一種用于光伏組件背板的紅外散熱涂料及散熱光伏組件背板的制備方法
【專利摘要】一種用于光伏組件背板的紅外散熱涂料及散熱光伏組件背板的制備方法，本發(fā)明涉及散熱涂料及光伏組件散熱背板的制備方法。本發(fā)明是要解決的現(xiàn)有的降低太陽(yáng)能電池背板溫度的金屬導(dǎo)熱層的耐侯性差、成本高的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的紅外散熱涂料由碳材料、粘結(jié)劑和溶劑組成。制備散熱光伏組件背板的方法：一、對(duì)已經(jīng)封裝好的光伏組件，或者組件半成品，清潔背板的散熱區(qū)域；二、將碳材料、粘結(jié)劑和溶劑混合均勻，得到漿料；三、將漿料涂于背板的散熱區(qū)域；四、固化，得到散熱光伏組件背板。本發(fā)明制備的涂覆了紅外散熱涂料的散熱光伏組件背板與沒(méi)有該紅外散熱涂料的組件相比，在工作狀態(tài)時(shí)背板平均溫度低3～4℃，光伏組件的輸出功率高1～1.8％。
【專利說(shuō)明】一種用于光伏組件背板的紅外散熱涂料及散熱光伏組件背板的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種散熱涂料，尤其是涉及一種用于光伏組件之背板散熱的紅外散熱涂料及其制備工藝，屬于光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]光伏發(fā)電是一種新能源，通過(guò)光伏效應(yīng)可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成為電能，一般而言，陸基光伏發(fā)電依據(jù)不同的發(fā)電材料，其轉(zhuǎn)換效率在10-30 %,意味著余下的太陽(yáng)能將轉(zhuǎn)變成熱能等其他形式損失掉，因此不斷提高光伏組件的轉(zhuǎn)換效率是光伏產(chǎn)業(yè)努力的方向。
[0003]光伏發(fā)電自廣泛應(yīng)用以來(lái)，全球已經(jīng)有上百個(gè)GW的使用規(guī)模，從獨(dú)立戶用發(fā)電系統(tǒng)，集中式村莊供電系統(tǒng)，混合或互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，到并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等，正在邁向較大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，一般處于較高的太陽(yáng)輻射下，其發(fā)電性能受自然環(huán)境條件的影響較大，其中系統(tǒng)主要部件——太陽(yáng)能電池組件的工作溫度是影響光伏發(fā)電系統(tǒng)性能的重要因素之一。太陽(yáng)能光伏發(fā)電核心單元為太陽(yáng)能電池，目前投入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的主要是硅系太陽(yáng)能電池:單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池。
[0004]晶硅太陽(yáng)能電池組件的結(jié)構(gòu)通常由玻璃、電池片串和背板組成，通過(guò)EVA膠膜封裝而成。太陽(yáng)能電池背板是用在太陽(yáng)能電池組件上的一種保護(hù)性材料，是保護(hù)電池片串在各種氣候環(huán)境下25年乃至更長(zhǎng)時(shí)間都能正常工作。
[0005]溫度對(duì)硅太陽(yáng)能電池的影響，主要反映在太陽(yáng)能電池的開路電壓、短路電流、峰值功率等參數(shù)隨溫度的變化而變化。單體太陽(yáng)能電池的開路電壓隨溫度的升高而降低，電壓溫度系數(shù)為-(2.0?2.2)mv/°C，即溫度每升高TC，單體太陽(yáng)能電池開路電壓降低2.0?2.2mv ;太陽(yáng)能電池短路電流隨溫度升高而升高；太陽(yáng)能電池的峰值功率隨溫度的升高而降低(直接影響到效率)，即溫度每升高1°C，太陽(yáng)能電池的峰值功率損失率約為0.35?0.45%，例如:工作在20°C的硅太陽(yáng)能電池，其輸出功率要比工作在70°C的高17.5-22.5%。單塊太陽(yáng)能電池組件通常由60片或者72片單體太陽(yáng)能電池串聯(lián)組成。根據(jù)在寧夏地區(qū)實(shí)地測(cè)量的結(jié)果，夏天時(shí)太陽(yáng)能電池組件背表面溫度高達(dá)到70°C，而此時(shí)的太陽(yáng)能電池工作結(jié)溫可以達(dá)到100°C (額定參數(shù)標(biāo)定均在25°C條件下)。
[0006]硅太陽(yáng)能電池工作在溫度較高情況下，開路電壓隨溫度的升高而大幅下降，同時(shí)導(dǎo)致充電工作點(diǎn)的嚴(yán)重偏移，易使系統(tǒng)充電不足而損壞；硅太陽(yáng)能電池的輸出功率隨溫度的升高也大幅下降，致使太陽(yáng)能電池組件不能充分發(fā)揮最大性能?，F(xiàn)有的組件將玻璃、EVA、電池片、EVA，背板依次疊層，然后層壓。并沒(méi)有特定的散熱裝置，現(xiàn)有的硅太陽(yáng)能電池組件沒(méi)有特定的散熱裝置，在戶外使用環(huán)境中吸收的大量熱量難以迅速散失而積累，造成開路電壓隨溫度的升高而大幅下降，同時(shí)導(dǎo)致充電工作點(diǎn)的嚴(yán)重偏移，易使系統(tǒng)充電不足而損壞；硅太陽(yáng)能電池的輸出功率隨溫度的升高也大幅下降，致使太陽(yáng)能電池組件不能充分發(fā)揮最大性能。
[0007]目前主要的背板材料改性處理方法是在背板表面涂覆一層金屬微粉組成的導(dǎo)熱層(如鋅粉，鋁粉等)，該導(dǎo)熱層耐候性很差，容易被氣候環(huán)境中的酸雨水霧腐蝕，而且成本偏高,因此急需一種低成本的散熱材料解決方案。
[0008]另外由于背板材料為高分子樹脂，其顏色多為淺白色，盡管大家努力保持背板材料絕緣性能的同時(shí)，努力提高其導(dǎo)熱能力，但是由于有機(jī)樹脂本身的限制，背板的傳導(dǎo)散熱及輻射散熱能力依舊較差，無(wú)法在強(qiáng)烈太陽(yáng)能輻射下有效地散熱，從而降低了組件的發(fā)電性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的現(xiàn)有的降低太陽(yáng)能電池背板溫度的金屬導(dǎo)熱層的耐侯性差、成本高的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種用于光伏組件背板的紅外散熱涂料及散熱光伏組件背板的制備方法，這是一種低成本方案，降低光伏組件背板的溫度，從而提高光伏組件的輸出功率，降低組件的發(fā)電成本。
[0010]本發(fā)明一種用于光伏組件背板散熱的紅外散熱涂料由以下重量百分比的原料制成:碳材料5%?80%，粘結(jié)劑10%?50%，溶劑10%?45%，所述各組分配比之和為100 % ;所述碳材料為炭黑，或者碳材料為炭黑與碳支撐材料混合而成，碳支撐材料為石墨粉、石墨烯和碳納米管中的一種或其中幾種的組合；
[0011]利用上述的用于光伏組件背板散熱的紅外散熱涂料制備散熱光伏組件背板的方法按以下步驟進(jìn)行:
[0012]一、對(duì)已經(jīng)封裝好的光伏組件，或者組件半成品，吹掃清潔背板表面需要散熱的區(qū)域；
[0013]二、按碳材料為5%?80%、粘結(jié)劑為10%?50%、溶劑為10%?45%，所述各組分配比之和為100%，稱取碳材料、粘結(jié)劑和溶劑，混合，攪拌均勻，得到漿料；其中所述碳材料為炭黑，或者碳材料為炭黑與碳支撐材料混合而成，碳支撐材料為石墨粉、石墨烯和碳納米管中的一種或其中幾種的組合；
[0014]三、將步驟二得到漿料均勻涂于經(jīng)步驟一處理后的背板的表面，涂覆厚度5?200 μ m ；
[0015]四、將經(jīng)步驟三處理后的組件放置在室溫條件下0.5?2h自然固化，或者置于烘箱中升溫至40?80°C后，保溫烘烤0.5?h進(jìn)行固化，即得散熱光伏組件背板。
[0016]本發(fā)明制備的涂覆了紅外散熱涂料的散熱光伏組件背板，與沒(méi)有該紅外散熱涂料的組件相比，在工作狀態(tài)時(shí)背板平均溫度低3?4°C，光伏組件的輸出功率高1%?1.8%，降低了光伏發(fā)電的成本。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018](I)本發(fā)明的用于光伏組件之背板散熱的紅外散熱涂料，能夠降低光伏組件的工作溫度，從而提高組件的輸出功率，降低了光伏發(fā)電成本；
[0019](2)本發(fā)明采用的碳材料，價(jià)格低，使背板的降溫成本大大降低，操作方便，有利于大批量實(shí)施。

【具體實(shí)施方式】
[0020]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種用于光伏組件背板散熱的紅外散熱涂料由以下重量百分比的原料制成:碳材料5%?80%，粘結(jié)劑10%?50%，溶劑10%?45%，所述各組分配比之和為100% ;所述碳材料為炭黑，或者碳材料為炭黑與碳支撐材料混合而成，碳支撐材料為石墨粉、石墨烯和碳納米管中的一種或其中幾種的組合。
[0021]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是所述的炭黑粒度為200?2000目；其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0022]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是碳支撐材料的粒度為200?2000目；其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0023]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是所述粘結(jié)劑為環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂；其它與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0024]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至之一不同的是所述溶劑為酒精、丙酮或水；其它與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】六:利用【具體實(shí)施方式】一的用于光伏組件背板散熱的紅外散熱涂料制備散熱光伏組件背板的方法按以下步驟進(jìn)行:
[0026]一、對(duì)已經(jīng)封裝好的光伏組件，或者組件半成品，吹掃清潔背板表面需要散熱的區(qū)域；
[0027]二、按碳材料為5%?80%、粘結(jié)劑為10%?50%、溶劑為10%?45%，所述各組分配比之和為100%，稱取碳材料、粘結(jié)劑和溶劑，混合，攪拌均勻，得到漿料；其中所述碳材料為炭黑，或者碳材料為炭黑與碳支撐材料混合而成，碳支撐材料為石墨粉、石墨烯和碳納米管中的一種或其中幾種的組合；
[0028]三、將步驟二得到漿料均勻涂于經(jīng)步驟一處理后的背板的表面，涂覆厚度5?200 μ m ；
[0029]四、將經(jīng)步驟三處理后的組件放置在室溫條件下0.5?2h自然固化，或者置于烘箱中升溫至40?80°C后，保溫烘烤0.5?h進(jìn)行固化，即得散熱光伏組件背板。
[0030]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】六不同的是步驟二所述的炭黑的粒度為200?2000目；其它與【具體實(shí)施方式】六相同。
[0031]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】六或七不同的是步驟二所述的碳支撐材料的粒度為200?2000目；其它與【具體實(shí)施方式】六或七相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】六至八之一不同的是所述粘結(jié)劑為環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂；其它與【具體實(shí)施方式】六至八之一相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】六至八之一不同的是所述溶劑為酒精、丙酮或水；其它與【具體實(shí)施方式】六至八之一相同。
[0034]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0035]實(shí)施例1:
[0036]本實(shí)施例的制備散熱光伏組件背板的方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0037]—、對(duì)已經(jīng)封裝好的光伏組件，吹掃清潔背板表面需要散熱的區(qū)域；背板材料為聚四氟乙烯PTFE，該材料為熱塑性塑料；
[0038]二、按炭黑80%，酚醛樹脂為10%、丙酮為10%的比例稱取炭黑、酚醛樹脂和丙酮，混合，攪拌均勻，得到漿料；其中炭黑的粒度為2000目；
[0039]三、將步驟二得到漿料均勻涂于經(jīng)步驟一處理后的背板的表面，涂覆厚度200 μ m ；
[0040]四、將經(jīng)步驟三處理后的組件放置在放置于烘箱中烘烤，以60±2°C /h的升溫速率升溫至80°C后，保溫烘烤0.5h，完全固化，即得散熱光伏組件背板。
[0041]本實(shí)施例采用炭黑制備導(dǎo)熱層，炭黑是黑度系數(shù)大的紅外輻射材料，涂覆在組件背面的背板上，當(dāng)組件正面接受太陽(yáng)照射，系統(tǒng)溫度升高后，其熱量由導(dǎo)熱層向外輻射散發(fā)出來(lái)，從而降低了體系的溫度。本實(shí)施例制備的涂覆了紅外散熱涂料的散熱光伏組件背板，與沒(méi)有該紅外散熱涂料的組件相比，在工作狀態(tài)時(shí)背板平均溫度低3°C，光伏組件的輸出功率高1.1%，降低了光伏發(fā)電的成本。
[0042]實(shí)施例2
[0043]本實(shí)施例的制備散熱光伏組件背板的方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0044]—、對(duì)已經(jīng)封裝好的光伏組件，吹掃清潔背板表面需要散熱的區(qū)域；背板材料為PET, PET是一種不含氟的線型飽和聚酯樹脂，具有環(huán)境友好性；
[0045]二、按炭黑5%、石墨粉5%，環(huán)氧樹脂為20%、酒精為70%的比例稱取炭黑、環(huán)氧樹脂和酒精，混合，攪拌均勻，得到漿料；其中炭黑的粒度為2000目；石墨粉的粒度為200目；
[0046]三、將步驟二得到漿料均勻涂于經(jīng)步驟一處理后的背板的表面，涂覆厚度200 μ m ；
[0047]四、將經(jīng)步驟三處理后的組件放置在室溫條件下2h自然固化，即得散熱光伏組件背板。
[0048]本實(shí)施例采用炭黑和石墨粉制備導(dǎo)熱層，炭黑和石墨粉都是黑度系數(shù)大的紅外輻射材料，炭黑的黑度大于石墨粉，石墨的熱導(dǎo)系數(shù)大于炭黑，組合使用，石墨使炭黑的分散均勻度大大提高，形成最佳的散熱網(wǎng)絡(luò)，提高散熱效果。
[0049]本實(shí)施例制備的涂覆了紅外散熱涂料的散熱光伏組件背板，與沒(méi)有該紅外散熱涂料的組件相比，在工作狀態(tài)時(shí)背板平均溫度低3°C，光伏組件的輸出功率高1.2%，降低了光伏發(fā)電的成本。
[0050]實(shí)施例3
[0051]本實(shí)施例的制備散熱光伏組件背板的方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0052]一、對(duì)已經(jīng)封裝好的光伏組件，吹掃清潔背板表面需要散熱的區(qū)域；背板材料為聚偏氟乙烯PVDF，PVDF具有良好的抗紫外線、耐候和耐老化性能；
[0053]二、按炭黑36%，石墨烯4%、水性環(huán)氧樹脂為40%、水為20%的比例稱取炭黑、石墨烯、水性環(huán)氧樹脂和水，混合，攪拌均勻，得到漿料；其中炭黑的粒度為2000目；石墨烯的粒度為800目；
[0054]三、將步驟二得到漿料均勻涂于經(jīng)步驟一處理后的背板的表面，涂覆厚度100 μ m ；
[0055]四、將經(jīng)步驟三處理后的組件放置在放置于烘箱中烘烤，升溫至40°C后，保溫烘烤2h,完全固化，即得散熱光伏組件背板。
[0056]本用實(shí)施例中，利用炭黑與石墨烯組合，形成散熱網(wǎng)絡(luò)，該散熱網(wǎng)絡(luò)即可以進(jìn)行輻射散熱，又可以進(jìn)行橫向傳導(dǎo)散熱，散熱均勻，降低背板溫度的同時(shí)，還可以避免由于涂層散熱不均勻?qū)е碌臒崦浝淇s開裂的問(wèn)題。
[0057]本實(shí)施例制備的涂覆了紅外散熱涂料的散熱光伏組件背板，與沒(méi)有該紅外散熱涂料的組件相比，在工作狀態(tài)時(shí)背板平均溫度低4°C，光伏組件的輸出功率高1.8%，降低了光伏發(fā)電的成本。
[0058]實(shí)施例4
[0059]本實(shí)施例的制備散熱光伏組件背板的方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0060]一、對(duì)已經(jīng)封裝好的光伏組件，吹掃清潔背板表面需要散熱的區(qū)域；背板材料為聚偏氟乙烯PVDF ;
[0061]二、按炭黑47.5%，碳納米管2.5%、水性環(huán)氧樹脂為20%、水為30%的比例稱取炭黑、碳納米管、水性環(huán)氧樹脂和水，混合，攪拌均勻，得到漿料；其中炭黑的粒度為2000目；碳納米管的粒度為800目；
[0062]三、將步驟二得到漿料均勻涂于經(jīng)步驟一處理后的背板的表面，涂覆厚度80 μ m ;
[0063]四、將經(jīng)步驟三處理后的組件放置在放置于烘箱中烘烤，升溫至80°C后，保溫烘烤0.5h，完全固化，即得散熱光伏組件背板。
[0064]本實(shí)施例利用炭黑與碳納米管形成散熱網(wǎng)絡(luò)，該散熱網(wǎng)絡(luò)即可以進(jìn)行輻射散熱，又可以進(jìn)行橫向傳導(dǎo)散熱，散熱均勻，降低背板溫度的同時(shí)，還可以避免由于涂層散熱不均勻?qū)е碌臒崦浝淇s開裂的問(wèn)題。
[0065]本實(shí)施例制備的涂覆了紅外散熱涂料的散熱光伏組件背板，與沒(méi)有該紅外散熱涂料的組件相比，在工作狀態(tài)時(shí)背板平均溫度低3.8°C，光伏組件的輸出功率高1.7%，降低了光伏發(fā)電的成本。
[0066]實(shí)施例5
[0067]本實(shí)施例的制備散熱光伏組件背板的方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0068]一、對(duì)已經(jīng)封裝好的光伏組件，吹掃清潔背板表面需要散熱的區(qū)域；背板材料為聚偏氟乙烯PVDF ;
[0069]二、按炭黑27%，石墨粉27%、石墨烯3%、碳納米管3%、水性環(huán)氧樹脂為20%、水為20%的比例稱取炭黑、石墨粉、石墨烯、碳納米管、水性環(huán)氧樹脂和水，混合，攪拌均勻，得到漿料；其中炭黑的粒度為1000目；石墨粉的粒度為1000目，石墨烯、碳納米管的粒度均為800目;
[0070]三、將步驟二得到漿料均勻涂于經(jīng)步驟一處理后的背板的表面，涂覆厚度120 μ m ；
[0071]四、將經(jīng)步驟三處理后的組件放置在放置于室溫環(huán)境中1.5h，即得散熱光伏組件背板。
[0072]本實(shí)施例制備的涂覆了紅外散熱涂料的散熱光伏組件背板，與沒(méi)有該紅外散熱涂料的組件相比，在工作狀態(tài)時(shí)背板平均溫度低4.8°C，光伏組件的輸出功率高1.8%，降低了光伏發(fā)電的成本。
【權(quán)利要求】
1.一種用于光伏組件背板散熱的紅外散熱涂料，其特征在于該散熱涂料是由以下重量百分比的原料制成:碳材料5 %?80 %，粘結(jié)劑10 %?50 %，溶劑10 %?45 %，所述各組分配比之和為100% ;所述碳材料為炭黑，或者碳材料為炭黑與碳支撐材料混合而成，碳支撐材料為石墨粉、石墨烯和碳納米管中的一種或其中幾種的組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光伏組件背板散熱的紅外散熱涂料，其特征在于炭黑粒度為200?2000目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于光伏組件背板散熱的紅外散熱涂料，其特征在于碳支撐材料的粒度為200?2000目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于光伏組件背板散熱的紅外散熱涂料，其特征在于所述粘結(jié)劑為環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于光伏組件背板散熱的紅外散熱涂料，其特征在于所述溶劑為酒精、丙酮或水。
6.利用權(quán)利要求1所述的用于光伏組件背板散熱的紅外散熱涂料制備散熱光伏組件背板的方法，其特征在于該方法按以下步驟進(jìn)行: 一、對(duì)已經(jīng)封裝好的光伏組件，或者組件半成品，吹掃清潔背板表面需要散熱的區(qū)域； 二、按碳材料為5%?80 %、粘結(jié)劑為10 %?50 %、溶劑為10 %?45 %，所述各組分配比之和為100%，稱取碳材料、粘結(jié)劑和溶劑，混合，攪拌均勻，得到漿料；其中所述碳材料為炭黑，或者碳材料為炭黑與碳支撐材料混合而成，碳支撐材料為石墨粉、石墨烯和碳納米管中的一種或其中幾種的組合； 三、將步驟二得到漿料均勻涂于經(jīng)步驟一處理后的背板的表面，涂覆厚度5?200μ m ; 四、將經(jīng)步驟三處理后的組件放置在室溫條件下0.5?2h自然固化，或者置于烘箱中升溫至40?80°C后，保溫烘烤0.5?h進(jìn)行固化，即得散熱光伏組件背板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用用于光伏組件背板散熱的紅外散熱涂料制備散熱光伏組件背板的方法，其特征在于步驟二所述的炭黑的粒度為200?2000目。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的利用用于光伏組件背板散熱的紅外散熱涂料制備散熱光伏組件背板的方法，其特征在于步驟二所述的碳支撐材料的粒度為200?2000目。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的利用用于光伏組件背板散熱的紅外散熱涂料制備散熱光伏組件背板的方法，其特征在于所述粘結(jié)劑為環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的利用用于光伏組件背板散熱的紅外散熱涂料制備散熱光伏組件背板的方法，其特征在于所述溶劑為酒精、丙酮或水。
【文檔編號(hào)】C09D5/00GK104231701SQ201410525613
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】趙麗麗, 呂鐵錚, 劉馨陽(yáng), 王昱瓔, 崔璨 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)