一种轻量化光伏组件封装板及其制备方法和应用与流程

本发明涉及光伏，具体涉及轻量化光伏组件封装板及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光伏组件一般由光伏电池片、超白玻璃、封装胶膜、封装背板及铝合金边框组成，该结构具有使用寿命长、机械强度高的特点。但超白玻璃有其自身的局限性，其本身密度较高，制成的光伏组件质量较大。对于现有存量工商业屋顶，载荷较低的屋顶居多，这给单玻结构光伏组件的应用带来不小的挑战，同时单块组件质量大也为施工人员带来种种不便。

2、虽然目前行业内也已经研发出一些轻质组件，但为使得组件性能满足行业标准水平，其铺层结构较为复杂，这无疑增加了组件层压的工艺复杂性，降低了产品质量的稳定性。

3、专利申请cn201810879732.0公开了一种光伏高效复合背板及其制备方法、应用的光伏组件，其中将热固性粉末树脂纤维复合材料和隔水汽耐候层通过固化交联复合为一体。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种轻量化光伏组件封装板及其制备方法和应用，本发明提供的封装板不仅结构简单，易于加工组装，而且能兼顾良好的透光率、抗冲击性能、耐候性、水蒸气阻隔性、紫外光阻隔性等综合性能。

2、本发明为达到其目的，提供如下技术方案：

3、本发明一方面提供一种轻量化光伏组件封装板，所述封装板包括支撑层和层叠于所述支撑层上的外功能层；

4、所述支撑层包括纤维材料和施加于所述纤维材料上的热固性树脂材料，所述热固性树脂材料的原料包括热固性树脂和用于所述热固性树脂交联固化的固化剂；

5、所述外功能层的原料包括氟塑料、紫外线吸收剂和紫外线屏蔽剂；

6、所述支撑层的厚度为0.05-0.8mm，优选为0.1-0.6mm；所述外功能层的厚度为0.01-0.2mm，优选为0.02-0.1mm；并且所述封装板的厚度为0.1-1mm，优选为0.2-0.8mm。

7、本发明采用上述特定的外功能层和支撑层组合并按照上述厚度进行层叠构成的封装板，能够有效降低组件的重量，而且所得封装板具有良好的综合性能，能兼顾较高的透光率、良好的抗冲击性能、水蒸气阻隔性和耐候性等。该封装板可满足现阶段市场对轻质光伏组件的需求。而若支撑层厚度、外功能层的厚度以及封装板总厚度不满足上述组合要求，例如过薄或过厚，对所得产品的综合性能具有不利影响。

8、一些实施方式中，所述支撑层中，所述纤维材料和所述热固性树脂的质量比为10:50-50:10，优选为10:30-10:10；基于同等条件下，采用优选的质量比，利于获得性能更佳的产品，例如利于兼顾更佳的透光率，以及兼顾优异的耐冲击性能等。

9、一些实施方式中，所述热固性树脂选自丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、氟碳树脂中的一种或多种。较佳的，所述热固性树脂选自丙烯酸树脂、聚酯树脂、环氧树脂中的一种或多种，利于更好的兼顾材料成本降低、产品机械性能和耐候性等。

10、热固性树脂材料中，固化剂的具体选择没有特别限制，可以采用各种能够使所使用的热固性树脂交联固化的相应固化剂。本领域技术人员根据所掌握的常规技术知识可以依据所使用的热固性树脂类型而选择适合的固化剂；所述热固性树脂材料中，所述固化剂的添加量没有特别限制，以能够使所使用的热固性树脂实现交联固化为准，本领域技术人员能够依据所使用的热固性树脂的类型和用量来具体确定所需的固化剂的量。具体的，一些实施方式中，用于所述丙烯酸树脂交联固化的固化剂优选选自封闭型异氰酸酯、十二烷基二元酸、癸二酸、邻苯二甲酸酐中的一种或多种，基于所述丙烯酸树脂的质量，用于所述丙烯酸树脂交联固化的固化剂添加量优选为5％-25％。一些实施方式中，用于所述聚酯树脂交联固化的固化剂选自过氧化苯甲酰和/或过氧化环己酮；基于所述聚酯树脂的质量，用于所述聚酯树脂交联固化的固化剂的添加量优选为1％-4％。一些实施方式中，用于所述环氧树脂交联固化的固化剂选自顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、间苯二胺、双氰胺中的一种或多种；基于所述环氧树脂的质量，用于所述环氧树脂交联固化的固化剂的添加量为20％-50％。

11、一些实施方式中，所述纤维材料的材质为玻璃纤维，优选所述纤维材料的单位面积重量范围为30-400g/m2，优选为50-260g/m2。所述玻璃纤维为纤维织造而成的纤维布或由纤维非织造而成的纤维布或短切纤，纤维布形状可以为平纹、斜纹或缎纹等多种类型；采用上述纤维形状利于相关性能表现更加优异的光伏组件封装板；当然地，纤维的形状也不局限于上述所列的类型，还可以采用其他形状的纤维。

12、较佳实施方式中，所述外功能层中，包括如下质量份的各组分：所述氟塑料90-100份，所述紫外线吸收剂0.1-5份，所述紫外线屏蔽剂0.1-5份。采用优选配方的各组分来制备外功能层，利于改善外功能层的透光率，降低紫外光透过率，例如能使外功能层的透光率超过90％的同时使得紫外光透过率低于5％；采用这种优选配方的外功能层，利于进一步改善封装板的透光率和紫外阻隔性能，利于获得综合性能更佳的产品。

13、较佳实施方式中，所述紫外线吸收剂选自苯酮类、苯并三唑类紫外线吸收剂中的一种或多种，优选选自2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基-5’-叔辛基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑中的一种或多种；

14、较佳实施方式中，所述紫外线屏蔽剂为纳米tio2和/或纳米zno，优选为纳米tio2和纳米zno的组合物，二者质量比为1：0.8-1.2，采用二者复配而成的紫外线屏蔽剂，能够有效屏蔽290～320nm的中波紫外线和320～400nm的长波紫外线；

15、一些实施方式中，所述氟塑料例如选自但不限于etfe(乙烯-四氟乙烯共聚物)、pfa(可溶性聚四氟乙烯)、fep(全氟乙烯丙烯共聚物)、pvf(聚氟乙烯)、ectfe(乙烯-三氟氯乙烯共聚物)中的一种或多种。

16、本发明还提供上文所述的轻量化光伏组件封装板的制备方法，包括如下步骤：

17、将所述外功能层的各组分混合制备所述外功能层；

18、将所述热固性树脂材料的原料施加于所述纤维材料上以形成预制支撑层；

19、将所述外功能层和所述预制支撑层层叠并热压粘合固化，形成层叠设置的支撑层和外功能层，得到所述封装板。

20、较佳实施方式中，还包括如下步骤：将所述外功能层用于与所述预制支撑层接触的表面预先进行表面处理，以使经过所述表面处理后的表面的表面张力达因值为30-60dyn/cm；优选的，所述表面处理为进行电晕或等离子表面处理。将外功能层用于与所述预制支撑层接触的表面预先进行表面处理并使其表面张力达因值达到30-60dyn/cm，利于在后续热压粘合过程中使支撑层和外功能层牢固粘合，二者不易分层，且对产品性能影响小；而若表面张力达因值过低，将影响粘结牢固度，而若表面张力达因值过高，将可能影响产品性能。

21、较佳实施方式中，所述外功能层的制备具体包括如下步骤：将所述外功能层的各组分混合形成混合物料，将所述混合物料通过流延挤出形成膜层，所述膜层经拉伸得到所述外功能层。其中拉伸可以为单向拉伸或双向拉伸，本发明人发现，在流延挤出成膜后，继续进行拉伸操作，可以进一步改善外功能层的性能，利于进一步改善外功能层的水蒸气阻隔性能，进而利于延长组件的使用寿命。

22、制备预制支撑层时，若所用的热固性树脂为粉末状，可以将热固性树脂和固化剂混合成粉料，然后将粉料均匀喷撒在纤维材料上，之后在90-150℃温度下进行预固化，由此得到预制支撑层。制备预制支撑层时，若所用的热固性树脂为液态，可以将热固性树脂和固化剂的混合料液容纳在浸胶槽中，将纤维材料通过纱架的牵引通过浸胶槽，并用刮刀或计量辊筒控制树脂含量，使得树脂混合料液施加在纤维材料上，然后通过烘箱干燥(使得热固性树脂中存在的低沸点溶剂挥发)，最后收卷成型制得预制支撑层(或称预浸料)。

23、一些实施方式中，所述热压粘合固化在120-170℃下进行。

24、本发明还提供一种光伏组件，所述光伏组件包括电池片、与所述电池片的受光面位于同侧的受光面封装层以及与所述电池片的背光面位于同侧的背光面封装层，所述受光面封装层和/或所述背光面封装层为上文所述的封装板或上文所述的制备方法制得的封装板，优选的，至少所述受光面封装层为上文所述的封装板或上文所述的制备方法制得的封装板。将本发明的封装板用于光伏组件中，利于获得整体重量轻、有较强的抗冲击性能、耐候性能、水蒸气阻隔性能和紫外光阻隔性能等综合性能的光伏组件；而将其用于受光面封装层还能兼顾较高的透光率。

25、一些实施方式中，光伏组件的受光面封装层为本发明在上文所提供的封装板。背光面封装层可以使用传统的结构和材料，例如为传统使用的光伏背板，例如tpe、tpt或cpc背板等。一些较佳实施方式中，背光面封装层包括依次层叠的热塑性树脂层、胶膜层和光伏背板；其中热塑性树脂层的原料例如主要为聚烯烃、pctg(聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯)、pcta(聚对苯二甲酸乙二醇酯-醋酸酯)、pc(聚碳酸酯)、coc(环状烯烃共聚物)、cop(环状烯烃聚合物)、tpx(聚4-甲基-1-戊烯)中的一种或多种；另外为获得较佳的背光面封装层的阻燃性能，在热塑性树脂原料中还加入阻燃剂，阻燃剂例如为热塑性树脂原料的0.01-0.2wt％，阻燃剂可以为本领域常规使用的，例如为芳香族磺酰胺金属盐、全氟硼酸金属盐或全氟钛酸酯等；其中，光伏背板例如为传统的tpe、tpt或cpc背板等。

26、一些实施方式中，光伏组件的受光面封装层和背光面封装层均为本发明在上文所提供的封装板。本发明人发现，本发明的封装板用作背光面封装层，具有良好的抗冲击性能、耐候性等，相比于传统的封装层(例如tpe、tpt和cpc背板等)具备更佳的抗冲击性能、耐候性等综合性能。

27、进一步的，本发明的光伏组件还可以具有现有光伏组件常规具有的其他结构，例如所述受光面封装层和所述电池片之间设有受光面胶膜层，所述背光面封装层和所述电池片之间设有背光面胶膜层。受光面胶膜层和背光面胶膜层的材料可以为本领域常规使用的材料，例如为eva或poe等。

28、将本发明的封装板用于光伏组件的受光面封装层，相比现有的高分子材料封装板材，采用本发明的封装板具有结构简单的优势，且将其作为受光面封装层，相比于传统的受光面封装层而言，无需复杂的多层结构，就能够具备良好的综合性能，能够大幅简化组件生产工艺，减少操作工序，避免复杂多层结构带来的分层、褶皱等质量不稳定的风险。

29、关于光伏组件的制备可以采用本领域常规制备步骤进行。

30、一些较佳实施方式中，本发明光伏组件通过将所述光伏组件的各层层叠后经热压得到，具体的，制备步骤可以包括：

31、将光伏组件的各层，例如将受光面封装层、受光面胶膜层、电池片、背光面胶膜层、背光面封装层依次叠层铺设后置于层压设备中；在层压设备中对叠层铺设件进行加热加压后得到层压件，其中，所述加热加压(即热压)包括第一加热阶段和第二冷却阶段，第一加热阶段的加热温度范围例如为110-150℃，加热时间范围例如为100-1200秒；第二冷却阶段的冷却温度范围例如为20-60℃，施加压力范围例如为0.03-0.15mpa。

32、本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

33、本发明提供的轻量化光伏组件封装板不仅结构简单，易于加工组装，而且能兼顾良好的透光率、抗冲击性能、耐候性、水蒸气阻隔性、紫外光阻隔性等综合性能，其不仅特别适合用作光伏组件的受光面封装层，也特别适合用作光伏组件的背光面封装层，不仅能减轻光伏组件的重量，而且用作受光面封装层能够提供良好的透光率、抗冲击性能、耐候性、水蒸气阻隔性、紫外光阻隔性等综合性能，用作背光面封装层也能提供背光面封装层所需具备的更佳的抗冲击性能、耐候性等综合性能。