CN116144277B - 一种防滑光伏胶膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏膜领域，针对光伏胶膜打滑的问题，提供一种防滑光伏胶膜，包括封装胶膜和设置于封装胶膜表面的凸起结构，所述凸起结构由一个位于中间的n棱锥和n个环绕着n棱锥的三棱锥组成，具体结构为：n棱锥和三棱锥的底面位于封装胶膜上，n棱锥的每条底边上紧挨着设置一个三棱锥；本发明在封装胶膜表面设置由n棱锥外侧环绕三棱锥组成的凸起结构，两种棱锥组合增加了凸起表面的粗糙度。本发明所述防滑光伏胶膜包括POE胶膜，所述POE胶膜的制备方法还通过对助剂的改良，提高助剂与POE聚酯的相容性，使得胶膜与电池串及玻璃不易发生打滑、位移现象。
Description
技术领域
本发明涉及光伏膜领域，尤其是涉及一种防滑光伏胶膜。
背景技术
太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，对全球气候的保护有积极的作用，被全世界认可而广泛应用。开始之初，光伏电池普遍使用四主栅及以下的电池片，且电池片的厚度在210μm以上，重量较大。此类电池片使用的焊带均为偏平的焊带，横截面呈长方形，长边有1.2～1.5mm，与胶膜的接触面积较大，配上较重电池串的重量，使得电池串与胶膜之间的静动摩擦力足够大，能保证铺有电池串的组件在流水线上运输时不会发生相对位移，故打滑现象没有出现。
光伏组件的度电成本一降再降，使得电池技术有很大的革新，多主栅双面电池应运而生，其特点电池片能双面发电，每一面的主栅线有九根及以上的细栅构成，且电池片厚度在180μm或以下，重量相对较轻。此类电池片必须使用专用的圆丝焊带进行串焊，直径一般是0.25～0.40mm，若胶膜表面是平面，那圆丝焊带与胶膜的接触面仅为一线，摩擦力较小，在快速流转的流水线上很容易发生相对位移，很大程度影响了组件的生产效率。改善胶膜的花纹是比较直接解决此问题的方案。
同时，双面电池易发生PID功率衰减，在其功率衰减较大的一面必须要用POE封装胶膜进行封装，才能保证双面电池功率衰减满足要求。POE的分子链结构是非极性的，对助剂的吸收能力很差，导致POE胶膜容易发生助剂析出，使得胶膜与电池串及玻璃更易发生打滑现象，且出现较大的相对位移。改善花纹亦能够缓解POE封装胶膜的打滑问题。
现有技术中通过在胶膜双面压花产生花纹来改善位移和打滑现象，例如专利CN112038432B公开的一种光伏组件、光伏胶膜及其制备方法，但是这些花纹设计密度往往过大，对胶膜与玻璃之间的打滑缓解效果差，亦或是设计结构过于复杂，难以加工，且圆丝焊带与胶膜间容易发生位移的现象并没有因此得到有效的改善。
发明内容
本发明为了克服光伏胶膜打滑的问题，提供一种防滑光伏胶膜，在封装胶膜表面设置由n棱锥外侧环绕三棱锥组成的凸起结构，两种棱锥组合增加了凸起表面的粗糙度，并通过对助剂的改良，提高助剂与POE聚酯的相容性，使得胶膜与电池串及玻璃不易发生打滑、位移现象。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种防滑光伏胶膜，包括封装胶膜和设置于封装胶膜表面的凸起结构，所述凸起结构由一个位于中间的n棱锥和n个环绕着n棱锥的三棱锥组成，具体结构为：n棱锥和三棱锥的底面位于封装胶膜上，n棱锥的每条底边上紧挨着设置一个三棱锥；
所述封装胶膜为POE胶膜，所述POE胶膜的制备方法包括以下步骤：
（1）将光伏胶膜用固体助剂混合，研磨成纳米粒子，得到混合助剂；将亚麻酸、甲基丙烯酸甲酯和Z-N催化剂和混合助剂按质量比(2-4):(1-2):(0.3-0.5):1混合，聚合反应得到羧基聚合物包覆的助剂；
（2）将步骤（1）得到的羧基聚合物包覆的助剂和正硅酸乙酯、水、乙醇混合，超声分散，得到悬浮液，加盐酸调pH为2-3，分散均匀后加氨水调pH为8.5-9，分散均匀得到溶胶；溶胶在30-40 ℃下静置老化，期间用乙醇洗涤，得到湿凝胶，置换出湿凝胶中的溶剂后进行干燥、研磨，制得气凝胶包覆的助剂；
（3）将POE聚酯挤出制备聚酯母粒，将聚酯母粒和步骤（2）得到的气凝胶包覆的助剂、其它助剂制成POE胶膜。
本发明的凸起结构由n棱锥外侧环绕三棱锥组成，棱锥间有空隙，增加了胶膜和玻璃之间的摩擦力，有效解决胶膜与光伏玻璃之间的打滑问题。分析原因：三棱锥稳定性好，两种棱锥组合增加了凸起表面的粗糙度，能减少胶膜与胶膜之间的粘，使用时胶膜之间容易分离，提高工作效率；两种棱锥可以起到协同效果，在防滑过程中起到互补作用；棱锥间有空隙，对胶膜析出的助剂有存储作用，即使助剂析出，也不影响凸起顶端对玻璃的摩擦力；而且空隙有利于空气的排除，与电池片一起进行后续的层压操作时，不易产生气泡。
另外，如背景技术中所述，POE胶膜对助剂的吸收能力差，助剂易析出，使得胶膜与电池串及玻璃发生打滑、位移现象。本发明对助剂进行改良，首先用亚麻酸、甲基丙烯酸甲酯共聚，亚麻酸含有多个不饱和双键，亚麻酸分子间还可以聚合交联成网络，将助剂包覆在其中。然后将包覆的助剂加入正硅酸乙酯中，参与二氧化硅气凝胶的制备，亚麻酸长链的一端为羧基，可以与正硅酸乙酯的羟基产生键合，将助剂牢牢吸附在气凝胶内，亚麻酸的另一端为非极性的长链烷烃，可以伸至气凝胶外部，提高助剂与POE聚酯的相容性。另外，气凝胶有硬度，可以提高POE胶膜的摩擦力，聚合物参与二氧化硅气凝胶的制备，使聚合物嵌在气凝胶内部，可以增强气凝胶的韧性。
作为优选，n=3-6，n棱锥的底面为正n边形，三棱锥的底边与n棱锥的底边平行且等长，三棱锥的高与n棱锥的高等长。如三个三棱锥中心为一个等底边的三棱锥，四个三棱锥中心为一个等底边的四棱锥，五个三棱锥中心为一个等底边的五棱锥，外围三棱锥数优选不超过6个。
作为优选，封装胶膜表面有若干所述凸起结构，凸起结构呈方阵排列在封装胶膜表面。
作为优选，n棱锥的底边长度为0.1-1 mm、高为0.1-0.2 mm，相邻的凸起结构间距为1-5 mm。这样设计容易加工成型，而且经过发明人实验发现这样凸起密度适中对提升摩擦力最有效，因为凸起设置过高的密度，接触面趋向于平面，摩擦力大大降低；凸起设置过低的密度，提升不了整体摩擦力。而凸出高度0.1-0.2 mm的设置不仅能够使封装胶膜牢固地固定在电池片上，还可避免凸出高度过深导致胶膜生产过程中粘结。
作为进一步优选，封装胶膜的两个表面均设有凸起结构，且两个表面的凸起结构错开排列。即上表面凸起结构不与下表面凸起结构对称设置，这样设置的好处一方面体现在工艺上，方便挤出成型，因为如果是对称的，胶量可能不足以成型，或者中间层变薄导致胶膜质量较差，不能满足要求；另一方面体现在防滑性能上，可以提高摩擦系数。
另外，胶膜纹路压花成型常用的是胶辊配钢辊，设计对应的压花辊表面纹路，需要高加工精度，且胶辊材质不耐磨，维护周期短，成本费用高。而本发明的凸起结构不需要用使用费用较高的胶辊配钢辊，只需要钢辊配钢辊。通过钢辊配钢辊，凸起结构可勾住圆丝焊带，胶膜厚度调整时，只要调整两钢辊之间的间隙，操作简便、生产和维护成本低。
作为优选，步骤（1）所述光伏胶膜用固体助剂包括抗氧剂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂，步骤（3）所述其它助剂包括交联剂、偶联剂。作为进一步优选，所述POE聚酯为乙烯-丁烯共聚物；所述抗氧剂由主抗氧剂和辅抗氧剂组成，所述主抗氧剂为β-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯；辅抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯和/或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯；所述紫外光吸收剂为 2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，所述光稳定剂为癸二酸双-2 ,2 ,6 ,6-四甲基哌啶醇酯；所述交联剂为过氧化物交联剂；所述偶联剂为硅烷偶联剂。
作为优选，步骤（1）所述聚合反应的条件为：3.5-6.0 MPa、50-70 ℃反应8-12 h。
作为优选，步骤（2）羧基聚合物包覆的助剂、正硅酸乙酯、水和乙醇的质量比为1:(2-3):(3-5):(4-7)。
作为优选，步骤（3）所述POE聚酯挤出的温度为60-110 ℃；所述将聚酯母粒和步骤（2）得到的气凝胶包覆的助剂、其它助剂制成POE胶膜的方法为：将聚酯母粒和步骤（2）得到的气凝胶包覆的助剂、其它助剂在挤出流延机中60-110 ℃挤出，挤出物经流延、压花、冷却、牵引、收卷得POE胶膜。
因此，本发明的有益效果为：
（1）本发明的凸起结构由n棱锥外侧环绕三棱锥组成，两种棱锥组合增加了凸起表面的粗糙度；而且两种棱锥间有空隙，对胶膜析出的助剂有存储作用，同时有利于空气的排除，与电池片一起进行后续的层压操作时，不易产生气泡。
（2）本发明通过对助剂进行改性提高POE聚酯和助剂间的相容性，并提高POE胶膜的摩擦系数。
附图说明
图1是实施例1防滑光伏胶膜的示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是实施例2防滑光伏胶膜的示意图。
图中，1、凸起结构，11、凸起一，12、凸起二，2、封装胶膜。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种防滑光伏胶膜，如图1、2所示，由封装胶膜2和设置于封装胶膜2其中一个表面的凸起结构1组成。每个凸起结构1由一个位于中间的五棱锥（凸起二12）和五个环绕着五棱锥的三棱锥（凸起一11）组成，具体结构为：五棱锥和三棱锥的底面位于封装胶膜上，五棱锥的每条底边上紧挨着设置一个三棱锥，五棱锥的底面为正五边形，三棱锥的底边与五棱锥的底边平行且等长，三棱锥的高与五棱锥的高等长。许多个凸起结构1呈5×7的方阵规则地排列在封装胶膜2表面。五棱锥的底边长度为0.1 mm、高为0.2 mm，相邻的凸起结构1间距为1 mm。这样设计容易加工成型，对提升摩擦力也最有效。
所述封装胶膜2为普通市购POE胶膜（ LG: LF575&LF675陶氏化学：XUS38680&XUS38688）。值得注意的是，此处标明封装胶膜的材料只是为了与其他实施例进行直观对比，不作为对技术方案的限制，实际上，本实施例中可以采用任何材质的光伏封装胶膜。
对比例1
与实施例1的区别在于，每个凸起结构1仅含五棱锥，不含五个环绕着五棱锥的三棱锥。
对比例2
与实施例1的区别在于，五棱锥的高为0.05 mm。
实施例2
与实施例1的区别在于，如图3所示，在封装胶膜2的另一个表面也设置了5×7的方阵凸起结构1。不过，两个表面的凸起结构1错开排列。即上表面凸起结构1不与下表面凸起结构1对称设置，这样设置的好处一方面体现在工艺上，方便挤出成型，也体现在防滑性能上，可以提高摩擦系数。
实施例3
与实施例2的区别在于，两个表面的凸起结构1对称设置。
实施例4
与实施例2的区别在于，所述防滑光伏胶膜2包括POE胶膜，所述POE胶膜的制备方法为：
（1）将光伏胶膜用固体助剂抗氧剂、紫外光稳定剂和紫外光吸收剂混合，研磨成纳米粒子，得到混合助剂；将亚麻酸、甲基丙烯酸甲酯和Z-N催化剂和混合助剂按质量比2:1:0.4:1混合，5 MPa、60 ℃下聚合反应10 h得到羧基聚合物包覆的助剂；所述抗氧剂由主抗氧剂和辅抗氧剂组成，所述主抗氧剂为β-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯；辅抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯；所述紫外光吸收剂为 2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，所述光稳定剂为癸二酸双-2 ,2 ,6 ,6-四甲基哌啶醇酯。
（2）将步骤（1）得到的羧基聚合物包覆的助剂和正硅酸乙酯、水、乙醇按质量比1:2:4:7混合，超声分散，得到悬浮液，加盐酸调pH为2，分散均匀后加氨水调pH为9，分散均匀得到溶胶；溶胶在温度为30 ℃下静置老化过夜，期间用乙醇洗涤置换凝胶中水含量至0.1%以下，得到湿凝胶，置换出湿凝胶中的溶剂，对湿凝胶进行干燥、研磨，制得气凝胶包覆的助剂。
（3）将POE聚酯90 ℃挤出制备聚酯母粒，将聚酯母粒和步骤（2）得到的气凝胶包覆的助剂、其它助剂在挤出流延机中90 ℃挤出，挤出物经流延、压花、冷却、牵引、收卷得POE胶膜；所述POE聚酯为乙烯-丁烯共聚物，所述其它助剂为氧化交联剂和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
对比例3
与实施例4的区别在于，所述防滑光伏胶膜2包括POE胶膜，所述POE胶膜的制备方法为：
（1）将光伏胶膜用固体助剂抗氧剂、紫外光稳定剂和紫外光吸收剂混合，研磨成纳米粒子，得到混合助剂；将亚麻酸、甲基丙烯酸甲酯和Z-N催化剂和混合助剂按质量比2:1:0.4:1混合，5 MPa、60 ℃下聚合反应10 h得到羧基聚合物包覆的助剂；
（2）将POE聚酯90 ℃挤出制备聚酯母粒，将聚酯母粒和步骤（1）得到的羧基聚合物包覆的助剂、其它助剂在挤出流延机中90 ℃挤出，挤出物经流延、压花、冷却、牵引、收卷得POE胶膜。
对比例4
与实施例4的区别在于，所述防滑光伏胶膜2包括POE胶膜，所述POE胶膜的制备方法为：
（1）将光伏胶膜用固体助剂抗氧剂、紫外光稳定剂和紫外光吸收剂混合，研磨成纳米粒子，得到混合助剂；
（2）将正硅酸乙酯、水、乙醇按质量比2:4:7混合，超声分散，得到悬浮液，加盐酸调pH为2，分散均匀后加氨水调pH为9，分散均匀得到溶胶；溶胶在温度为30 ℃下静置老化过夜，期间用乙醇洗涤置换凝胶中水含量至0.1%以下，得到湿凝胶，置换出湿凝胶中的溶剂，对湿凝胶进行干燥、研磨，制得气凝胶；
（3）将步骤（2）制得的气凝胶分散至乙醇中，然后添加气凝胶质量0.1倍的步骤（1）制得的混合助剂，搅拌均匀后，加热至80 ℃，保温静置，取中上层液体，热过滤后，对所得固体进行真空干燥，得到吸附有混合助剂的气凝胶；
（4）将POE聚酯90℃挤出制备聚酯母粒，将聚酯母粒和步骤（2）得到的吸附有混合助剂的气凝胶、其它助剂在挤出流延机中90℃挤出，挤出物经流延、压花、冷却、牵引、收卷得POE胶膜。
性能测试
对上述各实施例和对比例的防滑光伏胶膜进行性能测试，结果如下表所示。动摩擦系数采用GB/T10006 塑料薄膜和薄片摩擦系数测定方法，拉伸强度采用GB/T 13022-1991的测试方法。
从表中可以看出，实施例1在封装胶膜表面设置由一个位于中间的五棱锥和五个环绕着五棱锥的三棱锥组成的凸起结构，起到了良好的防滑效果。对比例1的凸起结构仅含五棱锥，对比例2凸起结构的高度较小，防滑性能均不如实施例1。和实施例1相比，实施例2和3的双面凸起结构设置提高了动摩擦系数，实施例2双面凸起结构错位排列的防滑性能优于实施例3凸起结构对称排列的防滑性能。实施例4在实施例2的基础上，对胶膜材料中的助剂进行了改良，进一步提高了胶膜的动摩擦系数和韧性。与实施例4相比，对比例3未使用气凝胶，防滑性能下降；对比例4未使用聚合物包覆助剂，拉伸强度下降。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种防滑光伏胶膜，其特征在于，包括封装胶膜和设置于封装胶膜表面的凸起结构，所述凸起结构由一个位于中间的n棱锥和n个环绕着n棱锥的三棱锥组成，具体结构为：n棱锥和三棱锥的底面位于封装胶膜上，n棱锥的每条底边上紧挨着设置一个三棱锥；
所述封装胶膜为POE胶膜，所述POE胶膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将光伏胶膜用固体助剂混合，研磨成纳米粒子，得到混合助剂；将亚麻酸、甲基丙烯酸甲酯和Z-N催化剂和混合助剂按质量比(2-4):(1-2):(0.3-0.5):1混合，聚合反应得到羧基聚合物包覆的助剂；
(2)将步骤(1)得到的羧基聚合物包覆的助剂和正硅酸乙酯、水、乙醇混合，超声分散，得到悬浮液，加盐酸调pH为2-3，分散均匀后加氨水调pH为8.5-9，分散均匀得到溶胶；溶胶在30-40℃下静置老化，期间用乙醇洗涤，得到湿凝胶，置换出湿凝胶中的溶剂后进行干燥、研磨，制得气凝胶包覆的助剂；
(3)将POE聚酯挤出制备聚酯母粒，将聚酯母粒和步骤(2)得到的气凝胶包覆的助剂、其它助剂制成POE胶膜；所述其它助剂包括交联剂、偶联剂。
2.根据权利要求1所述的一种防滑光伏胶膜，其特征在于，n＝3-6，n棱锥的底面为正n边形，三棱锥的底边与n棱锥的底边平行且等长，三棱锥的高与n棱锥的高等长。
3.根据权利要求1所述的一种防滑光伏胶膜，其特征在于，封装胶膜表面有若干所述凸起结构，凸起结构呈方阵排列在封装胶膜表面。
4.根据权利要求3所述的一种防滑光伏胶膜，其特征在于，n棱锥的底边长度为0.1-1mm、高为0.1-0.2mm，相邻的凸起结构间距为1-5mm。
5.根据权利要求1所述的一种防滑光伏胶膜，其特征在于，封装胶膜的两个表面均设有凸起结构，且两个表面的凸起结构错开排列。
6.根据权利要求1所述的一种防滑光伏胶膜，其特征在于，步骤(1)所述光伏胶膜用固体助剂包括抗氧剂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂。
7.根据权利要求1或6所述的一种防滑光伏胶膜，其特征在于，步骤(1)所述聚合反应的条件为：3.5-6.0MPa、50-70℃反应8-12h。
8.根据权利要求1所述的一种防滑光伏胶膜，其特征在于，步骤(2)所述羧基聚合物包覆的助剂、正硅酸乙酯、水和乙醇的质量比为1:(2-3):(3-5):(4-7)。
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