CN105140327A - 一种光伏组件用散热背板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏组件用散热背板，由三层结构组成，包括金属导热层、位于金属导热层一侧的绝缘粘结层、以及位于金属导热层另一侧的耐候层。绝缘粘结层中添加了无碱玻璃纤维粉末填料。其中粘结层厚度为20-50um，金属导热层的厚度为50-200um，耐候涂层厚度为8-20um。本发明中无碱玻璃纤维粉末的加入使得粘结层具有良好的电气绝缘性能，与金属层复合后，可以满足背板材料所需绝缘性能要求，解决了传统树脂背板散热性能较差的问题。同时相较于现有的金属背板，由于玻璃纤维粉末的加入，取代了常用的贴合绝缘高分子膜层的方法，有效降低界面热阻。与现有技术相比，在使用过程中可以有效降低组件整体温度，提高组件发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种散热性能良好的光伏组件背板，属于太阳能电池背板领域。
背景技术
伴随全球化石能源的不断消耗以及由此产生的巨大的能源环境问题，可以将太阳光转化为电能的光伏业方兴未艾。光伏组件在实际使用过程中，一般需要经受高温、紫外线照射、水汽的破坏侵蚀。背板主要用于光伏组件的封装，具有耐点击穿、耐候性、耐腐蚀等特点，可以对组件起到良好的保护作用。
现有的背板材料一般由几种高分子材料复合而成，如采用TPT、TPE、FPE等结构，但由于高分子材料的导热系数一般都较低无法有效散热，使得组件运行产生的热量不能有效的导出，导致热量积蓄。而晶硅电池工作效率与负温度系数相关，过高的温度不但导致发电效率急剧下降，同时由此产生的高温还会影响封装材料的稳定性，导致组件老化加速，难以满足25年的寿命。
为了改善背板材料的散热，目前现有的一些对于背板材料的改进方法如采用全金属背板（ZL200820200742.9，CN201120084141.8），单纯依赖表面的氧化层并不能很好的满足背板材料对于长时间绝缘性的要求，使得实际过程中组件面临安全性问题。同时所采用
的金属层过厚不利于组件运输和降低成本；而其他的改进方法如在传统的PET基材表面涂布一层或者多层导热涂层的方法（CN103383974A，CN103441171A，CN202434552U），由于其涂层的改善往往仅依赖于导热填料的加入，而各种新型的导热填料如石墨烯、碳纳米管、碳纤维等材料，价格较为昂贵，并不适用大规模应用。
因此，开发出一种具有良好的散热性能，可以有效降低组件运行温度；同时又能满足绝缘性能以及成本要求的光伏组件背板，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是为了弥补现有的光伏组件散热方面的不足，提供一种光伏组件用散热背板，既可以保证足够绝缘性能又可以提高散热性能同时可以有效的控制成本。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种光伏组件用散热背板，该背板包括金属导热层、位于金属导热层一侧的绝缘粘结层、以及位于金属导热层另一侧的耐候层；所述的绝缘粘结层由聚丙烯酸树脂、固化剂、催化剂、玻璃纤维粉末、溶剂按照质量比100：5-20：0.1-5：8-30：5-30混合均匀后涂覆得到。
进一步地，所述的玻璃纤维粉末为无碱玻璃粉末，玻璃纤维粉末的粒度为200目-1000目。
进一步地，所述的玻璃纤维粉末的纤维直径为5-15um，长径比为2:1-10:1。
进一步地，粘结层厚度为20-50um，金属导热层的厚度为50-200um，耐候涂层厚度为8-20um。
进一步地，所述的金属导热层选用的金属材质为铜、锡、铝、不锈钢中的一种或者多种按照任意配比组成的合金。
进一步地，所述的选用的导热金属层表面需经过粗糙化处理，所需金属表面的粗糙度Ra为500-2000nm。
进一步地，所述的耐候层为含氟树脂、固化剂、催化剂、填料、溶剂混合均匀涂覆得到的涂层；质量比为含氟树脂100份，固化剂为5-15份，催化剂为0.5-5份，填料为1-30份，溶剂为5-30份。
进一步地，所述的耐候层涂料中的含氟树脂为偏氯乙烯（PVDF）、氟乙烯-乙烯基醚共聚物、氟乙烯-乙烯基酯共聚物、四氟乙烯与烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯与烷基乙烯基共聚物中的任意一种或者多种按照任意配比组成的混合物；
所述的固化剂为六亚甲基二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯预聚物、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯预聚物的一种或多种按照任意配比组成的混合物；
所述的催化剂为钛酸四丁酯、异辛酸钴、环烷酸锌、辛酸亚锡、二月桂酸二辛基锡、氧化单丁基锡和二月桂酸二丁基锡中的一种或多种按照任意配比组成的混合物；
所述的填料为氧化铝、氮化硼、氧化镁、氧化钛、碳化硅中的一种或者多种按照任意配比组成的混合物；
所述的溶剂为甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯的一种或者多种按照任意配比组成的混合物。
进一步地，所述的绝缘粘结层中聚丙烯酸树脂为含有叔碳酸丙烯酯的丙烯酸共聚物；
所述的固化剂为异氰酸酯、氨基树脂、封闭型异氰酸酯、三聚氰胺、嵌段异氰酸酯中的一种或者多种按照任意配比组成的混合物；
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、氧化单丁基锡、单丁基三异辛酸锡、辛酸亚锡中的一种或者多种按照任意配比组成的混合物；
所述的溶剂为甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯的一种或者多种按照任意配比组成的混合物。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.所述的绝缘粘结层中加入了玻璃纤维粉末填料，所使用的玻璃纤维粉末为无碱玻璃粉末，电气绝缘强度高，价格便宜；通过调控最佳比例，可以有效隔离金属导热层与组件内层，满足绝缘要求。
2.相较于传统的高分子树脂材质的背板，由于金属导热层的加入，使得组件在运行过程中产生的热量能及时散发出去，保证组件工作效率；同时相较于现有的金属背板，由于粘结层中玻璃纤维粉末的加入，保证了绝缘性能要求而无需再贴合一层绝缘高分子膜层，减少了层数，降低了界面热阻。
3.所述的金属导热层另一表面涂覆了耐候层，通过粗糙化处理金属导热层之后，可以有效的提高耐候涂层与金属导热层的粘结强度，保证散热良好的同时也满足背板材料所需的耐候性、耐腐蚀等要求，有利于保护组件的稳定运行，延长组件使用寿命。
附图说明
图1是本发明一种光伏组件用散热背板的剖面图。1绝缘粘结层，2金属导热层，3耐候层。
具体实施方式
本发明提供的光伏组件用散热背板，自内而外依次设置了含有玻璃纤维粉末填料的绝缘粘结层、金属导热层以及耐候层。
本发明中，金属层起到了主要的导热作用，但是基于金属材料的导电性，在背板材料应用受到很大限制，因此本发明采用了在金属导热层表面涂覆一层添加了玻璃纤维粉末填料的粘结涂层的方法，提高金属材料的绝缘性能。其中玻璃纤维粉末采用了无碱玻璃纤维粉末，电气绝缘强度较高，价格便宜。由于粘结层中玻璃纤维粉末的加入，使得粘结层即可满足背板材料绝缘性能的要求，同时减少了背板复合层数降低了界面热阻。所述的粘结层可以与粗糙化处理过的金属层很好的粘合。通过调控粘结涂层配方组成与选用金属层的厚度，从而达到最佳的散热性能、绝缘性能以及成本控制。
下面结合实施例对本发明做优选的说明，但本发明的保护范围并不限于这些实施例。
实施例1：
绝缘粘结层涂料制备：带有搅拌装置的容器内，加入聚丙烯酸树脂-叔碳酸丙烯酯100份（质量份，下同），异氰酸酯5份，二月桂酸二丁基锡0.1份，粒度为1000目的玻璃纤维粉末8份，溶剂甲苯5份，搅拌均匀，制得粘结层涂布液，备用；
耐候层涂料制备：带有搅拌装置的容器内，加入偏氯乙烯树脂100份，六亚甲基二异氰酸酯三聚体15份，钛酸四丁酯5份，氧化铝粉末30份，溶剂甲苯30份，搅拌均匀，制得耐候层涂布液，备用；
厚度为80um的铝箔，利用线棒在一面均匀涂覆上述绝缘粘结层涂布液，然后在120℃干燥箱中干燥成膜，控制干燥后粘结涂层厚度为20um；按照相同方式在铝箔另一面涂覆耐候层，控制干燥后厚度为20um，干燥后得到散热背板。
实施例2：
绝缘粘结层涂料制备：带有搅拌装置的容器内，加入聚丙烯酸树脂-叔碳酸丙烯酯100份，氨基树脂20份，氧化单丁基锡5份，粒度为600目的玻璃纤维粉末30份，溶剂二甲苯30份，搅拌均匀，制得粘结层涂布液，备用；
耐候层涂料制备：带有搅拌装置的容器内，加入氟乙烯-乙烯基醚共聚物100份，六亚甲基二异氰酸酯预聚物5份，异辛酸钴0.5份，氮化硼粉末1份，溶剂二甲苯5份，搅拌均匀，制得粘结层涂布液，备用；
厚度为100um的铜箔，利用线棒在一面均匀涂覆上述绝缘粘结层涂布液，然后在120℃干燥箱中干燥成膜，控制干燥后粘结涂层厚度为50um；按照相同方式在铜箔另一面涂覆耐候层，控制干燥后厚度为8um，干燥后得到散热背板
实施例3：
绝缘粘结层涂料制备：带有搅拌装置的容器内，加入聚丙烯酸树脂-叔碳酸丙烯酯100份，封闭型异氰酸酯12份，单丁基三异辛酸锡1份，粒度为400目的玻璃纤维粉末15份，溶剂乙酸乙酯15份，搅拌均匀，制得粘结层涂布液，备用。
耐候层涂料制备：带有搅拌装置的容器内，加入氟乙烯-乙烯基酯共聚物100份，异佛尔酮二异氰酸酯三聚体13份，环烷酸锌4份，氧化镁粉末25份，溶剂乙酸乙酯25份，搅拌均匀，制得耐候层涂布液，备用；
厚度为200um的锡箔，利用线棒在一面均匀涂覆上述绝缘粘结层涂布液，然后在120℃干燥箱中干燥成膜，控制干燥后粘结涂层厚度为40um；按照相同的方式在锡箔另一面涂覆耐候层，控制干燥后厚度为15um，干燥后得到散热背板
实施例4：
绝缘粘结层涂料制备：带有搅拌装置的容器内，加入聚丙烯酸树脂-叔碳酸丙烯酯100份，三聚氰胺15份，辛酸亚锡2份，粒度为200目的玻璃纤维粉末25份，溶剂乙酸丁酯22份，搅拌均匀，制得粘结层涂布液，备用。
耐候层涂料制备：带有搅拌装置的容器内，加入四氟乙烯与烷基乙烯基醚共聚物100份，异佛尔酮二异氰酸酯预聚物10份，辛酸亚锡3份，氧化钛粉末20份，溶剂乙酸丁酯22份，搅拌均匀，制得耐候层涂布液，备用；
厚度为50um的不锈钢箔，利用线棒在一面均匀涂覆上述绝缘粘结层涂布液，然后在120℃干燥箱中干燥成膜，控制干燥后粘结涂层厚度为30um；按照相同的方式在不锈钢箔另一面涂覆耐候层，控制干燥后厚度为17um，干燥后得到散热背板
实施例5：
绝缘粘结层涂料制备：带有搅拌装置的容器内，加入聚丙烯酸树脂-叔碳酸丙烯酯100份，嵌段异氰酸酯15份，二月桂酸二丁基锡1份和氧化单丁基锡1份，粒度为800目的玻璃纤维粉末10份，溶剂丙二醇甲醚醋酸酯20份，搅拌均匀，制得粘结层涂布液，备用；
耐候层涂料制备：带有搅拌装置的容器内，加入四氟乙烯与烷基乙烯基共聚物100份，六亚甲基二异氰酸酯三聚体10份和六亚甲基二异氰酸酯预聚物2份，二月桂酸二辛基锡4份，碳化硅粉末10份，溶剂丙二醇甲醚醋酸酯18份，搅拌均匀，制得耐候层涂布液，备用；
厚度为60um的铜锡合金箔，利用线棒在一面均匀涂覆上述绝缘粘结层涂布液，然后在120℃干燥箱中干燥成膜，控制干燥后粘结涂层厚度为25um；按照相同方式在铝箔另一面涂覆耐候层，控制干燥后厚度为15um，干燥后得到散热背板。
实施例6：
绝缘粘结层涂料制备：带有搅拌装置的容器内，加入聚丙烯酸树脂-叔碳酸丙烯酯100份，异氰酸酯10份和氨基树脂6份，二月桂酸二丁基锡2份和单丁基三异辛酸锡1份，粒度为500目的玻璃纤维粉末20份，溶剂甲苯12份和二甲苯8份，搅拌均匀，制得粘结层涂布液，备用；
耐候层涂料制备：带有搅拌装置的容器内，加入偏氯乙烯70份和氟乙烯-乙烯基醚共聚物30份，六亚甲基二异氰酸酯三聚体12份和异佛尔酮二异氰酸酯三聚体1份，氧化单丁基锡3份，氧化铝粉末7份和碳化硅粉末5份，溶剂甲苯10份和二甲苯10份，搅拌均匀，制得耐候层涂布液，备用；
厚度为100um的铝锡合金箔，利用线棒在一面均匀涂覆上述绝缘粘结层涂布液，然后在120℃干燥箱中干燥成膜，控制干燥后粘结涂层厚度为22um；按照相同方式在铝箔另一面涂覆耐候层，控制干燥后厚度为18um，干燥后得到散热背板。
实施例7：
绝缘粘结层涂料制备：带有搅拌装置的容器内，加入聚丙烯酸树脂-叔碳酸丙烯酯100份，氨基树脂12份和封闭型异氰酸酯3份，氧化单丁基锡2份和单丁基三异辛酸锡2份，粒度为700目的玻璃纤维粉末13份，溶剂甲苯12份和乙酸乙酯10份，搅拌均匀，制得粘结层涂布液，备用；
耐候层涂料制备：带有搅拌装置的容器内，加入氟乙烯-乙烯基醚共聚物50份和氟乙烯-乙烯基酯共聚物50份，六亚甲基二异氰酸酯三聚体10份和异佛尔酮二异氰酸酯预聚物3份，二月桂酸二丁基锡3.5份，碳化硅粉末5份和氧化镁粉末8份，溶剂甲苯14份和乙酸乙酯8份，搅拌均匀，制得耐候层涂布液，备用；
厚度为55um的锡-不锈钢合金箔，利用线棒在一面均匀涂覆上述绝缘粘结层涂布液，然后在120℃干燥箱中干燥成膜，控制干燥后粘结涂层厚度为25um；按照相同方式在铝箔另一面涂覆耐候层，控制干燥后厚度为15um，干燥后得到散热背板。实施例8：
绝缘粘结层涂料制备：带有搅拌装置的容器内，加入聚丙烯酸树脂-叔碳酸丙烯酯100份，氨基树脂14份和三聚氰胺3份，氧化单丁基锡2份和辛酸亚锡1份，粒度为900目的玻璃纤维粉末10份，溶剂乙酸乙酯12份和乙酸丁酯12份，搅拌均匀，制得粘结层涂布液，备用；
耐候层涂料制备：带有搅拌装置的容器内，加入四氟乙烯与烷基乙烯基醚共聚物60份和四氟乙烯与烷基乙烯基共聚物40份，异佛尔酮二异氰酸酯三聚体8份和异佛尔酮二异氰酸酯预聚物8份，异辛酸钴2份和环烷酸锌0.5份，氧化钛粉末10份和碳化硅粉末1份，溶剂乙酸乙酯15份和乙酸丁酯10，搅拌均匀，制得耐候层涂布液，备用；
厚度为70um的铜锡铝三相合金箔，利用线棒在一面均匀涂覆上述绝缘粘结层涂布液，然后在120℃干燥箱中干燥成膜，控制干燥后粘结涂层厚度为20um；按照相同方式在铝箔另一面涂覆耐候层，控制干燥后厚度为13um，干燥后得到散热背板。
对比例1：
为了与传统的PET结构的背板的散热性能对比，本对比例选购市场常见背板材料，根据说明显示材质为250um的PET背板与粘结层和耐候涂层复合制备得到，测量总厚度为300um。
对比例2：
为了与全金属结构的背板的绝缘性能作对比，本对比例制备了全金属背板，制备方法为在所述的粘结层中不添加玻璃纤维粉末填料，剩余粘结层所用配方与实施例1相同；同时在板粘结层一侧粘结一层50um的PET绝缘层以增加其绝缘性能。另外一面涂覆耐候层，涂层配方与实施案例1相同；所选用的金属背板的金属层厚度为150um的铝箔。
各项性能采用如下测试方法：
1.耐湿热老化性能：按照GB/T2423.3试验方法进行，恒定湿热老化3000h外观无开裂、无气泡、无粉化即为合格。
2.绝缘性能：按照UL1703测试方法进行，能够耐受3000V的高压，而不被击穿视为合格。
3.导热系数测试：采用DRL-III导热系数测试仪测试。
4.组件温度测试：将背板组装成常用的165cm*100cm规格大小的太阳能电池组件，并将两电极短路，在室外温度下照射2小时，利用红外测温仪对电池取10点测试温度，取平均值。
5.输出功率测试：采用将背板组装成常用的165cm*100cm规格大小的组件，在1000w/m2标称辐照度和30℃环境温度下用Quicksun820A组件功率测试仪进行测试。
表1：各实施例性能数据表
| 名称 | 耐湿热老化性能 | 绝缘性测试 | 导热系数(w/m.k) | 组件温度测试（℃） | 输出功率（w/m2） |
| 实施例1 | 合格 | 合格 | 21.2 | 45.2 | 262 |
| 实施例2 | 合格 | 合格 | 20.3 | 46.3 | 258 |
| 实施例3 | 合格 | 合格 | 23.5 | 44.3 | 264 |
| 实施例4 | 合格 | 合格 | 18.6 | 47.1 | 252 |
| 实施例5 | 合格 | 合格 | 20.5 | 46.1 | 259 |
| 实施例6 | 合格 | 合格 | 19.2 | 46.8 | 256 |
| 实施例7 | 合格 | 合格 | 17.9 | 47.9 | 248 |
| 实施例8 | 合格 | 合格 | 18.7 | 47.1 | 251 |
| 对比例1 | 合格 | 合格 | 0.24 | 52.3 | 235 |
| 对比例2 | 合格 | 不合格 | 22.1 | 44.8 | 254 |
由表1可知，本发明中无碱玻璃纤维粉末的加入使得粘结层具有良好的电气绝缘性能，与金属层复合后，可以满足背板材料所需绝缘性能要求，解决了传统树脂背板散热性能较差的问题。同时相较于现有的金属背板，取代了常用的贴合绝缘高分子膜层的方法，有效降低界面热阻。与现有技术相比，在使用过程中可以有效降低组件整体温度，提高组件发电效率。
Claims (9)
1.一种光伏组件用散热背板，其特征在于，该背板包括金属导热层、位于金属导热层一侧的绝缘粘结层、以及位于金属导热层另一侧的耐候层；所述的绝缘粘结层由聚丙烯酸树脂、固化剂、催化剂、玻璃纤维粉末、溶剂按照质量比100：5-20：0.1-5：8-30：5-30混合均匀后涂覆得到。
2.根据权利要求1所述的一种光伏组件用散热背板，其特征在于，所述的玻璃纤维粉末为无碱玻璃粉末，玻璃纤维粉末的粒度为200目-1000目。
3.根据权利要求1所述的一种光伏组件用散热背板，其特征在于，所述的玻璃纤维粉末的纤维直径为5-15um，长径比为2:1-10:1。
4.根据权利要求1所述的一种光伏组件用散热背板，其特征在于，粘结层厚度为20-50um，金属导热层的厚度为50-200um，耐候涂层厚度为8-20um。
5.根据权利要求1所述的一种光伏组件用散热背板，其特征在于，所述的金属导热层选用的金属材质为铜、锡、铝、不锈钢中的一种或者多种按照任意配比组成的合金。
6.根据权利要求5所述的一种散热型光伏组件背板，其特征在于，所述的选用的导热金属层表面需经过粗糙化处理，所需金属表面的粗糙度Ra为500-2000nm。
7.根据权利要求1所述的一种光伏组件用散热背板，其特征在于，所述的耐候层为含氟树脂、固化剂、催化剂、填料、溶剂混合均匀涂覆得到的涂层；质量比为含氟树脂100份，固化剂为5-15份，催化剂为0.5-5份，填料为1-30份，溶剂为5-30份。
8.根据权利要求7所述的一种光伏组件用散热背板，其特征在于，所述的耐候层涂料中的含氟树脂为偏氯乙烯（PVDF）、氟乙烯-乙烯基醚共聚物、氟乙烯-乙烯基酯共聚物、四氟乙烯与烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯与烷基乙烯基共聚物中的任意一种或者多种按照任意配比组成的混合物；
所述的固化剂为六亚甲基二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯预聚物、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯预聚物的一种或多种按照任意配比组成的混合物；
所述的催化剂为钛酸四丁酯、异辛酸钴、环烷酸锌、辛酸亚锡、二月桂酸二辛基锡、氧化单丁基锡和二月桂酸二丁基锡中的一种或多种按照任意配比组成的混合物；
所述的填料为氧化铝、氮化硼、氧化镁、氧化钛、碳化硅中的一种或者多种按照任意配比组成的混合物；
所述的溶剂为甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯的一种或者多种按照任意配比组成的混合物。
9.根据权利要求1所述的一种光伏组件用散热背板，其特征在于，所述的绝缘粘结层中聚丙烯酸树脂为含有叔碳酸丙烯酯的丙烯酸共聚物；
所述的固化剂为异氰酸酯、氨基树脂、封闭型异氰酸酯、三聚氰胺、嵌段异氰酸酯中的一种或者多种按照任意配比组成的混合物；
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、氧化单丁基锡、单丁基三异辛酸锡、辛酸亚锡中的一种或者多种按照任意配比组成的混合物；
所述的溶剂为甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯的一种或者多种按照任意配比组成的混合物。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 311300 Ling'an Province, Hangzhou City, Jin Jin Bao street, North Street Applicant after: Hangzhou Forster applied materials Limited by Share Ltd Address before: 311300 Ling'an Province, Hangzhou City, Jin Jin Bao street, North Street Applicant before: Hangzhou First PV Material Co., Ltd. |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |