一种一体化玻纤增强型光伏板及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及光伏板技术领域，具体涉及一种一体化玻纤增强型光伏板及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近几年来，随着光伏行业的快速发展，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，也即光伏组件的正面和背面均能发电；较常规的单面光伏组件，其发电量更多。其中，双面光伏组件的背面透光材料的选择主要分为玻璃和透明背板。
3.传统双玻光伏组件，不仅存在如工艺难度大、良品率低的工艺制程问题，还存在如重量重、难安装、破损率高的应用方面的问题。当前光伏组件封装形态趋轻量化，双玻厚度从2.5mm向2.0mm进化，但随之而来的弊端是玻璃钢化工艺成本上升，且薄玻璃对电池片保护性的认可度低。而透明背板虽能满足重量需求，但对电池片的保护作用却远低于玻璃；具体体现在：常规高强度的透明背板的材料一般有pmma、pc，这些材料呈脆性且成本高，与光伏胶膜的粘附力差、易分层，耐候性不佳，易产生黄变。在这样的行业背景下，如果仅使用市场上常规高强度的透明背板，其难以支撑整个光伏组件的重量，并存在层间易分层、且无法长期维持高透光率和低耐黄变性能，不足以脱离玻璃单独在户外长期使用。因此迫切需要一款轻量化的增强型透明光伏背板：即兼具高强、高韧性和轻量化、且不易分层、还能长期维持高透光率和低耐黄变性的光伏背板。
4.而现有技术中，如公开号cn208835079u提供的一种轻量化抗冲击型光伏组件，为获得轻量化的光伏组件，其光伏前板为氟树脂层与树脂玻纤层叠设而成，其中，树脂玻纤层包括玻璃纤维布(或毡)以及浸渍在玻璃纤维布(或毡)上的树脂层；采用这种光伏前板可以降低组件重量，实现轻量化，并具有较好的透光性能，还能通过抗负载抗冰雹冲击性能测试。但是，这种光伏前板的机械强度(如拉伸强度、弯曲强度)仍然有待提升，且其受户外环境的影响较大，难以长期维持高透光率和低耐黄变性能；而且，由于氟树脂层、玻璃纤维和树脂层的材质均具有明显的性能差异，所以，氟树脂层与树脂玻纤层之间、以及玻璃纤维布(或毡)与树脂层之间存在容易分层的问题；进而影响这种轻量化的光伏前板的户外长期使用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种一体化玻纤增强型光伏板及其制备方法和应用，以解决现有轻量化的光伏板存在的机械强度较低、层间易分层以及长期户外使用的透光率和耐黄变性能差的技术问题。
6.基于此，本发明公开了一种一体化玻纤增强型光伏板，为表面功能化的衬底层和增强复合材料层经固化成型形成的一体化叠层结构，所述增强复合材料层包括表面功能化的玻纤层和覆于表面功能化的玻纤层的聚酯材料层；
7.其中，所述聚酯材料层为聚酯树脂、固化剂、扩链剂、紫外吸收剂和其他助剂混合形成的聚酯材料经固化成型制得；
8.其中，所述表面功能化的衬底层和表面功能化的玻纤层为表面分别带有能参与聚酯材料固化成型的活性基团的衬底层和玻纤层。
9.优选地，所述活性基团为羟基、羧基和/或氨基；所述固化剂为异氰酸酯固化剂。
10.优选地，所述表面功能化的衬底层和表面功能化的玻纤层为衬底层和玻纤层的表面分别经等离子体处理制得；其中，等离子体处理的气氛为空气、氧气、氮气、氨气或二氧化碳。
11.优选地，所述聚酯材料，按重量份计，其原料组成为：
[0012][0013]
其中，所述聚酯树脂为聚酯多元醇和/或聚醚多元醇；
[0014]
其中，所述固化剂为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。
[0015]
进一步优选地，所述聚酯树脂为纯聚酯型pue与纯聚醚型pue按质量比6：1-2配成的复配物，和/或，所述固化剂为二苯基甲烷二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯按质量比3.5-8.5：1配成的复配物；
[0016]
所述聚酯树脂中的羟基与固化剂中的异氰酸酯基的摩尔比为1：0.8-1.2。
[0017]
进一步优选地，所述扩链剂为脂肪族二元醇扩链剂和/或脂肪族三元醇扩链剂；
[0018]
所述紫外吸收剂为三嗪型液体紫外吸收剂、水杨酸酯型紫外吸收剂和/或三嗪型紫外吸收剂与受阻胺型紫外吸收剂的复配物；
[0019]
所述其他助剂为抗氧化剂、流平助剂、消泡剂和/或耐水解剂。
[0020]
优选地，所述衬底层为pc、pet、pbt或pmma中的一种或几种材料经挤出成型制得的透明薄膜；所述衬底层的厚度≤150μm。
[0021]
本发明还公开了本发明内容上述所述的一种一体化玻纤增强型光伏板的制备方法，其包括以下制备步骤：
[0022]
s1、分别裁剪衬底层和玻纤层，备用；
[0023]
s2、将裁剪后的衬底层和玻纤布的表面分别进行等离子体处理，得到表面功能化的衬底层和表面功能化的玻纤层；
[0024]
s3、按重量称取聚酯树脂、固化剂、扩链剂、紫外吸收剂和其他助剂，混合搅拌均匀，得到聚酯材料；
[0025]
s4、将表面功能化的衬底层及表面功能化的玻纤层依次铺设至模具中；
[0026]
s5、将聚酯材料浇筑至模具中，直至液体充满模具，静置，直至表面功能化的玻纤层完全被聚酯材料浸润；
[0027]
s6、将模具放入层压机中进行层压，层压过程中，表面功能化的衬底层及表面功能化的玻纤层的活性基团共同参与聚酯材料的固化成型；
[0028]
s7、固化成型后，将模具取出，脱模后，即得一体化玻纤增强型光伏板。
[0029]
优选地，步骤s2中，所述等离子处理的电晕功率为3800-4300w、优选为4000w。
[0030]
优选地，步骤s5中，所述静置的时间为5-10min；
[0031]
步骤s6中，所述层压的温度为100-150℃、时间为10-15min。
[0032]
本发明还公开了一种一体化玻纤增强型光伏板的应用，即将本发明内容上述所述的一种一体化玻纤增强型光伏板作为光伏前板和/或光伏背板应用于柔性光伏组件中。
[0033]
与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：
[0034]
本发明的一体化玻纤增强型光伏板，采用表面功能化的衬底层和增强复合材料层制成，具有较高的可见光透过率(即透光率)和机械强度及轻量化的优点；而且，由于其表面功能化的衬底层及表面功能化的玻纤层的表面均带有能参与聚酯材料固化成型的活性基团，因此，表面功能化的衬底层及表面功能化的玻纤层的活性基团能共同参与聚酯材料的固化成型，使表面功能化的衬底层、表面功能化的玻纤层和聚酯材料层的层间界面之间通过共价键连接，形成一体化叠层结构，所以，该一体化玻纤增强型光伏板的机械强度能进一步提升，还能确保表面功能化的衬底层、表面功能化的玻纤层和聚酯材料层的层间界面之间能通过固化成型所形成的共价键进行紧密整合，杜绝了它们之间的分层问题，并能长期维持高透光率和低耐黄变性能。因此，该一体化玻纤增强型光伏板能替代重量大的前板玻璃和背板玻璃使用，并保证了其长期户外使用。该一体化玻纤增强型光伏板能替代前板玻璃和背板玻璃来应用于柔性光伏组件中，满足了户外、屋顶、光伏建筑幕墙(bipv)的一体化柔性光伏组件的需求。
附图说明
[0035]
图1为本发明的一种一体化玻纤增强型光伏板的结构示意图。
[0036]
图2为图1的一体化玻纤增强型光伏板中各层之间的界面连接结构示意图。
[0037]
附图标号说明：表面功能化的衬底层1；增强复合材料层2；表面功能化的玻纤层21；聚酯材料层22。
具体实施方式
[0038]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0039]
实施例1
[0040]
本实施例的一种一体化玻纤增强型光伏板，参见图1，为表面功能化的衬底层1和增强复合材料层2经固化成型形成的一体化叠层结构，增强复合材料层2包括表面功能化的玻纤层21和覆于表面功能化的玻纤层21的聚酯材料层22(该增强复合材料层2中，聚酯材料层22的聚酯材料浸润表面功能化的玻纤层21的上表面和下表面，且聚酯材料层22的聚酯材料还渗入表面功能化的玻纤层21的内部)；聚酯材料层22为聚酯树脂、固化剂、扩链剂、紫外吸收剂和其他助剂混合所得的聚酯材料经固化成型制得；表面功能化的衬底层1为表面带有能参与聚酯材料固化成型的活性基团的衬底层，且表面功能化的玻纤层21为表面带有能
参与聚酯材料固化成型的活性基团的玻纤层。
[0041]
其中，表面功能化的衬底层1为衬底层的表面经等离子体处理制得，且表面功能化的玻纤层21为玻纤层的表面经等离子体处理制得；该等离子体处理的气氛为空气、氧气、氮气、氨气或二氧化碳，该等离子体处理的气氛也可以是其它形式的在等离子体作用下能够被气化的液体。如此，能使表面功能化的衬底层1及表面功能化的玻纤层21的表面均带有大量能参与聚酯材料固化成型的活性基团。
[0042]
具体地，该活性基团为羟基、羧基和/或氨基；而固化剂为异氰酸酯固化剂。这样，在聚酯材料固化成型的过程中，表面功能化的衬底层1及表面功能化的玻纤层21中的活性基团均能与固化剂进行反应；如此，表面功能化的衬底层1及表面功能化的玻纤层21的活性基团均能直接参与聚酯材料的固化成型过程，使表面功能化的衬底层1、表面功能化的玻纤层21和聚酯材料层22的层间界面之间能通过固化成型所形成的共价键进行紧密整合，故而经该固化成型后，表面功能化的衬底层1、表面功能化的玻纤层21和聚酯材料层22能形成该一体化玻纤增强型光伏板；进而相比现有增强型光伏板，该一体化玻纤增强型光伏板能增强光伏板的机械强度，有效杜绝光伏板各层之间的分层问题，并能长期维持光伏板的高透光率和低耐黄变性能。
[0043]
其中，聚酯材料，按重量份计，其原料组成为：
[0044][0045]
具体地，聚酯树脂为聚酯多元醇和/或聚醚多元醇。聚酯多元醇通常是有机二元羧酸与多元醇缩合而成，或内酯与多元醇聚合而成；该聚酯多元醇的黏度优选为1000-20000cp.s，该聚酯多元醇的羟基(-oh)优选为100-200mgkoh/g。
[0046]
具体地，固化剂为二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)、甲苯二异氰酸酯(tdi)、六亚甲基二异氰酸酯(hdi)和二环己基甲烷二异氰酸酯(hmdi)中的一种或几种。
[0047]
优选为，聚酯树脂为纯聚酯型pue与纯聚醚型pue按质量比6：1-2(更优选为6：1)配成的复配物，和/或，固化剂为二苯基甲烷二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯按质量比3.5-8.5：1(更优选为50.3：6.8)配成的复配物；而且，聚酯树脂中的羟基与固化剂中的异氰酸酯基的摩尔比为1：0.8-1.2(更优选为1.05：1)。实际中，可采用以下三种方案：
[0048]
方案一：聚酯树脂为纯聚酯型pue与纯聚醚型pue按质量比6：1-2配成的复配物，而固化剂为二苯基甲烷二异氰酸酯或二环己基甲烷二异氰酸酯，且聚酯树脂中的羟基与固化剂中的异氰酸酯基的摩尔比为1：0.8-1.2。
[0049]
方案二：聚酯树脂为纯聚酯型pue或纯聚醚型pue，而固化剂为二苯基甲烷二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯按质量比3.5-8.5：1配成的复配物，且聚酯树脂中的羟基与固化剂中的异氰酸酯基的摩尔比为1：0.8-1.2。
[0050]
方案三：聚酯树脂为纯聚酯型pue与纯聚醚型pue按质量比6：1-2配成的复配物，而
固化剂为二苯基甲烷二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯按质量比3.5-8.5：1配成的复配物，且聚酯树脂中的羟基与固化剂中的异氰酸酯基的摩尔比为1：0.8-1.2。
[0051]
如此，通过纯聚酯型pue与纯聚醚型pue的配合，和/或，二苯基甲烷二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯的配合，能进一步增强该一体化玻纤增强型光伏板的弯曲强度、拉伸强度等机械强度，还能增加该一体化玻纤增强型光伏板的可见光透过率，并能进一步改善该一体化玻纤增强型光伏板长期户外使用的可见光透过率、耐黄变性和耐老化性能，进一步增强该一体化玻纤增强型光伏板在长期户外使用过程中的可靠性。
[0052]
其中，扩链剂为脂肪族二元醇扩链剂和/或脂肪族三元醇扩链剂。
[0053]
具体地，当扩链剂为脂肪族二元醇扩链剂时，该脂肪族二元醇扩链剂为乙二醇、丁二醇和一缩二乙二醇中的至少一种。当扩链剂为脂肪族三元醇扩链剂时，该脂肪族三元醇扩链剂为丙三醇。
[0054]
其中，紫外吸收剂为三嗪型液体紫外吸收剂、水杨酸酯型紫外吸收剂和/或三嗪型紫外吸收剂与受阻胺型紫外吸收剂的复配物。
[0055]
其中，其他助剂为抗氧化剂、流平助剂、消泡剂和/或耐水解剂。
[0056]
具体地，抗氧化剂常分为2类：受阻胺型抗氧化剂和受阻酚型抗氧化剂。由于受阻胺型抗氧化剂容易使物料着色，故本实施例的聚酯材料中的抗氧化剂优选为受阻酚型抗氧化剂。流平剂为有机硅型流平剂；如聚酯改性有机硅氧烷型流平剂，又如芳烷基改性硅氧烷型流平剂。消泡剂为以下消泡剂种类中的至少一种：有机硅氧烷型消泡剂、聚醚型消泡剂、硅和醚接枝型消泡剂。耐水解剂优选为聚碳化二亚胺(pcd)。
[0057]
其中，衬底层为pc、pet、pbt或pmma中的一种或几种材料经挤出成型制得的透明薄膜；衬底层的厚度≤150μm。如此，能确保表面功能化的衬底层1优良的透光性和支撑性能。
[0058]
本实施例的一种一体化玻纤增强型光伏板的制备方法，包括以下制备步骤：
[0059]
s1、将衬底层、玻纤布分别裁剪成为1000mm*1000mm大小，备用。
[0060]
s2、将裁剪后的衬底层和玻纤布的表面分别进行等离子体处理，等离子处理的电晕功率为3800-4300w、优选为4000w，等离子处理的气氛优选为空气，得到表面功能化的衬底层1及表面功能化的玻纤层21。
[0061]
s3、按重量称取聚酯树脂、固化剂、扩链剂、紫外吸收剂和其他助剂，混合搅拌均匀，优选为搅拌速度为500r/min、搅拌时间为2-3min，得到聚酯材料。
[0062]
s4、将表面功能化的衬底层1及表面功能化的玻纤层21依次铺设至模具中，该模具大小优选为2mm*1000mm*1000mm。
[0063]
s5、将聚酯材料浇筑至模具中，直至液体充满模具，静置5-10min，以使表面功能化的玻纤层21完全被聚酯材料浸润(此时，表面功能化的玻纤层21的上表面和下表面，以及表面功能化的玻纤层21的内部均浸有聚酯材料)。
[0064]
s6、将模具放入层压机中，于100-150℃下层压10-15min，层压过程中，表面功能化的衬底层1及表面功能化的玻纤层21的活性基团共同参与聚酯材料的固化成型。
[0065]
s7、固化成型后，将模具取出，脱模后，即得一体化玻纤增强型光伏板。
[0066]
综上，该一体化玻纤增强型光伏板由于具有高机械强度，因此能替代重量大的前板玻璃和背板玻璃使用，且层间不分层，并保证了其长期户外使用性能。该一体化玻纤增强型光伏板能替代前板玻璃和背板玻璃来应用于柔性光伏组件中，满足了户外、屋顶、光伏建
筑幕墙(bipv)的一体化柔性光伏组件的需求。
[0067]
实施例2-6
[0068]
实施例2-6的一体化玻纤增强型光伏板及其制备方法，均参照实施例1，其与实施例1的区别在于：
[0069]
实施例2-6的一体化玻纤增强型光伏板中所用的聚酯材料的原料组成，按重量份计，如下表1所示。表1中，各实施例所用的聚酯材料均满足：固化剂中的异氰酸酯基(nco)与聚酯树脂中的羟基(oh)的摩尔比为1：1.05。
[0070]
表1
[0071] 实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6纯聚酯型pue60份60份60份60份60份纯聚醚型pue//10份10份20份mdi43.2份38.4份58.5份50.3份69.2份hmdi5.1份10.2份/6.8份/扩链剂3份3份3份3份3份耐紫外剂0.5份0.5份0.5份0.5份0.5份抗氧化剂0.3份0.3份0.3份0.3份0.3份流平剂0.5份0.5份0.5份0.5份0.5份消泡剂0.3份0.3份0.3份0.3份0.3份耐水解剂0.6份0.60.6份0.6份0.6份
[0072]
对比例1-4
[0073]
对比例1-5的玻纤增强型光伏板及其制备方法，均参照实施例1，其与实施例1的区别在于：
[0074]
对比例1-5的玻纤增强型光伏板中所用的聚酯材料的原料组成，按重量份计，如下表2所示。表2中，各实施例所用的聚酯材料均满足：固化剂中的异氰酸酯基(nco)与聚酯树脂中的羟基(oh)的摩尔比为1：1.05。
[0075]
而且，对比例5的玻纤增强型光伏板的制备方法中，省略了对衬底层的表面进行等离子体处理的步骤。
[0076]
表2
[0077]
[0078][0079]
性能测试
[0080]
对实施例2-6及对比例1-5所制得的玻纤增强型光伏板进行如下性能测试：弯曲强度，拉伸强度，透光率，老化后的透光率和黄变性能。其测试结果如下表3所示：
[0081]
表3
[0082][0083]
从表1-2可以看出，实施例2与对比例1互为对比关系(相比实施例2，对比例1的区别仅在于：未添加hmdi；且实施例2和对比例1的聚酯材料中均保持：固化剂中的异氰酸酯基(nco)与聚酯树脂中的羟基(oh)的摩尔比为1：1.05)，对比例1与对比例2互为对比关系，对比例3与对比例4互为对比关系，以及实施例5与对比例5互为对比关系。
[0084]
根据表3可知：
[0085]
实施例2-6所用的聚酯材料，通过纯聚酯型pue与纯聚醚型pue的配合，和/或，二苯基甲烷二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯的配合，能使实施例2-6所得一体化玻纤增强型光伏板的弯曲强度、拉伸强度、初期可见光透过率及pct48小时老化后的可见光透光率
和耐黄变性能，均比对比例1-4(对比例1-4所用的聚酯材料仅添加了单一的聚酯树脂和单一的固化剂)有明显的改善。
[0086]
从实施例2-3所用的聚酯材料中可以看出，随着hmdi的添加量的增多，所得一体化玻纤增强型光伏板pct48小时老化后的黄变性能反而有所下降，因此hmdi的添加量不宜过多。
[0087]
从实施例4和6所用的聚酯材料中可以看出，随着纯聚醚型pue的添加量的增加，所得一体化玻纤增强型光伏板的机械强度(即弯曲强度和拉伸强度)均有明显的提升，但一体化玻纤增强型光伏板的初期可见光透过率及pct48小时老化后的可见光透过率和黄变性均有所降低，因此，纯聚醚型pue的添加量不宜过多。
[0088]
从实施例5与对比例1-4所用的聚酯材料中可以看出，当纯聚醚型pue的添加量为10份(此时纯聚酯型pue与纯聚醚型pue的质量比为6：1)、且hmdi的添加量为6.8份(此时hdi与hmdi的质量比为50.3：6.8)时，一体化玻纤增强型光伏板的综合性能最佳。
[0089]
从实施例5与对比例5可以看出，衬底层的表面未进行等离子体处理时(如对比例5所示)，玻纤增强型光伏板在机械性能测试过程中会出现衬底层与增强复合材料层2的分层现象，且玻纤增强型光伏板的拉伸强度、pct48小时老化后的可见光透过率和黄变性能，与实施例4比均有较明显的下降。
[0090]
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
[0091]
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。