CN1206741C - 包含复合体的光伏模块 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种光伏模块，其特征在于，它们包含1个或多个由多层复合体组成的层，其中复合体包含至少1个聚碳酸酯层和至少1个含氟聚合物层。本发明还涉及本发明光伏模块的应用。

Description

包含复合体的光伏模块

技术领域

本发明涉及包含1个或多个由多层复合体组成的层的光伏模块并涉及其用于固定或移动发电方面的应用。

背景技术

玻璃几乎是刚性光伏模决用的唯一覆盖材料。玻璃覆盖层的特征是其机械承载能力差。

作为玻璃代用材料的透明塑料覆盖层是已知的。它们大多由聚碳酸酯板构成。它们用于要求较高机械承载能力的场合，例如用在帆船上。这里，模块被嵌入到甲板的上层结构中，因此不能排除模块受到践踏的可能。以聚碳酸酯作为覆盖层的模块的缺点在于，它们耐天候老化能力差。而且，它们可透过水蒸气，可能导致光伏摸块的腐蚀。这使得此种模块经过短时间之后便不得不更换。

已知，氟聚合物片材可用作轻质、挠性光伏模块的透明覆盖片材。诸如聚氟乙烯(PVF)之类的纯氟聚合物和诸如乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)之类的改性氟聚合物均可用作这里的片材。可用于上述目的的片材例子包括Tedlar^或Tefzel^，二者均为杜邦公司的市售产品。

还可用包含“聚氟乙烯/聚酯/聚氟乙烯”层结构的三层片材作为光伏模块的底板片材。其一个例子是Icosolar^，这是一种Isovolta公司的市售产品。

用氟聚合物片材作盖板的光伏模决只具有有限的机械承载能力。氟聚合物片材表现出很差的可印刷性能。

发明的内容

本发明的基本目的是提供一种性能改善的光伏模块。这一目的根本是与具有氟聚合物盖板的光伏模块相比，改善了可印刷性。该目的还改善其机械承载能力。与玻璃盖板光伏模块相比，需要减轻重量并提高抗断裂。与聚碳酸酯盖板的光伏模决相比，必须改善耐天候老化、防水蒸气透过以及抗划伤。与氟聚合物盖板的光伏模块相比，耐低温性能还有待提高。

本发明这一目的是通过这样一种光伏模块达到的，其特征在于，它们包含一个或多个由多层复合体组成的层，其中复合体包含至少一个聚碳酸酯层和至少一个含氟聚合物层。

具体实施方式

本发明的光伏模块具有多项优点。

基于聚碳酸酯/氟聚合物复合体(例如，注塑或挤塑实心板或空心板)的光伏模块，与玻璃盖板光伏模块相比，重量轻的同时还表现出改善的机械承载能力。该轻质特性在光伏模块用于移动发电的情况下尤其有利。与聚碳酸酯盖板相比，它们具有改善的耐天候老化和改善的防水蒸气透过。它们的抗划伤能力强。

另外，外层，或者需要的话，下层的良好印刷性的要求也可得到满足。而且，为适应对建筑设计灵活性不断增长的要求，还可赋予这类型模块以三雏形状。另外，还可结合进易于安装的功能。再者，与包括氟聚合物层的光伏模块相比，这类型模块还可暴露于更高的温度。

本发明光伏模块包含至少1个由多层复合体构成的层，其中(每层)复合体包含至少1个聚碳酸酯层和至少1个含氟聚合物层。另外，它们包含至少1个由1个或多个太阳能电池构成的层。该太阳能电池可并联或串联。

本发明光伏模块优选地由多层构成，其中面对光的最上层由复合体构成，后者包含至少1个聚碳酸酯层和至少1个含氟聚合物层。

本发明光伏摸块的太阳能电池由无机和/或有机光敏材料构成，例如，单晶硅、多晶硅或非晶硅，或者由铜铟硒化物或镉碲化物，或者由有机染料组成或者是Graetzel电池。该太阳能电池优选由硅制成。

本发明的聚碳酸酯-氟聚合物复合体可由2个或更多个层组成。

本发明聚碳酸酯-氟聚合物复合体的一种优选实施方案是2层结构，包括1个聚碳酸酯层和1个氟聚合物层。在这两层之间可夹有粘合剂层。这些层还可包含其他添加剂，例如紫外吸收剂。

本发明聚碳酸酯-氟聚合物复合体的另一种优选实施方案是3层体系，包括氟聚合物层、聚碳酸酯层和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层。所述层之间可夹有粘合剂层。这些层还可包含其他添加剂，例如紫外吸收剂。此种层结构尤其有利于生产本发明光伏模块，因为太阳能电池可层合到乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层中，而不需要使用单独的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物片材。

本发明聚碳酸酯-氟聚合物复合体可采用例如挤出、复合挤出或层合等方法来生产。它们可利用下列方法涂布：等离子沉积，例如CVD(化学蒸汽沉积)，或者通过溅射、真空金属镀膜、离子来辅助沉积、喷漆等方法。

本发明聚碳酸酯-氟聚合物复合体的厚度可介于1毫米到最高数厘米。聚碳酸酯/氟聚合物的重量比可介于1000∶1～1∶1000。该比例优选介于100∶1～1∶100，最优选20∶1～1∶20。

可用于聚碳酸酯-氟聚合物复合体中的聚碳酸酯是基于通式(II)的双酚的聚碳酸酯，

其中

A代表单键、C₁～C₅亚烷基、C₂～C₅烷叉(alkylidene)、C₅～C₆环烷叉(cycloalkylidene)、-S-或-SO₂-，

B代表氯或溴，

q是0、1或2，以及

p是1或0，

或者基于通式(III)的烷基取代的二羟基酚环烷烃，

其中

R⁷和R⁸各自彼此独立地是氢、卤素，优选氯或溴，C₁～C₈烷基、C₅～C₆环烷基、C₆～C₁₀芳基，优选苯基，或者C₇～C₁₂芳烷基，优选苯基-C₁～C₄烷基，尤其是苄基，

m是4、5、6或7的整数，优选4或5，

R⁹和R¹⁰对于每个Z可单独地选择，并彼此独立地代表氢或C₁～C₆烷基，

以及

Z代表碳，条件是R⁹和R¹⁰在至少1个Z原子上同时地代表烷基。

通式(II)双酚的适当例子包括氢醌、间苯二酚、4，4’-二羟基联苯、2，2-双(4-羟苯基)-丙烷(即，双酚A)、2，4-双(4-羟苯基)-2-甲基丁烷、1，1-双(4-羟苯基)-环己烷、2，2-双(3-氯-4-羟苯基)-丙烷以及2，2-双(3，5-二溴-4-羟苯基)丙烷。

优选的通式(II)双酚是2，2-双(4-羟苯基)-丙烷、2，2-双(3，5-二氯-4-羟苯基)-丙烷以及1，1-双(4-羟苯基)-环己烷。

优选的通式(III)双酚是1，1-双(4-羟苯基)-3，3-二甲基环己烷、1，1-双(4-羟苯基)-3，3，5-三甲基环己烷以及1，1-双(4-羟苯基)-2，4，4-三甲基环戊烷。

适合本发明的聚碳酸酯包括均聚碳酸酯和共聚碳酸酯。上面规定的热塑性聚碳酸酯的混合物也是合适的。

该聚碳酸酯可按照已知的方式：由双酚与光气通过相界面法或者与光气通过均相法制备；通过所谓吡啶法或者通过酯交换法，在熔体相中由双酚与羧酸酯来制备，其中分子量可按照已知的方式，利用相应数量已知链终止剂进行调节。这些生产方法例如描述在H.Schnell，“聚碳酸酯化学与物理”，《聚合物评论》，卷9，p.31～76，国际科学出版社，1964。

适宜链终止剂的例子包括苯酚、对氯酚、对叔丁基酚或2，4，6-三溴酚，还包括长链烷基酚如4-(1，1，3，3-四甲基丁基)-苯酚，或者烷基取代基总碳原子数为8～20的单烷基酚或二烷基酚，例如3，5-二叔丁基酚、对异辛基酚、对叔辛基酚、对十二烷基酚、2-(3，5-二甲基庚基)酚及4-(3，5-二甲基庚基)酚。

链终止剂的用量，以每种情况下通式(II)和/或(III)双酚总用量为基准，通常介于0.5～10mol％。

适合本发明的聚碳酸酯的平均分子量(Mw：重均，例如按超离心或光散射法测定)介于10,000～200,000，优选18,000～80,000。

适合本发明的聚碳酸酯可按照已知方式进行支化，优选通过加入以双酚总用量为基准，0.05～2mol％三官能化合物或官能度大于3的化合物，例如包含3或3个以上酚基团的化合物。

除了双酚A均聚碳酸酯之外，优选的聚碳酸酯是双酚A与以双酚总摩尔数为基准最高15mol％2，2-双(3，5-二溴-4-羟苯基)-丙烷的共聚碳酸酯，以及双酚A与以双酚总摩尔数为基准最高60mol％1，1-双(4-羟苯基)-3，3，5-三甲基环己烷的共聚碳酸酯。

该聚碳酸酯可部分地或全部由芳族聚酯碳酸酯代替。芳族聚碳酸酯还可包含聚硅氧烷嵌段。其制备例如载于US-A 3 821 325。

可使用的氟聚合物是那些聚乙烯碳链的氢原子全部或部分地被氟原子取代的聚合物，或者是由它们衍生的氯-或氟-氯-衍生物或者由它们衍生的共聚物。

本发明光伏模块的一种优选实施方案具有如下结构。面朝光源的这一面由本发明的复合体构成。其下面是镶嵌在聚合物中的太阳能电池层。该聚合物可以是，例如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚氨酯或聚硅氧烷。在此，优选使用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。镶嵌方法，优选将太阳能电池夹在2片乙烯-醋酸乙烯酯共聚物之间进行层合。这底下是玻璃、金属、环氧树脂平光板或其他塑料的底板层。光伏模块的其他层也优选地与太阳能电池层合夹入的同时组装在内，以便在一个加工步骤中制成完整模块。光伏模块周边可镶上金属或其他材料的边框。光伏模块也可直接地，即，不需要底板层，坐落在其他底层上，例如在滑翔机机翼构架上。

本发明光伏模块的另一种优选实施方案具有下列结构。面朝光源的这一面由本发明的复合体构成。其下面是镶嵌在聚合物中的太阳能电池层。该聚合物可以是，例如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚氨酯或聚硅氧烷。在此，优选使用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。镶嵌方法，优选将太阳能电池夹在2片乙烯-醋酸乙烯酯共聚物之间进行层合。这底下是第2层本发明复合体。光伏模块周围可镶有金属或其他材料的边框。

本发明光伏模块可以是平面的或非平面的。

本发明光伏模块还可以是用于发电并产生热量的所谓混杂模块的组成部分。

本发明光伏模块可用于固定和移动发电。该光伏模块例如可用于太阳能动力交通工具，例如太阳能动力汽车、用于飞机或飞艇，用于舰船或小艇，用于私人游艇和大棚车，用于玩具，用于广告牌如照明板，用于时刻表的照明，用于停车场自动检票机，用于跋涉和娱乐圈以及安全领域的照明系统，用于正门的模块或屋面模块或者用于音障模块。

在所有上述用途中，本发明光伏模块既可用于为对象提供全部能量需求，即，例如为驱动太阳能动力汽车提供所要求的能量，或者本发明光伏模块也可仅仅提供相应对象所需能量的一部分，例如用于交通工具的照明。

本发明光伏模块可采用镶嵌方法或者采用例如铸造方法来生产。

用乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)作为粘合膜的真空层合法已证明是重要的镶嵌方法。在该方法中，光伏模块在真空室内组装，在减压作用和/或超压作用下成形为“层合物”。EVA在此期间熔融并将太阳能电池各侧面全部包围起来。经过交联程序之后，太阳能电池便基本上能够不受湿气、异物之类的侵袭。光伏模块的其他层也优选在与太阳能电池层合的同时组装到EVA层中，从而在单一加工步骤中制成整个模块。

作为上述方法的替代方案，已开发出铸造方法，用于大表面面积模块的生产。在该方法中，太阳能电池被夹在2个外层之间，例如聚碳酸酯-聚氟乙烯复合体。中间的空间则通过浇铸法充填上例如低粘度聚氨酯树脂或聚硅氧烷。该方法也适合小模块的生产。如果相应地再做好外壳，便可以最佳方式实现集成化。

实例

为检验可印刷性，针对5种不同片材的可印刷性进行了下列试验：

片材类型	胶粘带试验	划格法参数
			聚碳酸酯-聚氟乙烯复合片材(按照本发明)；在聚碳酸酯一侧印刷网印油墨A网印油墨B	无油墨被拉离无油墨被拉离	01
聚氟乙烯片材(对比例)网印油墨A网印油墨B	油墨不粘附油墨不粘附	55
			乙烯-四氟乙烯共聚物片材(对比例)网印油墨A网印油墨B	油墨不粘附油墨不粘附	55
聚氟乙烯-聚对苯二甲酸乙二醇酯-聚氟乙烯复合片材(对比例)网印油墨A网印油墨B	油墨不粘附油墨被拉离	52

在片材上的印刷是采用2种不同的单组分网印油墨进行的：

1.网印油墨A(高温油墨：Noriphan^HTR，基料载色体：基于双酚A和1，1-双(4-羟苯基)-3，3，5-三甲基环己烷的共聚碳酸酯(商品名APEC^HT)，

2.网印油墨B(标准油墨：Jet 200，Prll公司提供，基料载色体：聚丙烯酸酯树脂及纤维素衍生物)。

通过100目织物印刷一遍。然后在室温下搁置干燥。印刷后经过43h再进行试验。

按照DIN 53 151，ISO 2409进行划格法粘附力试验。

对应于划格法参数0的评估结果是最好的评估。随后，依次降等，直至划格法参数5，即，最差的评估。样品按照划格法参数0到划格法参数5的分级是根据样品图象与标准的比较得出的。

胶粘带试验程序如下：首先，交叉划格，然后，将18mm宽的胶粘带贴到油墨层上并用橡胶辊筒在适度压力下压实；随后，以中等速度剥离胶粘带。按照类似于划格法试验进行评估。

Claims (9)

1.一种光伏模块，其特征在于它们包含一个或多个由多层复合体组成的层，多层复合体之一构成光伏模块面朝光源的最上层，在多层复合体下方是至少一层由镶嵌在聚合物中的一个或多个太阳能电池组成的层，其中复合体包含至少一个聚碳酸酯层和至少一个含氟聚合物层，并且至少一个多层复合体上进行了印刷；

所述含氟聚合物是那些聚乙烯碳链的氢原子全部或部分地被氟原子取代的聚合物，或者是由它们衍生的氯-或氟-氯-衍生物或者由它们衍生的共聚物。

2.权利要求1的光伏模块，其特征在于多层复合体由聚碳酸酯层和含氟聚合物层以及二者之间的任选粘合剂层构成。

3.权利要求1的光伏模块，其特征在于多层复合体由含氟聚合物层、聚碳酸酯层、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层以及各层之间的任选粘合剂层构成。

4.权利要求1-3中任何一项的光伏模块，其特征在于聚碳酸酯层或含氟聚合物层或者二者，包含紫外吸收剂。

5.权利要求1-3中任何一项的光伏模块，其特征在于聚碳酸酯是基于双酚A的聚碳酸酯。

6.权利要求1-3中任何一项的光伏模块，其特征在于聚碳酸酯是基于双酚A和以双酚总摩尔数为基准最高60mol％1，1-双(4-羟苯基)-3，3，5-三甲基环己烷的共聚碳酸酯。

7.权利要求1-3中任何一项的光伏模块，其特征在于含氟聚合物是聚氟乙烯。

8.权利要求1-3中任何一项的光伏模块用于固定或移动发电的应用。

9.一种光伏模块复合体，包含含氟聚合物层、聚碳酸酯层和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层，其中所述层之间夹有粘合剂层，而且各层还包含其它添加剂；

所述含氟聚合物是那些聚乙烯碳链的氢原子全部或部分地被氟原子取代的聚合物，或者是由它们衍生的氯-或氟-氯-衍生物或者由它们衍生的共聚物。