶膜及轻柔组件层压结构 - Google Patents

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李旭智
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Abstract

本发明公布了一种增强型胶膜及轻柔组件层压结构，所述胶膜包含：EVA/POE树脂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、抗氧剂、硅烷偶联剂、引发剂、助交联剂；其中，EVA/POE树脂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、抗氧剂、硅烷偶联剂、引发剂、助交联剂的质量比为100：0.02~0.5：0.02~0.5：0.02~0.5：0.2~0.8：0.5~1：0.2~1.5。本发明采用透明前膜替代现有技术的光伏玻璃，有效实现了光伏组件封装材料的轻量化，提高安装的便利度，降低安装成本，非常适合在光伏领域规模推广应用。该轻柔组件层压结构简单、便捷，无需繁琐的层叠过程。适配于现有的自动化封装线，无需额外增加工序和设备。

Description

一种增强型胶膜及轻柔组件层压结构
技术领域
本申请涉及增强型胶膜及轻柔组件层压结构，属于太阳能组件生产技术领域。
背景技术
光伏建筑一体化(BIPV)作为一种应用太阳能发电的新概念，得到了快速发展，光伏建筑一体化(BIPV)是将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术。目前光伏组件的主流封装方式是从上至下依次层叠的光伏玻璃、设置于玻璃与电池片层之间的胶膜层、电池片层、胶膜层以及背板或玻璃层，经过热压合后封装，之后再于四周加装铝框来增加其强度，优点是机械强度高，缺点是重量重，每瓦功率约占90～100g左右。但在屋顶上应用BIPV技术时，组件的轻质、柔性等特点显得尤为重要。目前轻柔组件的主流封装方式是将光伏玻璃替换为透明聚合塑料薄膜做到组件降低重量，可弯曲，但缺点是具有较差的机械强度，在受力后容易造成组件内部的太阳能电池片受损而影响输出功率。
目前现有技术针对轻柔组件的封装方式和层压结构已有一些研究。
CN 114373815 A公开了一种半柔性光伏组件，层压结构从上到下依次包括高分子前板、第一高分子胶膜、超薄玻璃、第二高分子胶膜、电池片层、第三高分子胶膜和高分子背板。该技术方案中将普通光伏玻璃替换为高分子前板加一层超薄玻璃从而降低组件重量，并且可以解决柔性光伏组件抗冰雹性能低的问题。但是这种轻质组件不能做到弯曲，在应用场景上有所限制。
CN 210167364 U公开了一种轻质柔性光伏组件，层压结构从上至下依次包括TFB膜层、阻水膜层、复合玻纤层、电池串、以及FFC双面含氟背膜层，所述TFB膜层与阻水膜层、阻水膜层与复合玻纤层、复合玻纤层与电池串、以及电池串与FFC双面含氟背膜层之间均通过EVA膜连接。CN 112420864 A公开了一种基于玻纤预浸工艺的轻质叠瓦光伏组件，此技术方案的光伏组件由透明柔性前膜、第一层高透EVA胶膜、高透玻纤预浸料、第二层高透EVA胶膜、叠瓦电池串、第一层高截至EVA胶膜、后层玻纤预浸料、第二层高截至EVA胶膜、光伏背板依次铺设经层压工艺封装成一个组件。这两种技术方案都将光伏玻璃替换为高分子透明膜，使得组件具有柔性，能够安装在曲面屋顶。此外这两种技术方案都在层压结构中添加复合玻纤或预浸料这些增强层提高柔性组件抗冲击的性能。但是这种轻质柔性组件的层压结构复杂，实际生产过程中需要增加多道工序以及设备，成本过高，不适宜大面积生产应用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种增强型胶膜及轻柔组件层压结构，该玻纤增强型胶膜透光率高、机械性能好，应用在柔性组件中很大程度上提高了组件的强度，组件可以通过25mm冰雹测试(IEC61215)。
本发明为一种增强型胶膜，所述胶膜包含：EVA/POE树脂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、抗氧剂、硅烷偶联剂、引发剂、助交联剂；其中，EVA/POE树脂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、抗氧剂、硅烷偶联剂、引发剂、助交联剂的质量比为100：0.02～0.5：0.02～0.5：0.02～0.5：0.2～0.8：0.5～1：0.2～1.5。
进一步的，所述紫外光稳定剂包括：2-羟基-4-正辛氧基二苯酮、4-苯甲酰氧基-2,2′,6,6′-四甲基哌啶、水杨酸苯酯、六甲基磷酰三胺、水杨酸-4-叔丁基苯酯和水杨酸-4-辛基苯酯中的一种或几种。
进一步的，所述紫外光吸收剂包括：邻羟基苯甲酸苯酯、2,4-二羟基二苯甲酮、单苯甲酸间苯二酚酯、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的一种或几种。
进一步的，所述抗氧剂包括：2，6二叔丁基-4-甲酚、β-丙酸、正十八碳酸醇酯、亚磷酸三苯酯、亚硫酸三丁酯、双水杨叉二胺、草酰胺中的一种或几种。
进一步的，所述硅烷偶联剂包括：乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三硅烷中的一种或几种。
进一步的，所述引发剂包括：过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二异丙苯、异丙苯过氧化氢、过氧化二碳酸二异丙酯、偶氮二异丁腈、过氧化二碳酸二异丙酯、N-二乙基苯胺等中的一种或几种。
进一步的，所述助交联剂包括：三丙烯酸三羟甲基丙烷酯，三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯、二丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、、N,N′-对苯基双马来酰亚胺、二丙烯酸锌、二甲基丙烯酸锌中的一种或几种。
本申请还提供上述增强型胶膜的制造方法，所述制造方法为：
S1，按设定的质量配比将EVA/POE树脂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、抗氧剂、硅烷偶联剂、引发剂、助交联剂混合均匀，倒入单螺杆挤出机料仓中，待用；
以上材料的质量配比为：EVA/POE树脂：紫外光稳定剂：紫外光吸收剂：抗氧剂：硅烷偶联剂：引发剂：助交联剂＝100：0.02～0.5：0.02～0.5：0.02～0.5：0.2～0.8：0.5～1：0.2～1.5；
S2，按设定的质量配比将沙林树脂、紫外光稳定剂、抗氧剂、硅烷偶联剂、引发剂混合均匀，待用，以上材料的质量配比为：沙林树脂：紫外光稳定剂：抗氧剂：硅烷偶联剂：引发剂＝100：0.02～0.5：0.02～0.5：0.2～0.8：0.5～1；
S3，同时开起单螺杆挤出机和双螺杆挤出机，两种物料同时从同一个三层共挤模头中挤出、压花复合，制备出三层共挤复合胶膜。
进一步的，步骤S3中的挤出温度为50-200℃。
本申请还提供一种轻柔组件层压结构，所述层压结构采用上述增强型胶膜层，所述层压结构为从上至下依次层叠的柔性前膜层、设置于柔性前膜层与电池片层之间的第一增强型胶膜层、电池片层、第二增强型胶膜层以及背板层。
进一步的，所述柔性前膜层包括：聚碳酸酯PC、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚偏二氟乙烯PVDF、乙烯-四氟乙烯ETFE、乙烯氯三氟乙烯ECTFE、氟化乙烯丙烯FEP或聚对苯二甲酸乙二醇酯PET的透光高分子聚合物其中任意一种或任意组合的复合材料。
本申请具备如下有益效果：
1、本发明采用透明前膜替代现有技术的光伏玻璃，有效实现了光伏组件封装材料的轻量化，提高安装的便利度，降低安装成本，非常适合在光伏领域规模推广应用。
2、本发明介绍的轻柔组件层压结构简单、便捷，无需繁琐的层叠过程。适配于现有的自动化封装线，无需额外增加工序和设备。
3、本发明合成的一种增强型胶膜，解决了目前现有技术柔性组件抗冲击性能差的普遍问题。
附图说明
图1为本申请轻柔组件层压结构示意图；
图2为实施例中对比组轻柔组件层压结构示意图；
图中，1：柔性前膜层；2：增强型胶膜层；3：电池片层；4：背板层；5：普通胶膜层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明为一种增强型胶膜，所述胶膜包含：EVA/POE树脂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、抗氧剂、硅烷偶联剂、引发剂、助交联剂；其中，EVA/POE树脂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、抗氧剂、硅烷偶联剂、引发剂、助交联剂的质量比为100：0.02～0.5：0.02～0.5：0.02～0.5：0.2～0.8：0.5～1：0.2～1.5。
进一步的，所述紫外光稳定剂包括：2-羟基-4-正辛氧基二苯酮、4-苯甲酰氧基-2,2′,6,6′-四甲基哌啶、水杨酸苯酯、六甲基磷酰三胺、水杨酸-4-叔丁基苯酯和水杨酸-4-辛基苯酯中的一种或几种。
进一步的，所述紫外光吸收剂包括：邻羟基苯甲酸苯酯、2,4-二羟基二苯甲酮、单苯甲酸间苯二酚酯、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的一种或几种。
进一步的，所述抗氧剂包括：2，6二叔丁基-4-甲酚、β-丙酸、正十八碳酸醇酯、亚磷酸三苯酯、亚硫酸三丁酯、双水杨叉二胺、草酰胺中的一种或几种。
进一步的，所述硅烷偶联剂包括：乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三硅烷中的一种或几种。
进一步的，所述引发剂包括：过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二异丙苯、异丙苯过氧化氢、过氧化二碳酸二异丙酯、偶氮二异丁腈、过氧化二碳酸二异丙酯、N-二乙基苯胺等中的一种或几种。
进一步的，所述助交联剂包括：三丙烯酸三羟甲基丙烷酯，三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯、二丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、N,N′-对苯基双马来酰亚胺、二丙烯酸锌、二甲基丙烯酸锌中的一种或几种。
本申请还提供上述增强型胶膜的制造方法，所述制造方法为：
S1，按设定的质量配比将EVA/POE树脂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、抗氧剂、硅烷偶联剂、引发剂、助交联剂混合均匀，倒入单螺杆挤出机料仓中，待用；
以上材料的质量配比为：EVA/POE树脂：紫外光稳定剂：紫外光吸收剂：抗氧剂：硅烷偶联剂：引发剂：助交联剂＝100：0.02～0.5：0.02～0.5：0.02～0.5：0.2～0.8：0.5～1：0.2～1.5；
S2，按设定的质量配比将沙林树脂、紫外光稳定剂、抗氧剂、硅烷偶联剂、引发剂混合均匀，待用，以上材料的质量配比为：沙林树脂：紫外光稳定剂：抗氧剂：硅烷偶联剂：引发剂＝100：0.02～0.5：0.02～0.5：0.2～0.8：0.5～1；
S3，同时开起单螺杆挤出机和双螺杆挤出机，两种物料同时从同一个三层共挤模头中挤出、压花复合，制备出三层共挤复合胶膜。
进一步的，步骤S3中的挤出温度为50-200℃。
实施例1：增强型胶膜的合成步骤如下：
(1)将100份EVA树脂、0.2份2-羟基-4-正辛氧基二苯酮、0.2份邻羟基苯甲酸苯酯、0.2份2，6二叔丁基-4-甲酚、0.5份乙烯基三乙氧基硅烷、0.8份过氧化二碳酸二异丙酯和1.0份三丙烯酸三羟甲基丙烷酯混合均匀，倒入单螺杆挤出机料仓中，待用；
(2)将100份沙林树脂、0.2份2-羟基-4-正辛氧基二苯酮、0.2份2，6二叔丁基-4-甲酚、0.6份乙烯基三乙氧基硅烷、0.5份过氧化二碳酸二异丙酯待用；
(3)同时开起单螺杆挤出机和双螺杆挤出机，挤出温度都为50-200℃，两种物料同时从同一个三层共挤模头中挤出,沙林树脂从模头中间层挤出，EVA/POE层分别从模头两侧挤出，压花复合，制备出三层共挤复合胶膜。
实施例2：将实施例1中的EVA树脂替换为POE树脂，其余不变。
实施例3：将实施例1的共挤胶膜作为轻柔组件层压结构中的增强型胶膜。层压结构图如图1所示。按顺序依次放置背板4、增强型胶膜层2，电池片3，增强型胶膜2和透明前膜1，组件经过高温层压，几层材料粘接在一起，形成一个整体。
实施例4：将实施例2的共挤胶膜作为轻柔组件层压结构中的增强型胶膜。层压结构图如图1所示。按顺序依次放置背板4、增强型胶膜层2，电池片3，增强型胶膜2和透明前膜1，组件经过高温层压，几层材料粘接在一起，形成一个整体。
本申请还提供一种轻柔组件层压结构，所述层压结构采用上述增强型胶膜层，所述层压结构为从上至下依次层叠的柔性前膜层、设置于柔性前膜层与电池片层之间的第一增强型胶膜层、电池片层、第二增强型胶膜层以及背板层。
进一步的，所述柔性前膜层包括：聚碳酸酯PC、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚偏二氟乙烯PVDF、乙烯-四氟乙烯ETFE、乙烯氯三氟乙烯ECTFE、氟化乙烯丙烯FEP或聚对苯二甲酸乙二醇酯PET的透光高分子聚合物其中任意一种或任意组合的复合材料。
本实施例提供的电池片层为：MWT接触式，还包括IBC或PBC接触式、焊带串联式或叠瓦接触式。
背板层为：PET复合背板或PO共挤背板。
对比例1：
(1)将100份EVA树脂、0.2份4-苯甲酰氧基-2,2′,6,6′-四甲基哌啶、0.2份2,4-二羟基二苯甲酮、0.2份β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸、0.5份乙烯基三甲氧基硅烷、0.8份过氧化二异丙苯和1.0份三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯混合均匀，倒入单螺杆挤出机料仓中，待用；
(2)将100份沙林树脂、0.2份4-苯甲酰氧基-2,2′,6,6′-四甲基哌啶、0.2份β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸、0.6份乙烯基三甲氧基硅烷和0.5份过氧化二异丙苯混合均匀，倒入单螺杆挤出机料仓中，待用；
(3)同时开起单螺杆挤出机和双螺杆挤出机，挤出温度都为50-200℃，两种物料同时从同一个三层共挤模头中挤出,沙林树脂从模头中间层挤出，EVA/POE层分别从模头两侧挤出，压花复合，制备出三层共挤复合胶膜。
对比例2：将实施例1的共挤胶膜作为轻柔组件层压结构中的增强型胶膜。层压结构图如图2所示。按顺序依次放置背板4、普通胶膜层2，电池片3，增强型胶膜2和透明前膜1，组件经过高温层压，几层材料粘接在一起，形成一个整体。
对比例3：轻柔组件的层压结构中不包括增强型胶膜。按顺序依次放置背板、普通胶膜、电池片、普通胶膜和透明前膜，组件经过高温层压，几层材料粘接在一起，形成一个整体。
性能测试
1.透光率测试
将实施例1、实施例2和对比例1合成的增强型胶膜单独层压，进行透光率测试，测试结果见表1。
表1
增强型胶膜 实施例1 实施例2 对比例1
380-1100nm 91.17％ 91.36％ 90.24％
2.抗冲击测试
将实施例3、实施例4和对比例2、对比例3中的光伏组件按IEC61215中10.17标准进行冰雹抗冲击性能测试。采用的冰雹直径为25mm，测试条件如下表2。
表2
冰雹直径(mm) 质量(g) 试验速度(m·s-1)
25.0 7.53 23.0
测试结果如下表3。
表3
Isc(A) Voc(V) Imp(A) Vmp(V) Pmax(W) 衰减(％)
实施例3(初始) 11.69 43.39 11.08 36.21 401.32 /
实施例3(冰雹冲击后) 11.60 43.45 10.86 36.48 396.27 -1.26％
实施例4(初始) 11.71 43.40 11.13 35.88 399.48 /
实施例4(冰雹冲击后) 11.61 43.46 10.82 36.52 395.06 -1.12％
对比例2(初始) 11.41 45.16 10.63 38.57 410.22 /
对比例2(冰雹冲击后) 11.18 45.06 10.40 38.36 398.86 -2.77％
对比例3(初始) 11.40 45.16 10.67 38.50 410.67 /
对比例3(冰雹冲击后) 11.44 42.89 10.70 35.99 385.11 -6.22％
本发明合成的增强型胶膜具有透光率好、高强度、高模量、高耐候性，高抗冲击优点。本发明的轻柔组件层压结构中将光伏玻璃替换为透明前膜，可以有效降低组件重量，在层压结构中将常规胶膜替换为增强型胶膜，提高了组件的抗负载抗冰雹冲击性能，使组件可以通过25mm冰雹测试(IEC61215)。本发明的轻柔组件层压结构简单、便捷，更便于实际大面积生产应用。
上述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种增强型胶膜，其特征在于，所述胶膜包含：EVA/POE树脂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、抗氧剂、硅烷偶联剂、引发剂、助交联剂；其中，EVA/POE树脂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、抗氧剂、硅烷偶联剂、引发剂、助交联剂的质量比为100：0.02~0.5：0.02~0.5：0.02~0.5：0.2~0.8：0.5~1：0.2~1.5。
2.根据权利要求1所述的一种增强型胶膜，其特征在于，所述紫外光稳定剂包括：2-羟基-4-正辛氧基二苯酮、4-苯甲酰氧基-2, 2′,6, 6′-四甲基哌啶、水杨酸苯酯、六甲基磷酰三胺、水杨酸-4-叔丁基苯酯和水杨酸-4-辛基苯酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种增强型胶膜，其特征在于，所述紫外光吸收剂包括：邻羟基苯甲酸苯酯、2,4-二羟基二苯甲酮、单苯甲酸间苯二酚酯、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种增强型胶膜，其特征在于，所述抗氧剂包括：2，6二叔丁基-4-甲酚、β-丙酸、正十八碳酸醇酯、亚磷酸三苯酯、亚硫酸三丁酯、双水杨叉二胺、草酰胺中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种增强型胶膜，其特征在于，硅烷偶联剂包括：乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三硅烷中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种增强型胶膜，其特征在于，引发剂包括：过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二异丙苯、异丙苯过氧化氢、过氧化二碳酸二异丙酯、偶氮二异丁腈、过氧化二碳酸二异丙酯、N-二乙基苯胺等中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种增强型胶膜，其特征在于，助交联剂包括：三丙烯酸三羟甲基丙烷酯，三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯、二丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、、N ,N′- 对苯基双马来酰亚胺、二丙烯酸锌、二甲基丙烯酸锌中的一种或几种。
8.一种增强型胶膜的制造方法，其特征在于，所述制造方法为：
S1，按设定的质量配比将EVA/POE树脂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、抗氧剂、硅烷偶联剂、引发剂、助交联剂混合均匀，倒入单螺杆挤出机料仓中，待用；
以上材料的质量配比为：EVA/POE树脂：紫外光稳定剂：紫外光吸收剂：抗氧剂：硅烷偶联剂：引发剂：助交联剂=100：0.02~0.5：0.02~0.5：0.02~0.5：0.2~0.8：0.5~1：0.2~1.5；
S2，按设定的质量配比将沙林树脂、紫外光稳定剂、抗氧剂、硅烷偶联剂、引发剂混合均匀，待用，以上材料的质量配比为：沙林树脂：紫外光稳定剂：抗氧剂：硅烷偶联剂：引发剂=100：0.02~0.5：0.02~0.5：0.2~0.8：0.5~1；
S3，同时开起单螺杆挤出机和双螺杆挤出机，两种物料同时从同一个三层共挤模头中挤出、压花复合，制备出三层共挤复合胶膜。
9.一种轻柔组件层压结构，其特征在于，所述层压结构采用如权利要求1所述的增强型胶膜层，所述层压结构为从上至下依次层叠的柔性前膜层、设置于柔性前膜层与电池片层之间的第一增强型胶膜层、电池片层、第二增强型胶膜层以及背板层。
10.根据权利要求9所述的一种轻柔组件层压结构，其特征在于，所述柔性前膜层包括：聚碳酸酯PC、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚偏二氟乙烯PVDF、乙烯-四氟乙烯ETFE、乙烯氯三氟乙烯ECTFE、氟化乙烯丙烯FEP或聚对苯二甲酸乙二醇酯PET的透光高分子聚合物其中任意一种或任意组合的复合材料。
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