CN116779705A - 一种具有防眩光复合膜的光伏组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有防眩光复合膜的光伏组件，其包括玻璃层及设于玻璃层下端的封装层；所述封装层内设有太阳能电池，所述玻璃层表面设有防眩光复合功能膜层；所述防眩光复合功能膜层为有机‑无机杂化防眩聚酯薄膜，所述有机‑无机杂化防眩聚酯薄膜以化学键结合方式连接有POSS，并在薄膜表面通过化学反应方式依次沉积氧化锌纳米粒子和氧化钛纳米粒子。本发明具有防眩光复合膜的光伏组件，其复合膜不仅不易积聚灰尘，具有优异的防眩光效果，而且具有优异的耐磨、耐老化和疏水性等性能，满足光伏组件在严苛环境条件下的长期稳定使用要求。

Description

一种具有防眩光复合膜的光伏组件

技术领域

本发明涉及光伏组件的技术领域，尤其涉及一种具有防眩光复合膜的光伏组件。

背景技术

太阳能光伏组件是一种将可再生太阳能转化为电能的装置，单片太阳能电池片产生的电压不能满足实际需求电压。在光伏行业内通常将一定数量的太阳能电池串联在一起，经过一定的排版设计后封装成光伏组件。光伏组件封装材料中，玻璃、焊带、边框的材料表面接近镜面，对入射太阳光具有较强的反射作用，在机场、高速公路、城市建筑等场所的使用中，造成光污染，影响生产生活。现有的技术中，光伏组件的防眩光功能，主要通过玻璃掺杂及玻璃表面处理两种方式实现。在玻璃掺杂实现防眩光功能的方式中，通过材料掺杂在玻璃中，以改变入射光的路径，减少反射光直射；但玻璃厚度较厚，掺杂工艺复杂，而且玻璃的制程工艺温度高达几百至一千多摄氏度，其加工难度大，能耗高。使用绒面漫反射背板、凹槽结构反光焊带等漫反射或陷光结构，减少反射光直射，也可以起到防眩光目的，但是防眩效果有限。另外，通过在玻璃表面设置耐热液态有机硅胶固化层，热压固化形成规则排列的凹凸面，降低反射率，从而起到防眩光目的；然而，规则排列的凹凸面，在户外使用中易积累灰尘等物质，对光伏组件受光面有所遮挡，影响光伏组件发电量。

发明内容

鉴于以上现有技术的不足之处，本发明一方面提供了一种具有防眩光复合膜的光伏组件，以解决现有光伏组件无法起到防眩光或者防眩光效果差等问题，进而使得大范围应用的光伏组件不会产生光污染。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有防眩光复合膜的光伏组件，所述光伏组件包括玻璃层及设于玻璃层下端的封装层；所述封装层内设有太阳能电池，所述玻璃层表面设有防眩光复合功能膜层；所述防眩光复合功能膜层为有机-无机杂化防眩聚酯薄膜，所述有机-无机杂化防眩聚酯薄膜以化学键结合方式连接有POSS，并在薄膜表面通过化学反应方式依次沉积氧化锌纳米粒子和氧化钛纳米粒子。本发明有机-无机杂化结构的聚酯薄膜，利用POSS具有独特的笼型结构，结合薄膜表面依次沉积氧化锌纳米粒子和氧化钛纳米粒子，使得本发明聚酯薄膜具有优异的防眩光效果。本发明通过化学键结合方式连接POSS，并通过化学反应方式沉积氧化锌纳米粒子和氧化钛纳米粒子，一方面有利于POSS、氧化锌纳米粒子和氧化钛纳米粒子均匀分布在聚酯薄膜的内部和表面，从而更加有利于三者协同发挥防眩光效果；另一方面，避免直接掺杂过程后POSS、氧化锌纳米粒子和氧化钛纳米粒子在聚酯薄膜内部或表面的物理迁移或团聚，导致聚酯薄膜的局部防眩光效果减弱，有利提高了光伏组件的长期防眩效果。

优选地，所述有机-无机杂化防眩聚酯薄膜的制备方法为：先由乙二醇与二元酸和含有POSS基团的二元酸酐进行反应，得到聚酯酸膜；然后，所述聚酯酸膜先后浸渍在氯化锌溶液和钛酸四丁酯溶液中，并进行不同条件下的高温处理，在薄膜表面依次沉积氧化锌纳米粒子和氧化钛纳米粒子，得到所述有机-无机杂化防眩聚酯薄膜。进一步地，本发明乙二醇先与二元酸和含有POSS基团的二元酸酐进行酯化反应，然后再进行缩聚反应，从而得到聚酯酸膜。本发明的聚酯酸膜是指二元酸酐与乙二醇开环反应后，其中一个羧基与羟基进行酯化反应，剩余一个羧基为未参与反应的酸性羧基官能团。

优选地，所述乙二醇、二元酸和含有POSS基团的二元酸酐的摩尔比为3～5：1～1.5：1～1.5。

优选地，所述二元酸为对苯二甲酸、2-氟对苯二甲酸、2,5-二氟对苯二甲酸、2,3,5,6-四氟对苯二甲酸中的至少一种。本发明含氟基团的引入，进一步提高了聚酯薄膜的耐老化和疏水性。

优选地，所述含有POSS基团的二元酸酐先由摩尔比为1：2的八乙烯基POSS和烯基琥珀酸酐进行加成反应，然后通入过量的氟乙烯继续反应得到。笼型聚倍半硅氧烷，简称POSS，通式(RSiO_3/2)n，其中R为八个顶角Si原子所连接基团；本申请八乙烯基POSS的CAS号为69655-76-1，八个顶角Si原子所连接基团为乙烯基。本发明利用笼型聚倍半硅氧烷独有的有机-无机杂化笼型结构，通过改变入射光在聚酯薄膜中的路径，减少反射光直射，进而提高本发明聚酯薄膜的防眩效果；同时，也提高了光伏组件玻璃层表面的耐磨、耐氧化和疏水性，使得本发明的光伏组件满足长期使用的性能要求。进一步地，本发明通过八乙烯基POSS和烯基琥珀酸酐的化学反应，得到了可与乙二醇进行反应的活性二元酸酐。

优选地，所述烯基琥珀酸酐为烯丙基琥珀酸酐、(2-甲基-2-丙烯基)琥珀酸酐、(丁-3-烯-1-基)琥珀酸酐中的至少一种。

优选地，所述聚酯酸膜在氯化锌溶液中浸渍后，其高温处理的操作温度为200～300℃，得到在薄膜表面沉积有氧化锌纳米粒子的聚酯薄膜。本发明聚酯酸膜浸渍在氯化锌溶液中，通过聚酯酸膜上带有的多个活性羧基官能团与锌离子的化学键结合，使得锌离子均匀分散在聚酯薄膜中，进而通过高温处理，使得化学键结合的锌离子在聚酯薄膜表面转化为均匀分布的氧化锌纳米粒子。

优选地，所述聚酯薄膜浸渍在钛酸四丁酯溶液中进行水解反应，将反应得到前驱体溶液在100～125℃的高温条件下进行处理，得到在薄膜表面沉积有氧化钛纳米粒子的聚酯薄膜。本发明聚酯薄膜浸渍在偶联剂钛酸四丁酯溶液中进行水解反应，直接在薄膜表面形成化学键牢固结合的氧化钛纳米粒子；纳米氧化钛的水热合成与表面沉积同步进行，一步实现了合成与沉积，使得氧化钛纳米粒子均匀稳定地分布在聚酯薄膜表面，进而有利发挥其防眩光效果；同时，使得本申请的防眩光复合膜具有优异的耐磨性和耐老化性。

优选地，所述钛酸四丁酯溶液由醋酸、钛酸四丁酯和去离子水混合而成；所述醋酸、钛酸四丁酯、去离子水的体积比为1∶3～5∶15～20。

优选地，所述水解反应在pH为11～13的条件下进行。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明具有防眩光复合膜的光伏组件，其防眩光复合膜以化学键结合方式连接有POSS，并在薄膜表面通过化学反应方式依次沉积氧化锌纳米粒子和氧化钛纳米粒子，不仅使得光伏组件表面复合膜不易积聚灰尘，具有优异的防眩光效果，而且具有优异的耐磨、耐老化和疏水性等性能，满足光伏组件在严苛环境条件下的长期稳定使用要求。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

实施例1

本实施例具有防眩光复合膜的光伏组件，所述光伏组件包括玻璃层及设于玻璃层下端的封装层；所述封装层内设有太阳能电池，所述玻璃层表面设有防眩光复合功能膜层；所述防眩光复合功能膜层为有机-无机杂化防眩聚酯薄膜，所述有机-无机杂化防眩聚酯薄膜以化学键结合方式连接有POSS，并在薄膜表面通过化学反应方式依次沉积氧化锌纳米粒子和氧化钛纳米粒子。本实施例的防眩光复合功能膜层可通过PVB透明光学胶膜粘附在玻璃层表面。

所述有机-无机杂化防眩聚酯薄膜的制备方法包括以下步骤：

S1含有POSS基团的二元酸酐合成：先将摩尔比为1：2的八乙烯基POSS和烯丙基琥珀酸酐分散在甲苯溶剂中，加热升温至60℃并搅拌混合均匀，在惰性气氛下再加入适量的引发剂过硫酸铵进行不饱和键的加成反应，然后通入过量的氟乙烯继续反应，得到含有POSS基团的二元酸酐。

S2聚酯酸膜制备：将对苯二甲酸与乙二醇在温度为260℃、操作压力为0.25MPa的反应釜中进行酯化反应，乙二醇与对苯二甲酸的摩尔比为3：1，反应过程中分批次逐步加入步骤S1得到的含有POSS基团的二元酸酐继续进行酯化反应，含有POSS基团的二元酸酐与对苯二甲酸的摩尔比为1：1，反应12h；再在乙二醇锑催化剂的作用下，控制缩聚反应温度275℃、操作压力为200Pa，经缩聚反应得到有机-无机杂化聚酯酸产物；将该聚酯产物均匀涂布在玻璃基材上，80℃烘箱干燥30min，再在去离子水中浸泡24h后取下薄膜，并于120℃下真空干燥12h，得到有机-无机杂化聚酯酸膜。

S3氧化锌纳米粒子沉积：将步骤S2得到的聚酯酸膜在质量浓度为30％的氯化锌溶液中浸渍3h后进行高温处理，其高温处理的操作温度为220℃，操作时间为2h，得到在薄膜表面沉积有氧化锌纳米粒子的聚酯薄膜。

S4有机-无机杂化防眩聚酯薄膜的制备：将步骤S3得到的聚酯薄膜浸渍在质量浓度为15％的钛酸四丁酯溶液中进行水解反应，所述水解反应在pH为11的条件下进行；将反应得到前驱体溶液在105℃的高温条件下进行处理，处理2h后得到在薄膜表面沉积有氧化钛纳米粒子的聚酯薄膜，即产物所述有机-无机杂化防眩聚酯薄膜。所述钛酸四丁酯溶液由醋酸、钛酸四丁酯和去离子水混合而成；所述醋酸、钛酸四丁酯、去离子水的体积比为1∶3∶15。

实施例2

本实施例具有防眩光复合膜的光伏组件，所述光伏组件包括玻璃层及设于玻璃层下端的封装层；所述封装层内设有太阳能电池，所述玻璃层表面设有防眩光复合功能膜层；所述防眩光复合功能膜层为有机-无机杂化防眩聚酯薄膜，所述有机-无机杂化防眩聚酯薄膜以化学键结合方式连接有POSS，并在薄膜表面通过化学反应方式依次沉积氧化锌纳米粒子和氧化钛纳米粒子。本实施例的防眩光复合功能膜层可通过PVB透明光学胶膜粘附在玻璃层表面。

所述有机-无机杂化防眩聚酯薄膜的制备方法包括以下步骤：

S1含有POSS基团的二元酸酐合成：先将摩尔比为1：2的八乙烯基POSS和(2-甲基-2-丙烯基)琥珀酸酐分散在甲苯溶剂中，加热升温至70℃并搅拌混合均匀，在惰性气氛下再加入适量的引发剂过硫酸铵进行不饱和键的加成反应，然后通入过量的氟乙烯继续反应，得到含有POSS基团的二元酸酐。

S2聚酯酸膜制备：将2-氟对苯二甲酸与乙二醇在温度为265℃、操作压力为0.20MPa的反应釜中进行酯化反应，乙二醇与2-氟对苯二甲酸的摩尔比为4：1，反应过程中分批次逐步加入步骤S1得到的含有POSS基团的二元酸酐继续进行酯化反应，含有POSS基团的二元酸酐与2-氟对苯二甲酸的摩尔比为1.5：1，反应18h；再在乙二醇锑催化剂的作用下，控制缩聚反应温度270℃、操作压力为100Pa，经缩聚反应得到有机-无机杂化聚酯酸产物；将该聚酯产物均匀涂布在玻璃基材上，90℃烘箱干燥20min，再在去离子水中浸泡24h后取下薄膜，并于120℃下真空干燥8h，得到有机-无机杂化聚酯酸膜。

S3氧化锌纳米粒子沉积：将步骤S2得到的聚酯酸膜在质量浓度为20％的氯化锌溶液中浸渍4h后进行高温处理，其高温处理的操作温度为200℃，操作时间为5h，得到在薄膜表面沉积有氧化锌纳米粒子的聚酯薄膜。

S4有机-无机杂化防眩聚酯薄膜的制备：将步骤S3得到的聚酯薄膜浸渍在质量浓度为20％的钛酸四丁酯溶液中进行水解反应，所述水解反应在pH为11的条件下进行；将反应得到前驱体溶液在115℃的高温条件下进行处理，处理3h后得到在薄膜表面沉积有氧化钛纳米粒子的聚酯薄膜，即产物所述有机-无机杂化防眩聚酯薄膜。所述钛酸四丁酯溶液由醋酸、钛酸四丁酯和去离子水混合而成；所述醋酸、钛酸四丁酯、去离子水的体积比为1∶4∶18。

实施例3

本实施例具有防眩光复合膜的光伏组件，所述光伏组件包括玻璃层及设于玻璃层下端的封装层；所述封装层内设有太阳能电池，所述玻璃层表面设有防眩光复合功能膜层；所述防眩光复合功能膜层为有机-无机杂化防眩聚酯薄膜，所述有机-无机杂化防眩聚酯薄膜以化学键结合方式连接有POSS，并在薄膜表面通过化学反应方式依次沉积氧化锌纳米粒子和氧化钛纳米粒子。本实施例的防眩光复合功能膜层可通过PVB透明光学胶膜粘附在玻璃层表面。

所述有机-无机杂化防眩聚酯薄膜的制备方法包括以下步骤：

S1含有POSS基团的二元酸酐合成：先将摩尔比为1：2的八乙烯基POSS和(丁-3-烯-1-基)琥珀酸酐分散在甲苯溶剂中，加热升温至80℃并搅拌混合均匀，在惰性气氛下再加入适量的引发剂过硫酸铵进行不饱和键的加成反应，然后通入过量的氟乙烯继续反应，得到含有POSS基团的二元酸酐。

S2聚酯酸膜制备：将2,5-二氟对苯二甲酸与乙二醇在温度为270℃、操作压力为0.35MPa的反应釜中进行酯化反应，乙二醇与2,5-二氟对苯二甲酸的摩尔比为5：1.5，反应过程中分批次逐步加入步骤S1得到的含有POSS基团的二元酸酐继续进行酯化反应，含有POSS基团的二元酸酐与2,5-二氟对苯二甲酸的摩尔比为2：3，反应18h；再在乙二醇锑催化剂的作用下，控制缩聚反应温度280℃、操作压力为300Pa，经缩聚反应得到有机-无机杂化聚酯酸产物；将该聚酯产物均匀涂布在玻璃基材上，85℃烘箱干燥30min，再在去离子水中浸泡24h后取下薄膜，并于120℃下真空干燥12h，得到有机-无机杂化聚酯酸膜。

S3氧化锌纳米粒子沉积：将步骤S2得到的聚酯酸膜在质量浓度为25％的氯化锌溶液中浸渍3h后进行高温处理，其高温处理的操作温度为300℃，操作时间为1h，得到在薄膜表面沉积有氧化锌纳米粒子的聚酯薄膜。

S4有机-无机杂化防眩聚酯薄膜的制备：将步骤S3得到的聚酯薄膜浸渍在质量浓度为25％的钛酸四丁酯溶液中进行水解反应，所述水解反应在pH为13的条件下进行；将反应得到前驱体溶液在125℃的高温条件下进行处理，处理3h后得到在薄膜表面沉积有氧化钛纳米粒子的聚酯薄膜，即产物所述有机-无机杂化防眩聚酯薄膜。所述钛酸四丁酯溶液由醋酸、钛酸四丁酯和去离子水混合而成；所述醋酸、钛酸四丁酯、去离子水的体积比为1∶5∶20。

实施例4

本实施例具有防眩光复合膜的光伏组件，其功能膜层材料及其制备步骤基本与实施例1相同，不同之处在于，本实施例中，采用(2-甲基-2-丙烯基)琥珀酸酐代替烯丙基琥珀酸酐，采用2,5-二氟对苯二甲酸代替对苯二甲酸。

实施例5

本实施例具有防眩光复合膜的光伏组件，其功能膜层材料及其制备步骤基本与实施例1相同，不同之处在于，本实施例中，采用(丁-3-烯-1-基)琥珀酸酐代替烯丙基琥珀酸酐，采用2,3,5,6-四氟对苯二甲代替对苯二甲酸。

将实施例1～5制备得到的防眩光复合膜及其光伏组件进行性能测试，其性能结果如表1所示：

防眩光测试：测试粘附有实施例1～5的防眩光复合膜玻璃样品的反射率，并与未粘附防眩光复合膜的玻璃原片(反射率为9％)比较，通过反射率降低值来评价光伏组件的防眩光效果。

疏水性测试：按照GB/T30693-2014进行测试水接触角。

耐老化性：按照标准GB/T2423.3《高低温湿热试验方法》进行耐湿热老化性能测试，试验条件：+85℃，相对湿度85％。以试验前后对试样黄变指数(△YI)按照国标GB 2409《塑料黄变指数试验方法》测定。

表1

项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						光伏组件光电转换效率，％	≥20	≥20	≥20	≥20	≥20
反射率降低值，％	≥6	≥6	≥6	≥6	≥6
						膜层硬度，H	≥5.5	≥5.5	≥5.5	≥5.5	≥5.5
水接触角，°	≥80	≥80	≥80	≥80	≥80
						耐老化性(1000h)	Δb<1.5	Δb<1.5	Δb<1.5	Δb<1.5	Δb<1.5

由此可见，本发明专利相比目前使用的技术具有相当大的优势。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种具有防眩光复合膜的光伏组件，其特征在于，所述光伏组件包括玻璃层及设于玻璃层下端的封装层；所述封装层内设有太阳能电池，所述玻璃层表面设有防眩光复合功能膜层；所述防眩光复合功能膜层为有机-无机杂化防眩聚酯薄膜，所述有机-无机杂化防眩聚酯薄膜以化学键结合方式连接有POSS，并在薄膜表面通过化学反应方式依次沉积氧化锌纳米粒子和氧化钛纳米粒子。

2.如权利要求1所述的具有防眩光复合膜的光伏组件，其特征在于，所述有机-无机杂化防眩聚酯薄膜的制备方法为：先由乙二醇与二元酸和含有POSS基团的二元酸酐进行反应，得到聚酯酸膜；然后，所述聚酯酸膜先后浸渍在氯化锌溶液和钛酸四丁酯溶液中，并进行不同条件下的高温处理，在薄膜表面依次沉积氧化锌纳米粒子和氧化钛纳米粒子，得到所述有机-无机杂化防眩聚酯薄膜。

3.如权利要求2所述的具有防眩光复合膜的光伏组件，其特征在于，所述乙二醇、二元酸和含有POSS基团的二元酸酐的摩尔比为3～5：1～1.5：1～1.5。

4.如权利要求2所述的具有防眩光复合膜的光伏组件，其特征在于，所述二元酸为对苯二甲酸、2-氟对苯二甲酸、2,5-二氟对苯二甲酸、2,3,5,6-四氟对苯二甲酸中的至少一种。

5.如权利要求2所述的具有防眩光复合膜的光伏组件，其特征在于，所述含有POSS基团的二元酸酐先由摩尔比为1：2的八乙烯基POSS和烯基琥珀酸酐进行加成反应，然后通入过量的氟乙烯继续反应得到。

6.如权利要求4所述的具有防眩光复合膜的光伏组件，其特征在于，所述烯基琥珀酸酐为烯丙基琥珀酸酐、(2-甲基-2-丙烯基)琥珀酸酐、(丁-3-烯-1-基)琥珀酸酐中的至少一种。

7.如权利要求2所述的具有防眩光复合膜的光伏组件，其特征在于，所述聚酯酸膜在氯化锌溶液中浸渍后，其高温处理的操作温度为200～300℃，得到在薄膜表面沉积有氧化锌纳米粒子的聚酯薄膜。

8.如权利要求6所述的具有防眩光复合膜的光伏组件，其特征在于，所述聚酯薄膜浸渍在钛酸四丁酯溶液中进行水解反应，将反应得到前驱体溶液在100～125℃的高温条件下进行处理，得到在薄膜表面沉积有氧化钛纳米粒子的聚酯薄膜。

9.如权利要求1或7所述的具有防眩光复合膜的光伏组件，其特征在于，所述钛酸四丁酯溶液由醋酸、钛酸四丁酯和去离子水混合而成；所述醋酸、钛酸四丁酯、去离子水的体积比为1∶3～5∶15～20。

10.如权利要求7所述的具有防眩光复合膜的光伏组件，其特征在于，所述水解反应在pH为11～13的条件下进行。