KR20170141198A - 태양광 모듈용 후면 필름 - Google Patents

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Abstract

140 ℃ 초과 온도에서 가교된 투명한 EVA (에틸렌-바이닐 아세테이트 공중합체)에 포매된 태양광 모듈용 후면 필름으로서, 상기 후면 필름은 EVA의 후면에 도포되어 이에 결합하며, 여기서 상기 후면 필름은 서로 직접적으로 연결된 공압출된 폴리올레핀 레이어를 포함하는 다중-레이어 구조로 구성되어 있고, 상기 레이어 중 100 μm 미만의 두께의 레이어를 포함하는 전면 레이어는 최대 20% 중량비의 안료 또는 반사 입자로 채워지며 300 μm 초과의 후면 필름이 전체 두께로 후속 레이어로 보강되고, 여기서 상기 레이어는 전체로서 또는 혼합 비율로서 비가교된 폴리프로필렌으로 구성되고, 여기서 상기 전면 레이어 뒤에 위치된 레이어는 적어도 부분적으로 후면 필름의 중량에 대해 최대 40%의 중량비의 무기 안정화 충전제로 채워짐, 및 후면 필름 제조 방법.

Description

태양광 모듈용 후면 필름
본 발명은 제1항의 전제에 따른 태양광 모듈용 후면 필름에 관한 것이다.
태양광 모듈은 개별적으로 또는 그룹 배열로 장착될 수 있는 판-형태의 유닛을 나타내며, 여기서 전기적으로 상호연결된 태양 전지가 중심 평면에 배열되고, 모든 면이 캡슐화 물질, 예컨대, 에틸렌 바이닐 아세테이트 공중합체 (EVA)에 포매(embed)된다. 이러한 태양광 모듈의 전면은, 예를 들어, 전면 커버로서 유리판에 의해 형성되며, 이는 전면 (상부)에 태양 전지의 EVA 포매를 커버하고, 환경 부하 및 세정 작용에 대한 우수한 광 투명성, 내후성, 내스트레치성, 및 또한 전면 (상부) 환경에 대한 태양 전지의 우수한 전기 절연성 및 우수한 기계적 안정성을 제공한다. 태양광 모듈의 후면을 커버하기 위해, 일반적으로 광 투명성과 관련하여 전면의 사양을 충족해야 하지 않지만, 내후성, 절연 내력에 대한 사양, 및 EVA 포매에 대한 상용성(compatibility)을 제공해야 하는 후면 필름이 사용된다.
특히, 후면 필름은 140 ℃ 내지 160 ℃의 온도에서 초기에 층을 이루어 느슨하게 적층된 물질은 서로 결합되는 적층 공정에 의해, 패킷 내 태양 전지의 EVA 포매과 결합되어 고정 및 캡슐화된 유닛을 형성할 수 있어야 한다. 이와 관련하여, EVA는 태양 전지를 에워싸고, 전면 커버 뿐만 아니라 후면 필름에 결합하도록 이의 연화 온도보다 훨씬 더 가열된다. 게다가, EVA는 화학적 첨가제로 인해, 또는 조사에 의해 투명 물질 및 우수한 내후성으로 로 가교된다. 후면 필름은 상기 공정에 상응하는 온도 내성의 요건을 가지는 “외부 쉘(outer shell)”로서 참여하고, 예비-연신된 후면 필름의 수축 공정을 배제한다.
고온 내성과 관련하여, 폴리에스터 기반의 후면 필름이 통상적으로 사용되지만 EVA에 대한 상용성이 나쁘며, 접착성 코팅과 함께 제공되어야 한다. 또한, 수분 흡수 및 취성의 경향이 있는 이러한 물질의 제한된 장기간 가수 분해 내성은 불리하다. 중간 레이어 및/또는 오버 레이어 뿐만 아니라 모듈 제조 동안 상대적으로 높은 수축을 가지는 이러한 후면 필름의 다중 레이어 구조은 폴리에스터 재료의 중요한 단점을 나타낸다.
EP 2 390 093 B1는 이와 대조적으로, 폴리에틸렌 동종 중합체 및 공중합체 재료가 접착 레이어 없이, 공압출(co-extrusion)에 의해 직접적으로 결합되는 폴리에틸렌 기반의 후면 필름을 개시한다. 폴리에틸렌 재료는 태양광 모듈 구성 내에서 EVA와 우수한 상용성의 이점을 가진다. 그러나, 문제는 선택 재료 성분에 의해, 그리고 특히 또한 재료의 가교에 의해 상승되는 폴리에틸렌 재료의 온도 내성이다. 그러나, 가교 복잡성과 별개로, EVA 포매 공정 동안 뿐만 아니라 장기간 동안의 제한된 온도 내성은, 태양광 모듈이 예를 들어 수 십년에 걸쳐 실외에서 사용될 때 여전히 중요하다.
본 발명의 목적은 내후성이고, 열적으로 견고하며, 뿐만 아니라 비용 효과적이며, 특히 수 십년의 성능을 가지는 안정적이며 비용-효과적인 태양광 모듈의 제조를 가능하게 하는 태양광 모듈용 후면 필름을 발견하는 것이다.
제1항의 전제에 따른 후면 필름에 기초하여, 이러한 목적은 제1항의 특징적인 특징을 가지는 본 발명에 따라 달성된다. 또한, 상기 목적은 제10항에 따른 방법, 제13항에 따른 방법, 뿐만 아니라 제16항에 따른 방법을 사용하여 달성된다.
제1항에 따른 후면 필름은 폴리프로필렌 또는 상당 비율의 폴리프로필렌과 폴리올레핀 혼합물 레이어의 복합재를 제공하여, 폴리에틸렌-기반의 플라스틱 혼합물에 비해 사용 가능한 온도 범위를 현저히 증가시킨다.
따라서, 가장 중요하고 비용이 증가하는 물질의 가교는 불필요하다. 사용 가능한 온도 범위의 추가적인 확장은 무기 안정화 충전제에 의해 획득될 수 있으며, 이는 또한 필름의 기계적 성질을 향상시키고 또한 수축 거동에 대응할 수 있다 이러한 맥락에서 폴리프로필렌과 관련된 이점은 또한 광범위하게 파생된 용도 분야에 관련된 범용성(versatility), 응용에 대한 당업자의 지식, 및 주된 물질에 대한 장기간의 경험이 있다. 이와 관련하여, 산화, 광 민감성 또는 가연성에 관련된 폴리프로필렌의 공지된 민감성은 종래의 산화 방지제, 빛 안정화제, UV 흡수제, 및 내화제에 의해 신뢰성있게 처리되고 증명될 수 있는 것으로 이해된다.
이러한 후면 필름은 서로 직접적으로 상호연결된 레이어와 함께 공압출에 의해 저렴하게 제조될 수 있다. 특히, 공압출은 접착 물질을 사용하여 중간 레이어에 의해 레이어의 결합을 제거하여, 추가적인 작업 단계를 필요로 하지 않는다.
필름 두께의 균일성 및 적층된 배열과 관련하여, 레이어는 공압출에 의해 제한된 레이어 두께로 제조되어야 한다. 이것은 300 μm (0.3 mm) 초과의 후면 필름의 전체 두께에 대하여 특히 적용되며, 이는 규칙적으로 예컨대 20 KV까지의 전압에 대해 후면 필름의 요구되는 절연 내력에 이미 기초하여 결정되지만, 기계적 부하와 관련된 태양광 모듈의 사양을 고려해야 한다. 결과적으로, 후면 필름은 복수의 공압출된 레이어로 구성된다. 이와 관련하여, 폴리프로필렌에 일반적으로 기인하는 경도 및 강성, 또한 필요에 따라, 당업계에 공지된 변형에 의해 용이하게 조절 가능한 충격 강도는 확실하게 유리하다.
후면 필름의 다중-레이어 구조의 경우, 태양 전지에 대면하고 EVA 포매에 직접적으로 연결되는 전면 레이어는, 태양 전지를 측면으로 통과하는 빛 또는 산란된 빛의 반사를 위해 종래의 방법으로 설계되며, 잔여 활용을 위해 반사되어야 한다. 이와 관련하여, 100 μm 미만, 바람직하게 대략 오직 50 μm 두께의 제1 레이어는, 최대 대략 20%의 중량비의, 티타늄 다이옥사이드와 같은 안료 및/또는 반사 입자로 충전되어, 빛이 투명한 가교된 EVA 포매물을 통해 내부 반사의 관점에서 태양 전지로 또는 전면 커버로 반사된다.
태양 전지의 에틸렌 바이닐 아세테이트 공중합체 포매에 대한 전면 레이어의 개선된 접착을 위해, 최대 60% 비율의 폴리에틸렌 또는 폴리에틸렌 공중합체가 전면 레이어의 폴리프로필렌에 첨가될 수 있다.
전면 레이어의 뒤에 남아있는 후면 필름의 전체 두께는 유리하게 레이어로 추가적으로 세분된다. 예를 들어, 종종 관례적인 외부 레이어는 순수하게 광학적 관점에서, 또한 후방에서 들어오는 열복사의 반사를 위해, 백색 또는 반사적으로 착색될 수 있다. 따라서, 전면 레이어에 대향하는 후면 외부 레이어는 전면 레이어와 동일한 재료로 특정될 수 있고, 공압출을 위해 동일한 압출기로부터 공급될 수 있다.
중간 레이어에는, 더 높은 기계적 강도 뿐만 아니라 증가된 내열성을 달성하고, EVA의 적층 공정 동안, 뿐만 아니라 장기간 사용 동안의 수축 경향성에 대응하기 위해, 특히 후면 필름의 전체 중량에 대하여 최대 40%의 중량비의 무기 안정화 충전제가 제공된다.
충전제로서, 특히, 다른 내산성의 미네랄 물질 이외에도, 심지어 재료의 장기간 내후성에 관련하여 폴리프로필렌에 대해 시험되고 입증된 탈크가 고려된다. 충전제의 내산성은 EVA 재료의 산성 상태에 대한 가능한 장기적인 발전의 관점에서도 중요하다. 이와 관련하여, 각각의 레이어의 충전제는, 특히 제조 과정 중 EVA 재료의 가교 동안, 뿐만 아니라, 수 십년의 장기간 사용 일어날 수 있는 장기간 동안 재료의 수축 경향에 대해, 전체 레이어 또는 각각의 레이어를 안정화하거나 강화시키기 위해서, 각각 레이어의 적어도 5%의 중량비를 가질 수 있다.
이러한 후면 필름의 매우 유연한 제조 기법 실현은 플랫 캐스트 필름 웹(flat cast flim web)으로의 공압출에 의해 가능하며, 여기서 복수의 레이어의 폴리프로필렌이 플랫 노즐로부터 압출되어 합쳐진다. 이와 관련하여, 각각 제한된 두께로 제공된 복수의 특정 레이어는, 레이어 두께, 및 이에 따른 후면 필름의 전체 두께를 제어하기 위해 중요하다. 이와 관련하여, 재료 ?? 충전제와 관련된 각각의 레이어는 충분한 수의 사용 가능한 압출기에 대해서, 서로 상이하게 제공될 수 있다. 그러나, 이것은 동일한 재료의 2 개의 레이어 또는 복수의 레이어가, 예를 들어, 서로 분리되는 레이어 순서로, 또는 레이어 두께를 증대시키기 위해 서로 인접하는 레이어 순서로 배치하기 위해 제공되는 것을 배제하는 것이 아니다.
제조 비용 및, 특히 단순한 방식으로 실용적으로 실현 가능한 측면에서 중요한, 또 다른 후면 필름 제조 방법은 복수의 레이어 또는 폴리프로필렌의 공압출을 사용하여, 다중-레이어 취입된 필름 호스(blown flim hose)를 제조하는 것이며, 여기서 취입된 필름 호스는, 압출 및 블로우 성형 이후, 편향되고 롤러 사이에서 플랫하게 놓이거나, 롤러 사이에 압축됨으로써 평평하게 되어, 취입된 필름 호스는 서로에 대해 놓인 내부 레이어의 내부 블로킹에 의해 플랫 필름 스트립(flat flim strip)으로 성형된다.
이러한 방식으로, 짝수 층상의 배열 및 (거울상) 대칭 레이어 구조을 가지는 다중-레이어 플랫 필름이 제공된다. 예를 들어, 취입된 필름의 외부 레이어가 안료 또는 반사 입자로 충전된 폴리프로필렌에 의해 형성되면, 이러한 레이어는 후면 필름의 전면 레이어, 뿐만 아니라 이에 상응하는 착색 및 반사 성질를 가지는, 대향하는 후면 레이어를 형성한다. 블로킹 후 후면 필름의 층상 배열에서 대칭적으로 반복되는, 취입된 필름의 중간 레이어는 특히 적절한 충전제를 수용할 수 있다.
블로킹 후 후면 필름의 내부에서 두 배가 된 취입된 필름의 내부 레이어는 유리하게 차단되도록 구체화된다. 블로킹 방지제로도 사용되는 탈크와 같은 충전제는 유레하게는 감소된 양으로 제공되거나 생략될 수 있다. 효과적인 블로킹 공정을 위해, 취입된 필름의 내부 레이어는 폴리프로필렌 이외에, 최대 60%의 폴리에틸렌의 혼합물과 함께 제공되어, 한편으로는 폴리에틸렌의 낮은 융점으로 인해 결합되는 내부 레이어의 측면에 효과적인 블로킹 연결을 제공하고, 다른 한편으로는, 폴리프로필렌으로 인해 레이어의 안정성을 보장할 수 있다. 바람직하게, 다른 레이어와 비교하여 내부 레이어는 각각, 보다 얇게, 50 μm 미만 두께로 구체화되어야 한다.
후면 필름의 두 가지 제조 방법 모두, 즉, 플랫 캐스트 필름의 공압출, 뿐만 아니라 후속 블로킹과 함께 취입된 필름의 공압출은 산업적 규모로 용이하게 제어 가능하고 또한 비용-효과적인 방식으로 수행될 수 있고, 특히 태양광 모듈의 적층 공정 동안 열적으로 수축하지 않고 안정적으로 유지되는 폴리프로필렌 기반의 필름을 제공하는 가능성을 열어주며, 이는 또한 종종 수 십년 동안 적용되는 태양광 모듈의 장기간 사용에 있어서, 내후성 및 기계적 안정성 뿐만 아니라 태양 전지의 EVA 포매를 사용하여 고정된 응집력을 보장한다.
원칙적으로, 캐스트 필름과 같이 구조를 가지는, 예를 들어, 반복되는 비-거울 대칭적 또는 홀수의 레이어의 레이어 순서를 가지는 다중-레이어 필름은 완전수의 레이어와 함께 공합출에 의해 취입된 필름으로서 또한 제조될 수 있어, (블로킹 없이) 취입된 필름이 반드시 오직 후면 필름의 길이 방향으로만 절단되어야 한다.
후면 필름은 개별 태양광 모듈로 재단된 모듈식 개별 부품으로 바로 사용될 수 있으며(ready-made), 태양 전지 세트와 함께, 양면 및 전면 커버에 EVA로 코팅된, 태양 전지의 세트를 사용하여 적층 장치를 통과한다.

Claims (16)

140 ℃ 초과 온도에서 가교된 투명 EVA (에틸렌 바이닐 아세테이트 공중합체)에 포매되어, 상기 후면 필름은 EVA와 접촉하고, 이에 의해 결합되는 태양광 모듈용 후면 필름으로서, 여기서 상기 후면 필름은 서로 직접적으로 연결된, 공압출된 폴리올레핀 레이어를 가지는 다중-레이어 구조을 가지며, 이의 전면 레이어는 100 μm 미만의 레이어 두께를 가지고, 최대 20%의 중량비로 안료 또는 반사 입자로 채워지며, 300 μm 초과의 후면 필름의 전체 두께로 후속 레이어로 보강되고, 상기 레이어는, 전체로서 또는 혼합 비율로서, 비가교된 폴리프로필렌으로 구성됨을 특징으로 하며, 여기서 전면 레이어의 뒤에 위치하는 레이어는 후면 필름의 중량에 대해 최대 40%의 중량비로 무기 안정화 충전제로 적어도 부분적으로 채워짐.
제1항에 있어서, 충전제가 실질적으로 탈크 또는 다른 내산성의 미네랄 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 후면 필름.
제2항에 있어서, 전면 레이어 뒤에 위치한 레이어의 충전제가 레이어의 적어도 5%의 중량비를 가지는 것을 특징으로 하는 후면 필름.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 전체 레이어는 짝수 또는 거울-대칭으로 배열되는 것을 특징으로 하는 후면 필름.
제4항에 있어서, 두 개의 이웃하는 최내부 레이어는 30 내지 60%의 폴리에틸렌 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 후면 필름.
제5항에 있어서, 두 개의 최내부 레이어 각각은 80 μm 미만의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 후면 필름.
제5항 내지 제6항에 있어서, 두 개의 최내부 레이어는 탈크를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 후면 필름.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 전면 레이어는 최대 30%의 중량비의 폴리에틸렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 후면 필름.
제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후면 필름은 경화되기 전에, 평평하게 놓고 블로킹함으로써 대칭적으로 두 배가 된, 다중-레이어 취입 필름 호스로 구성되는 것을 특징으로 하는 후면 필름.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후면 필름은 플랫 노즐로부터 플랫 캐스트 필름 웹과 복수의 레이어의 폴리프로필렌의 공압출에 의해 제조되고, 여기서 상기 레이어는 적어도 부분적으로 상이한 충전제를 포함하는 것을 특징으로 하는 후면 필름 제조 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 두 개의 외부 레이어는 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 후면 필름 제조 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름의 중간 레이어는 사전 결정된 최대 레이어 두께로 동일한 재료를 사용하여 압출되는 것을 특징으로 하는 후면 필름 제조 방법.
제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 레이어를 가지는 플랫 필름은 환형 노즐로부터 필름 호스와 복수의 레이어의 공압출에 의해 짝수 및 거울-대칭의 레이어 배열, 경화되기 전, 평평하게 놓인 필름 호스의 후속 블로우 성형 및 블로킹에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 후면 필름 제조 방법.
제13항에 있어서, 외부 레이어 내에, 무기 충전제를 적어도 5%의 중량비로 가지는, 적어도 하나의 추가 폴리프로필렌 레이어는 공압출로 압출되는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항, 제10항, 제13항, 또는 제14항에 있어서, 공압출에서 최내부 레이어의 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌의 혼합물은 압출되는 후면 필름 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 후면 필름의 모든 레이어를 가지는 필름 호스는 환형 노즐로부터 압출되고, 취입된 필름으로 넓혀지고, 길이 방향으로 절단되는 것을 특징으로 하는 후면 필름 제조 방법.
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