一種用於大系統光伏組件的高阻水易清潔背板材料的製作方法
2023-05-04 06:03:51 1
本發明涉及一種用於大系統光伏組件的高阻水易清潔背板材料，屬於光伏封裝材料領域。
背景技術：
隨著煤、石油、天然氣等石化燃料的日益枯竭和環境汙染日益嚴重，大力發展新能源已經成為一項全球化的重要任務。近年來，作為綠色能源的代表，太陽能發電越來越受到人們關注。目前對於太陽能的應用主要是通過太陽能發電組件將太陽能轉化為電能，太陽能發電組件主要由低鐵鋼化玻璃、前層EVA膠膜、太陽能電池片、後層EVA膠膜和背板組成。其中，背板起到水汽阻隔性、電氣絕緣性、與EVA的粘結性、耐候性等保護電池片的作用。
但是，目前市場上光伏背板的局部放電電壓通常在600～1000VDC左右，僅能適應常規的光伏組件系統，對於較大系統的光伏組件存在很大的安全隱患，因此研發一種具有高部局放電電壓的光伏背板對光伏組件成本的降低非常有必要。已經有一些關於高系統背板的報導，比如專利CN201320878102.4中所述採用增加背板基材層的厚度來提高背板的局放電壓，這種方法會導致後期加工困難和製作成本增加等問題並且水汽透過率也只能維持在2g/m2·d左右容易引發蝸牛紋、PID等現象出現；專利CN201110316402.9採用玻璃纖維布來賦予背板高耐壓性從而來提高背板的局部放電電壓，但是該方案存在工藝繁瑣、生產成本高等缺點。目前的解決方案，還不夠全面，沒有辦法在做到高壓可靠性的同時還兼顧較多的其他功能性。另常規背板所用的耐候層一般都為氟碳塗料或者氟膜等一些表面能低的物質，這樣的背板抗汙能力弱在氫鍵、色散力和憎水作用下使一些碳酸鹽、硫酸鹽、矽酸鹽、蛋白質、天然高分子等一些有機無機汙染物能夠輕易的粘附在背板表面並難以清洗從而影響背板散熱，降低太陽能電池的安全性，同時也給去除這些雜質增加了人工成本。
因而，開發出一款低成本、耐高壓、易清潔並且適用於大系統光伏組件的背板材料是本領域技術人員亟待解決的重大課題。
技術實現要素：
本發明針對現有技術的不足，通過改變背板內外層的組成、結構從而提供了一種生產工藝簡單、生產成本低，同時具有高局部放電電壓、水汽阻隔性和易清潔性能的光伏組件背板，這種背板在光反射性、粘結強度、耐候性等方面也具有良好的效果。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種用於大系統光伏組件的高阻水易清潔背板材料，依次由外層、粘結層、基膜層以及內層組成；內層和基膜層可以通過熔融塗覆、流延成膜或雙層共擠出連接，外層通過粘接層粘結到基膜層；所述外層厚度為50～200μm，粘結層厚度為5～20μm，基膜層厚度為100～500μm，內層厚度為100～400μm。
所述內層由100重量份的第一主體樹脂、5～20重量份的第二主體樹脂、3～30重量份的主體填料、3～30重量份的輔助填料、0.01～1重量份的矽烷偶聯劑、0.001～0.1重量份的交聯劑、0.001～0.1重量份的抗熱氧老化劑、0.001～0.1重量份的光穩定劑組成；所述的第一主體樹脂由乙烯與丙烯、丁烯、戊烯、辛烯中的一種或多種按照任意配比共聚之後組成，所述第二主體樹脂由聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚異丁烯、聚異戊二烯、聚丁二烯中的一種或幾種混合組成；
所述基膜層由第三主體樹脂、無機填料、水解穩定劑、抗熱氧老化劑組成；所述第三主體樹脂由聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丙二酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸環己二甲酯、聚對苯二甲酸丙二酯中的一種或多種按任意配比混合組成；
所述粘結層由聚氨酯膠黏劑、環氧樹脂膠黏劑、丙烯酸酯膠黏劑和有機矽樹脂膠黏劑中的一種或幾種混合組成；
所述外層由第四主體樹脂、接枝助劑、無機填料和接枝於第四主體樹脂表面的親水性聚合物刷所組成；所述第四主體樹脂由單氟乙烯樹脂、偏氟乙烯樹脂、三氟氯乙烯樹脂、聚四氟乙烯樹脂、單氟乙烯-乙烯基醚共聚物、單氟乙烯-乙烯基酯共聚物、偏氟乙烯-乙烯基醚共聚物、偏氟乙烯-乙烯基酯共聚物、三氟氯乙烯-乙烯基醚共聚物、三氟氯乙烯-乙烯基酯共聚物、四氟乙烯-乙烯基醚共聚物中的一種或多種按任意比組成；所述親水性聚合物刷為聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯醯胺、聚N-羥乙基丙烯醯胺、聚N-羥甲基丙烯醯胺、聚甲基丙烯酸縮水甘油酯、聚甲基丙烯酸羥乙酯中的一種或幾種組成；
進一步地，所述主體填料由氧化鈦、鋅鋇白、雲母粉、滑石粉、氧化鋅、氧化鎂、瓷粉、蒙脫土、碳酸鈣中的一種或幾種按照任意比混合組成；所述輔助填料由粒徑為1～10μm的沸石、介孔二氧化矽、空心玻璃微球、空心陶瓷微球中的一種或多種按照任意比混合組成；所述無機填料為鈦白粉、雲母粉、滑石粉、金屬氧化物、瓷粉、蒙脫土、碳酸鈣、沸石、鐵鉻黑、銅鉻黑、炭黑一種或幾種和粒徑為1～10μm的介孔二氧化矽、空心玻璃微球、空心陶瓷微球中的一種或多種按照任意比混合組成；
進一步地，所述矽烷偶聯劑由3-三乙氧基甲基矽烷基-1-丙胺、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷、γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三異丙氧基矽烷、乙烯基三異丙烯氧基矽烷、甲基乙烯基二乙氧基矽烷、甲基乙烯基二甲氧基矽烷、二乙烯三氨基丙基三甲氧基矽烷中的一種或多種按任意比組成。
進一步地，所述交聯劑由過氧化苯甲醯、過氧化丁基異丙苯、2，5-二甲基-2，5-雙(苯甲醯過氧)-己烷、3，3-雙(叔丁基過氧)丁酸乙酯、鄰，鄰-叔丁基-鄰-異丙基-單-過氧化碳酸酯、正丁基4，4-二(過氧化叔丁基)戊酸酯、乙二醇雙甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯、三甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、四乙基矽烷、N，N-亞甲基雙丙烯醯酯胺中的一種或多種按照任意配比組成。
進一步地，所述抗熱氧老化劑由2，2-亞甲基-雙-(4-甲基-6-叔丁基)苯酚、1，3，5-三(4-叔丁基-3-羥基-2，6-二甲基苯甲基)、3，5-二叔丁基-4-羥基-苯甲酸十六烷基酯、二硬酯基季戊四醇二亞磷酸酯、雙酚A雙(二苯基磷酸酯)中的一種或多種按照任意配比組成。
進一步地，所述光穩定劑由癸二酸雙-2，2，6，6-四甲基哌啶醇酯、雙-1-癸烷氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶-4-醇葵二酸酯、N，N』-雙(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)-1，6-己二胺與2，4-二氯-6-6(4-嗎啉基)-1，3，5-三嗪的復配物、甲基-1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基癸二酸中的一種或多種按任意配比組成。
進一步地，所述水解穩定劑由單體碳化二亞胺類水解穩定劑、噁唑啉類化合物水解穩定劑、環氧化合物類水解穩定劑中的一種或多種按任意比混合組成。
進一步地，所述接枝助劑為2-羥基-甲基苯基丙烷-1-酮、1-羥基環己基苯基甲酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-嗎啉基-1-丙酮、安息香雙甲醚BDK、2，4，6-三甲基苯甲醯基二苯基氧化膦、4-(N，N-二甲氨基)苯甲酸乙酯、二本甲酮BP、4-氯二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、鄰苯甲醯基苯甲酸甲酯、4-苯基二苯甲酮、2，4，6-三甲基苯甲醯基-二苯基氧化膦、2，4，6-三甲基苯甲醯基苯基膦酸乙酯中的一種或幾種混合組成；
進一步地，所述接枝的方法由光引發接枝、電暈引發接枝、等離子體處理引發接枝、高能輻射引發接枝中的一種或幾種交替進行。
本發明的有益效果主要體現在：本發明製備出的一種用於大系統光伏組件的高阻水易清潔背板材料在具有高局部放電電壓、水汽阻隔性能和易清潔性能的同時在光反射性、粘結強度和戶外耐候性等方面也有突出優勢，為光伏組件背板材料提供了新思路、新方法。本發明通過改變背板內外層的組成、結構，提供一種局部放電電壓高、水汽透過率低並且具有易清潔性能的適用於大系統光伏組件用的光伏背板；該背板在具有高局放電壓、高水汽阻隔和易清潔性能的同時還具有較高的光反射性、粘結強度和良好的耐候性，能夠充分發揮背板的保護作用。
具體實施方式
本發明中的內層、基膜層可以由熔融塗覆或流延成膜或雙層共擠出製得，外層通過粘接層粘結到基膜層。
實施例1：
外層：聚偏氟乙烯膜接枝聚丙烯酸接枝聚N-羥乙基丙烯醯胺，厚度100μm；
粘結層：聚氨酯膠黏劑，厚度10μm；
基膜層：聚對苯二甲酸乙二醇酯，厚度200μm；
內層：第一主體樹脂乙丙共聚物和聚異丁烯的混合物100份，反射填料鈦白粉8份，輔助填料介孔二氧化矽6份，矽烷偶聯劑乙烯基三甲氧基矽烷2份，交聯劑過氧化丁基異丙苯0.5份，抗熱氧老化劑0.05份，光穩定劑0.05份，紫外吸收劑0.05份，厚度150μm。
實施例2：
外層：聚偏氟乙烯膜接枝聚N-羥乙基丙烯醯胺，厚度100μm；
粘結層：聚氨酯膠黏劑，厚度10μm；
基膜層：聚對苯二甲酸乙二醇酯，厚度200μm；
內層：第一主體樹脂乙丙共聚物和聚異丁烯的混合物100份，反射填料鈦白粉8份，輔助填料介孔二氧化矽6份，矽烷偶聯劑乙烯基三甲氧基矽烷2份，交聯劑過氧化丁基異丙苯0.5份，抗熱氧老化劑0.05份，光穩定劑0.05份，紫外吸收劑0.05份，厚度150μm。
實施例3：
外層：聚偏氟乙烯膜接枝聚丙烯酸，厚度100μm；
粘結層：聚氨酯膠黏劑，厚度10μm；
基膜層：聚對苯二甲酸乙二醇酯，厚度200μm；
內層：第一主體樹脂乙丙共聚物和聚異丁烯的混合物100份，反射填料鈦白粉8份，輔助填料介孔二氧化矽3份，矽烷偶聯劑乙烯基三甲氧基矽烷2份，交聯劑過氧化丁基異丙苯0.5份，抗熱氧老化劑0.05份，光穩定劑0.05份，紫外吸收劑0.05份，厚度150μm。
實施例4：
外層：聚偏氟乙烯膜接枝聚丙烯酸，厚度100μm；
粘結層：聚氨酯膠黏劑，厚度10μm；
基膜層：聚對苯二甲酸乙二醇酯，厚度200μm；
內層：第一主體樹脂乙丙共聚物和聚異丁烯的混合物100份，輔助填料介孔二氧化矽6份，矽烷偶聯劑乙烯基三甲氧基矽烷2份，交聯劑過氧化丁基異丙苯0.5份，抗熱氧老化劑0.05份，光穩定劑0.05份，紫外吸收劑0.05份，厚度150μm。
比較例1：
市場購得的KPK結構背板
採用以上方法製得背板材料，性能指標通過以下方法測定：
1、光反射率
按照GB/T13452.3-92、GB/T9270-88、GB/T5211.17-88、ISO3906-80標準設計的反射率測定儀進行測試。
2、局放電壓
按照標準IEC61730《光伏(PV)組件安全鑑定》進行測試。
3、水汽透過率
按照標準ASTM F1249《用調製紅外線傳感器測定塑料膜和薄板水蒸氣透過性的試驗方法》進行測試。
試驗條件：﹢38℃，相對溼度100％
4、與EVA的剝離強度
按照GB/T2790進行剝離強度測試。
5、水接觸角
按照GB/T30693-2014進行測試。
6、恆定耐溼熱老化性能
按照標準GB/T2423.3《高低溫溼熱試驗方法》
試驗條件：﹢85℃，相對溼度85％
試驗前後對試樣黃變指數(△YI)按照國標GB 2409《塑料黃變指數試驗方法》測定對實施例1、2、3、4和比較例1進行性能檢測，結果如表1所示。
表1：製得背板材料的性能參數
由表中數據可知，本發明一種用於大系統光伏組件的高阻水易清潔背板材料，在通過改變背板內層的組成相對於普通背板在局部放電、阻水性、反射率等方面有明顯提高，並且當對背板外層進行親水改性之後能夠有效的降低背板外層的水接觸角提高抗汙能力。本發明的一種用於大系統光伏組件的高阻水易清潔背板材料的局放電壓、水汽阻隔性高，能夠滿足不同系統大小光伏組件的要求，降低光伏組件的生產成本，有效的解決蝸牛紋、PID等現象提高了安全性；同時由於其特殊設計的外表面還具有很好的易清潔性能，在光伏組件長期戶外使用過程中能夠保持潔淨的外觀。此外其在光反射性、粘結強度、耐候性等方面也有突出優勢，能夠很好的滿足光伏組件背板的要求。