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 20  专注高分子材料

抗紫外线、抗黄变

双面光伏发电之透明光伏背板的性能提升之路

       

       近几年来,双面光伏组件成为当下高效光伏组件封装的主流方式之一。双面光伏组件的正面和背面均能发电,较常规的单面组件,其发电量更多。双面组件背面透光材料的选择主要为玻璃和透明背板。传统玻璃背板,即双玻组件,存在工艺难度大、良品率低等工艺制程问题,并且还存在重量重、难安装、破损率高等应用方面的问题。但主要由于技术水平的限制,市场上一直也没有很理想的透明背板产品。透明背板由于材料特性和使用方面的要求,具有超高的透光率,将会导致太阳光中的紫外线可以穿透整个背板,对背板的内层材料造成破坏。因此,研发一款既具有高透明性,又具备优良耐候性及具有紫外线阻隔功能的透明背板对于光伏行业具有重要的意义。

       透明背板的关键性能指标。透明背板中可见光透过率和耐紫外线性能对电池组件的发电量和使用寿命具有关键性作用。

       1、透光率高。为提高透光率,光伏玻璃通过降低铁含量、浮法压花、表面镀减反射膜、降低厚度等方式。目前光伏玻璃GB/T30984.1-2015《太阳能用玻璃第1部分:超白压花玻璃》中,用于前板的3.2mm的非镀膜玻璃透光率要求≥91.5%,镀膜玻璃透光率要求≥93%;用于双玻的2mm非镀膜玻璃,可见光透过率也要≥91.5%。

       PET高分子材料由于表面特性和材料特性对光线存在反射和吸收,可见光透过率很难做到>90%。为减少光在界面处的损失,一般可通过改变反射光的相位或者介质的折射率来达到。其中一种是干涉型堆栈式薄膜,这类薄膜利用光和物质的相互作用,在薄膜顶部与底部的反射产生相消干涉来达到减反射的目的。另外还可以通过改变空气与基板之间薄膜在垂直高度上不同折射率分布来达到反射效果,利用这种原理的减反射膜称为各向异性减反射膜,又称折射率渐变减反射膜。可以通过不同折射率材料的组合搭配,开发出具有高透光率的透明背板,可见光透光率达到93%以上。

       2、耐紫外性能。目前的高分子类型的光伏背板分为多种结构,PET具有优良的机械性能、电气绝缘性能、水汽阻隔性能,是光伏背板优选的骨架材料。为满足户外长期使用的需求,一般都在PET两侧通过涂覆或者复合一层氟材料来保护PET。

       户外长期使用环境中,高低温冷热冲击、氧气、紫外等条件是造成PET老化降解的主要因素,GB/T31034-2014《晶体硅太阳电池组件用绝缘背板》中也设计了恒定湿热、热循环、湿冻循环、紫外照射等评估光伏背板长期可靠性的实验方法及标准。标准要求背板在经过60kWh/m2辐照量以后,表面无粉化、开裂、黄变值<3。为满足耐紫外的性能需求,传统的白色背板,其中都含有金红石型钛白粉,能够起到良好的隔绝紫外线的作用,并具有长期可靠性。但是常规的钛白粉也具有极佳的遮盖能力,可见光无法透过,不适于应用在透明背板产品中。常见的有机结构紫外线吸收剂,在紫外线的长期照射会逐渐失效,长期可靠性有待提升。因此,亟待发展一种长期可靠的紫外线屏蔽材料。

       3、功率增益。在双面发电光伏组件电池片间隙的漏光区域涂上具有高反射率的白色涂层,能使原本会直接穿过电池片间隙而浪费掉的太阳光进行二次利用,使双面发电光伏组件的平均功率提升。

       再来看看透明网格背板材料性能研究与实验。

       1、耐紫外纳米杂化材料。传统背板耐紫外材料选用有机紫外吸收剂,具有光学不稳定性,使用纳米材料代替有机的紫外吸收剂,将具绝佳的耐候性能。当然使用空心的二氧化钛也是很好的方法。将TiO2、ZnO材料做到纳米级别,材料在具有紫外屏蔽功能的同时可具有高度的透明性。

       制备透明纳米材料的方法。使用锌前驱体、钛前驱体合成纳米级别透明的氧化锌、氧化钛。使用超分散技术使其更好地分散在有机溶液中,并做表面修饰;之后在超分散纳米粒子表面包裹一层稀土金属配合物,稀土金属具有光转换功能,可以将部分的紫外光转换为可见光,近红外光;稀土金属表面的配合物带有多种特殊的官能团,可以与氟碳树脂进行桥联,形成有机无机纳米杂化结构。实验发现,合成的有机无机纳米杂化材料的透射光谱图,在紫外波段360nm以下的波长范围能很好地紫外吸收,可见光波段400~780nm范围透过率可达94%以上。

       2、高透光膜层组合。当一束光从一种介质照射到另一种介质时,由于两种介质折射率的差异,会发生光的吸收、反射、透射。减反增透薄膜可以有效降低光在基底表面的反射,增加光的透射,从而可以提升某一波长或者波段内的光学性能。通过不同折光指数膜层的组合、树脂的种类、膜层厚度等,缩小不同介质的折射率的差距,提高了可见光透过率。

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