專(zhuān)利名稱(chēng)：具有聚偏氟乙烯表面的光伏模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于捕獲和利用太陽(yáng)輻射的光伏模塊，該光伏模塊具有作
為透明釉(glazing)的被聚偏氟乙烯薄層覆蓋的熱塑性結(jié)構(gòu)組件。聚偏氟乙烯 層暴露于環(huán)境中，提供具有耐化學(xué)性和不沾粘污物的表面。該結(jié)構(gòu)可在聚 偏氟乙烯層和結(jié)構(gòu)熱塑性材料之間含有粘結(jié)層(tie layer)以促進(jìn)粘合。
背景技術(shù)：
在戶外使用的光伏模塊由于污物在主表面上的累積而造成性能隨時(shí)間 下降。對(duì)于在高速公路旁的太陽(yáng)能電池板，這一問(wèn)題尤其嚴(yán)重，在這種情 況下污物、汽車(chē)排放的煙灰和輪胎的石墨/橡膠顆粒的混合物產(chǎn)生的污垢迅 速累積。在雨量較少的地區(qū)該問(wèn)題更為嚴(yán)重。光伏模塊往往比典型的直立 標(biāo)牌更容易產(chǎn)生該問(wèn)題，這是因?yàn)楣夥K通常是向水平方向傾斜的，以 最大程度地暴露于太陽(yáng)光輻射。光伏模塊表面的結(jié)垢會(huì)降低到達(dá)光伏模塊 的輻射的量，可能導(dǎo)致對(duì)為標(biāo)牌提供能量的電池進(jìn)行充電的性能下降，甚 至無(wú)法充電。當(dāng)使用太陽(yáng)能收集器對(duì)警示牌或信息牌供電的時(shí)候，這種無(wú) 法充分對(duì)電池充電的問(wèn)題可能導(dǎo)致安全隱患。為了使太陽(yáng)能電池板恢復(fù)最 佳性能，必須清洗太陽(yáng)能電池板。清洗必需以一星期一次的頻率經(jīng)常進(jìn)行。 但是，這樣顛繁的清洗可能導(dǎo)致長(zhǎng)期性能的下降，因?yàn)樵谇逑催^(guò)程中面板 可能被刮擦和損壞。
雖然有時(shí)使用玻璃作為釉層覆蓋在太陽(yáng)能收集器上，但是經(jīng)常使用的 是熱塑性材料，這是因?yàn)檫@種材料具有更高的抗沖性和更低的重量。
已經(jīng)知道聚偏氟乙烯(PVDF)具有高耐化學(xué)性，是相對(duì)惰性的，并且 具有極低的表面能，幾乎沒(méi)有什么能夠粘在該材料上。低表面能意味著 PVDF材料很容易擺脫污物和污垢。
如US 7,037,966中所述，含有含氟聚合物和有機(jī)硅酸鹽的不沾粘污物
4的表面涂層已經(jīng)顯示提供容易擺脫污物的親水性表面。
現(xiàn)在提出解決具有熱塑性釉的太陽(yáng)能收集器上污垢累積的問(wèn)題的方 法，包括向暴露的熱塑性釉表面施加薄PVDF涂層。
發(fā)明概述
本發(fā)明涉及一種光伏模塊，該光伏模塊包括透明釉材料，該材料包括 硬質(zhì)熱塑性負(fù)載層；直接或間接地連接于所述硬質(zhì)熱塑性層的暴露于環(huán)境 的聚偏氟乙烯(PVDF)外層。該光伏模塊的釉材料可以在PVDF層和硬質(zhì)熱 塑性材料之間引入粘結(jié)或粘合層。
發(fā)明詳述
本發(fā)明涉及具有透明熱塑性釉的太陽(yáng)能收集器，該釉材料在其表面上 具有薄的聚偏氟乙烯涂層。
文中所用的"光伏模塊"指密封在環(huán)境保護(hù)的疊層中的光電池電路的 結(jié)構(gòu)。光伏模塊可以組合形成光伏板，其是預(yù)先布線、現(xiàn)場(chǎng)安裝的裝置。 光伏陣列是由任何數(shù)目的PV模塊和板組成的整個(gè)發(fā)電裝置。
PVDF層
太陽(yáng)能收集器的最外層表面是聚偏氟乙烯(PVDF)薄層。如果作為膜或 擠出層施加，則該層的厚度為3-100微米，優(yōu)選為15-50微米。通過(guò)涂布形 成的PVDF層可以為3-20微米。
本發(fā)明的PVDF層可以是通過(guò)偏氟乙烯(VDF)聚合制得的均聚物，以及 偏氟乙烯的共聚物、三元共聚物和更高級(jí)聚合物，其中偏氟乙烯單元在聚 合物的所有單體單元的總重量中占70重量％以上，更優(yōu)選占75重量％以 上。偏氟乙烯的共聚物、三元共聚物和更高級(jí)聚合物可以通過(guò)使偏氟乙烯 與一種或多種選自下組的單體反應(yīng)制得氟乙烯，三氟乙烯，四氟乙烯， 一種或多種部分或完全氟化的a-烯烴，諸如3,3,3-三氟-l-丙烯，1,2,3,3,3-五氟丙烯，3,3，3，4,4-五氟-1-丁烯和六氟丙烯，部分氟化的烯烴六氟異丁烯， 全氟化的乙烯基醚，諸如全氟甲基乙烯基醚，全氟乙基乙烯基醚，全氟正
5丙基乙烯基醚和全氟-2-丙氧基丙基乙烯基醚，氟化的間二氧雜環(huán)戊烯，諸
如全氟(l,3-二氧雜環(huán)戊烯)和全氟(2,2-二甲基-l,3-二氧雜環(huán)戊烯)、烯丙基類(lèi) (allylic)，部分氟化的烯丙基類(lèi)或氟化烯丙基類(lèi)單體，諸如2-羥乙基烯丙基 醚或3-烯丙氧基丙二醇，以及乙烯或丙烯。優(yōu)選的是與氟乙烯、三氟乙烯、 四氟乙烯(TFE)和六氟丙烯(HFP)形成的共聚物或三元共聚物。
特別優(yōu)選的共聚物包含約71-99重量％的VDF以及對(duì)應(yīng)的約1-29%的 TFE;約71-99重量％的VDF以及對(duì)應(yīng)的約1-29%的HFP(如美國(guó)專(zhuān)利第 3,178,399號(hào)中揭示的)；和約71-99重量％的VDF以及對(duì)應(yīng)的約1-29重量 %的三氟乙烯。
特別優(yōu)選的熱塑性三元共聚物是VDF、 HFP和TFE的三元共聚物， VDF、三氟乙烯和TFE的三元共聚物，特別優(yōu)選的三元共聚物含有至少71 重量％的VDF以及其他共聚單體，其他共聚單體可為不同比例，但總量占 三元共聚物的不超過(guò)29重量％ 。
外層優(yōu)選僅僅是PVDF均聚物或共聚物，但是也可以是PVDF與聚甲 基丙烯酸甲酯(PMMA)的摻混物，其中PVDF所占的比例大于50體積％。 PVDF和PMMA可以熔融摻混形成均一的摻混物。
如US 6,680,357所述，PVDF外層還可以由丙烯酸類(lèi)改性的含氟聚合 物(AMF)組成，該專(zhuān)利文獻(xiàn)的內(nèi)容通過(guò)參考結(jié)合于此。使用AMF薄層提供 特別透明的PVDF層。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，PVDF層是PVDF均聚物。PVDF均聚物提供高 水平的硬度和耐刮擦性，還提供極佳的熔點(diǎn)與熱分解之間的平衡，從而便 于制造。PVDF均聚物還具有與PVDF/PMMA粘結(jié)層非常高的相容性。
熱塑性釉
因?yàn)镻VDF薄層不具有最終應(yīng)用所需的強(qiáng)度，所以將其直接或間接地 連接于硬質(zhì)透明熱塑性結(jié)構(gòu)負(fù)載層。熱塑性釉必須足夠厚，以支持最終應(yīng) 用中的釉重量，具體可隨熱塑性材料的類(lèi)型、釉的尺寸和在最終應(yīng)用中的 使用變化。透明熱塑性材料可以是任何能承受太陽(yáng)能收集器內(nèi)部高溫的熱 塑性材料?？捎糜诒景l(fā)明的透明熱塑性材料包括但不限于聚碳酸酯、聚酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚苯乙烯、苯乙烯/丙烯腈共聚物、聚烯烴、聚(氯乙
烯)、氯化聚(氯乙烯)、酰亞胺化的(imidized)的丙烯酸類(lèi)聚合物、丙烯酸類(lèi) 聚合物和它們的共聚物。
優(yōu)選的釉材料是丙烯酸類(lèi)聚合物。文中使用的"丙烯酸類(lèi)"包括由甲 基丙烯酸烷基酯和丙烯酸烷基酯單體以及它們的混合物形成的聚合物、共 聚物和三元共聚物。優(yōu)選的甲基丙烯酸烷基酯單體是甲基丙烯酸甲酯，其 在單體混合物中所占的比例為50-100%。單體混合物中還可以含有0-50% 的其它丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯單體或其它烯鍵式不飽和單體，包括但不 限于苯乙烯、(X-甲基苯乙烯、丙烯腈和交聯(lián)劑?？捎糜趩误w混合物的其它 甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯單體包括但不限于丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和甲 基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸異辛酯和丙烯 酸異辛酯、丙烯酸月桂酯和甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸硬脂基酯和甲基丙 烯酸硬脂基酯、丙烯酸異冰片酯和甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酸甲氧基乙 基酯和甲基丙烯酸甲氧基乙基酯、丙烯酸2-乙氧基乙基酯和甲基丙烯酸2-乙氧基乙基酯、丙烯酸二甲氨基乙基酯和甲基丙烯酸二甲氨基乙基酯單體。 甲基丙烯酸和丙烯酸之類(lèi)的垸基(甲基)丙烯酸可用于單體混合物。
在一個(gè)實(shí)施方式中，以抗沖改性的釉的總重量為基準(zhǔn)計(jì)，熱塑性釉材 料含有1_60重量％的抗沖改性劑。對(duì)于透明釉料，重要的是任何抗沖改性 劑都應(yīng)該具有與熱塑性基質(zhì)匹配的折射率(RI)。折射率匹配是指抗沖改性劑 和基質(zhì)的折射率之間的差異在0.02以內(nèi)，優(yōu)選在O.Ol以內(nèi)。
該熱塑性材料中還可以含有少量其它添加劑，例如紫外穩(wěn)定劑、增塑 劑、填料、著色劑、顏料、抗氧化劑、抗靜電劑、表面活性劑、調(diào)色劑、 折射率匹配添加劑和分散助劑。任何添加劑都應(yīng)該經(jīng)過(guò)選擇，并且以最少 的量使用，以避免干擾太陽(yáng)能輻射透過(guò)釉的能力。
中間層
PVDF具有極佳的耐化學(xué)性和不沾粘污物的性質(zhì)。不幸的是，PVDF不 容易粘附到大部分材料上。在少數(shù)選擇的結(jié)構(gòu)中，PVDF層可以直接與熱塑 性層相連，但是在大多數(shù)情況下，需要在PVDF層和熱塑性釉層之間設(shè)置
7一個(gè)或多個(gè)其它材料層(粘結(jié)層、粘合層等)。中間層的總厚度通常為15-125 微米，優(yōu)選為15-30微米。
直接連接的結(jié)構(gòu)的一些例子可以包括但不限于PVDF/PMMA摻混物 的外層和聚甲基丙烯酸甲酯的熱塑性負(fù)載層。
在本發(fā)明的大部分結(jié)構(gòu)中，必需設(shè)置一個(gè)或多個(gè)粘結(jié)層和/或粘合層以 在PVDF層和熱塑性釉層之間形成良好的粘合。任何粘結(jié)層或粘合層的一 個(gè)重要特征是該層對(duì)太陽(yáng)輻射，特別是可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)的太陽(yáng)輻射是透明 的。粘結(jié)層必須具有耐候性，也就是不能降解或泛黃，這些會(huì)抑制透光性。 粘結(jié)層或粘合層可以經(jīng)過(guò)抗沖改性(折射率匹配)，熱塑性材料中還可以含 有少量其它添加劑，例如紫外穩(wěn)定劑、增塑劑、填料、著色劑、顏料、抗 氧化劑、抗靜電劑、表面活性劑、調(diào)色劑、折射率匹配添加劑和分散助劑。 任何添加劑都應(yīng)該經(jīng)過(guò)選擇，并且以最少的量使用，以避免干擾太陽(yáng)能輻 射透過(guò)釉的能力。
如本領(lǐng)域中已知的，粘合劑可以直接用在PVDF層和熱塑性釉之間， 或者可以用在粘結(jié)層與PVDF層或釉層之間。
可用于本發(fā)明的有用的中間層或粘結(jié)層包括但不限于用作PVDF和
大部分熱塑性材料之間的粘結(jié)層的功能PVDF，諸如馬來(lái)酸酑接枝的 PVDF;聚酰胺彈性體，其是聚酰胺與聚醚或聚酯的嵌段共聚物(LOTADER, 阿科瑪公司(Arkemalnc.));具有高含量共聚物的PVDF共聚物，例如 KYNARFLEX 2800和2850 (PVDF/六氟丙烯共聚物，來(lái)自阿科瑪公司)。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，粘結(jié)層是可用作PVDF均聚物或共聚物薄 層與熱塑性釉，特別是丙烯酸類(lèi)熱塑性材料，最優(yōu)選是PMMA或PMMA 共聚物之間的粘結(jié)層的PVDF和PMMA的摻混物。粘結(jié)層中PVDF的含量 為10-90體積％，優(yōu)選為30-70體積％。 PMMA的含量為10-90體積％ ，優(yōu) 選為30-70體積％。對(duì)于PVDF薄層和PMMA釉都具有最佳粘合性質(zhì)的是 體積比50/50的摻混物，也就是大約30/70重量比的PVDF/PMMA摻混物。 PVDF/PMMA摻混物夾層可用于將PVDF層粘合到許多熱塑性材料上，例 如丙烯酸類(lèi)、聚碳酸酯和聚酯。
可以使用許多不同的方法形成任選具有中間層的PVDF/熱塑性釉復(fù)
8合體。在一個(gè)實(shí)施方式中，PVDF層、熱塑性基材和任選的中間層共擠出形 成一個(gè)單獨(dú)的復(fù)合片，該復(fù)合片隨后可成形，用于最終的應(yīng)用。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，PVDF薄層與一個(gè)或多個(gè)粘結(jié)層共擠出形成薄 膜。將PVDF/粘結(jié)層復(fù)合體層疊(加熱和/或加壓)在硬質(zhì)熱塑性釉上。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)本領(lǐng)域已知的方法如噴涂、刷涂、輥涂或 其它涂布方法將PVDF或PVDF/PMMA涂料從水乳液、溶劑溶液中直接施 涂到熱塑性釉上，然后在低溫下烘烤涂料，以提供平坦、均一的PVDF或 PVDF/PMMA涂層。
還可以通過(guò)吹塑成膜法得到PVDF膜。然后可以將這些膜層疊或用粘 合劑粘合到熱塑性釉材料上。
形成透明釉材料的另一種方法是在線(in-line)或模內(nèi)(in-mold)嵌入模 塑方法，在此方法中將PVDF或PVDF和粘結(jié)層的膜放在模具中，然后進(jìn) 行硬質(zhì)熱塑性材料的注塑。該方法可以用于形成片或任何形狀的制品。
光伏模塊
具有PVDF外層的復(fù)合熱塑性釉材料隨后可通過(guò)本領(lǐng)域已知的方法用 作光伏模塊、太陽(yáng)能收集器和其它光伏裝置的釉。熱塑性材料與玻璃相比 的優(yōu)勢(shì)在于重量更低，抗沖性更好，并且容易形成不同的尺寸和形狀。
除了用于光伏模塊外，PVDF涂布的硬質(zhì)熱塑性材料還可用于任何使 用熱塑性釉并且不沾粘污物和耐化學(xué)性質(zhì)非常重要的應(yīng)用中。在PVDF熱 塑性材料暴露于惡劣的環(huán)境或用于非直立的位置時(shí)，尤其適合采用本發(fā)明。 這類(lèi)應(yīng)用包括例如溫室上釉。
實(shí)施例 實(shí)施例h
通過(guò)Kynar710(PVDF，來(lái)自阿科瑪公司)與30/70重量％ PVDF/ PMMA的摻混物(Kynar 710 /Altuglas V920，都來(lái)自阿科瑪公司)形成的第二 擠出流一起共擠出形成總厚度約為50微米的薄膜。然后在熔融擠出的過(guò)程 中，通過(guò)熱層疊技術(shù)將該復(fù)合膜層疊到PMMA片(Altuglas V046L)上，
9PVDF/PMMA摻混物夾在PVDF層和PMMA層之間。將PVDF膜以11 英寸的寬度層疊到擠出的PMMA片上，表現(xiàn)出高達(dá)93.5X的極佳的透光性。 PVDF膜層疊的PMMA片通過(guò)劃格法粘合力測(cè)試(cross-hatch adhesion tests),結(jié)果無(wú)脫層，評(píng)定為5B(100。/。)。此外，與擠出的PMMA(V046L) 相比，PVDF膜層疊的PMMA片具有更佳的紫外阻斷性能。在PMMA片上 的50微米兩層膜使霧度水平下降到約10% ，與之相比該膜的霧度水平約為 20%。
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權(quán)利要求
1.一種光伏模塊，其包含透明釉材料，該釉材料包含a)硬質(zhì)熱塑性負(fù)載層；和b)暴露于環(huán)境的聚偏氟乙烯(PVDF)外層；該外層直接或間接地與所述硬質(zhì)熱塑性層相連。
2. 如權(quán)利要求l所述的光伏模塊，其特征在于，還包括在聚偏氟乙烯 層和硬質(zhì)熱塑性層之間的一個(gè)或多個(gè)中間層，其中各層直接與鄰接的層連 接。
3. 如權(quán)利要求l所述的光伏模塊，其特征在于，所述外層是聚偏氟乙烯的均聚物。
4. 如權(quán)利要求l所述的光伏模塊，其特征在于，所述外層是聚偏氟乙烯的共聚物或三元共聚物。
5. 如權(quán)利要求l所述的光伏模塊，其特征在于，所述外層是聚偏氟乙 烯和聚甲基丙烯酸甲酯的摻混物。
6. 如權(quán)利要求l所述的光伏模塊，其特征在于，所述外層是丙烯酸類(lèi) 改性的含氟聚合物。
7. 如權(quán)利要求l所述的光伏模塊，其特征在于，所述聚偏氟乙烯外層 的厚度為3-100微米。
8. 如權(quán)利要求2所述的光伏模塊，其特征在于， 一個(gè)或多個(gè)中間層和/ 或硬質(zhì)熱塑性層含有以所述層的總重量為基準(zhǔn)計(jì)1-60重量％的抗沖改性 劑，所述抗沖改性劑具有與其所在的層的基質(zhì)匹配的折射率。
9. 如權(quán)利要求l所述的光伏模塊，其特征在于，所述硬質(zhì)熱塑性層選 自下組聚碳酸酯、聚酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚苯乙烯、苯乙烯/丙烯 腈共聚物、聚烯烴、聚(氯乙烯)、氯化聚(氯乙烯)、酰亞胺化的丙烯酸類(lèi)聚 合物、丙烯酸類(lèi)聚合物和它們的共聚物。
10. 如權(quán)利要求2所述的光伏模塊，其特征在于，包含中間層，該中 間層是聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的摻混物。
11. 如權(quán)利要求IO所述的光伏模塊，其特征在于，PVDF與PMMA的體積比為30/70至70/30。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于捕獲和利用太陽(yáng)輻射的光伏模塊，該光伏模塊具有作為透明釉的被聚偏氟乙烯薄層覆蓋的熱塑性結(jié)構(gòu)組件。聚偏氟乙烯層暴露于環(huán)境中，提供具有耐化學(xué)性和不沾粘污物的表面。該結(jié)構(gòu)可在聚偏氟乙烯層和結(jié)構(gòu)熱塑性材料之間含有粘結(jié)層以促進(jìn)粘合。
文檔編號(hào)C08L27/12GK101495562SQ200780028706
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月4日
發(fā)明者M·T·伯奇爾 申請(qǐng)人:阿科瑪法國(guó)公司