一种透光水泥层、光伏建材及其制备方法与流程

本发明涉及光伏建筑一体化技术领域，具体地涉及一种透光水泥层、光伏建材及其制备方法。

背景技术：

随着科技的发展和人们生活水平的提高，人们对建筑材料的性能提出了越来越高的要求。目前，常规光伏组件的颜色一般呈现深蓝色、灰色、黑色，其色彩单一、不美观，难以与建筑高度融合，在一定程度上限制了光伏组件在建筑中的应用。基于此，专利cn200420085961采用不同厚度及种类的光学减反膜，使得晶体硅太阳电池呈现不同颜色；专利cn201220200568在不改变电池片的前提下，通过改变eva或pvb胶膜的颜色达到与建筑物颜色的匹配。呈现一些特定颜色的光伏组件可表达更多建筑语言，但是这样的光伏组件对光子的吸收率下降进而电池转换效率下降。

另一方面，水泥基材料是目前最传统、最主要的建材之一，呈现出一种灰暗、单调、粗糙的质感。现代建筑中，人们希望水泥基材料能呈现出更丰富的颜色以及包含更多的科技元素。将太阳电池组件与水泥基材料结合，可以赋予水泥材料发电的功能，但要考虑到水泥一般呈现的外观是灰色，光子的透过率较低，制备的光伏组件效率也会降低。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种透光水泥层、光伏建材及其制备方法，将透光度高的水泥建材与当前的新能源太阳电池相结合，既可以获得较高的电池转换效率，还可以获得较好的建筑质感。

本发明的具体技术方案如下：

本发明提供一种透光水泥层，所述透光水泥层的原料包括水泥砂浆和透光树脂，透光树脂的表面积占透光水泥层表面积的10％～50％。

其中，按质量分数计，所述水泥砂浆包括水泥25-50份，天然砂40-65份，玻璃粉10-20份，玻璃纤维5-7份，偏高岭土3-6份，二氧化钛2-3份，三氧化二铝1-1.5份，碳酸钙1-1.5份，氧化锌0.8-1.5份，消泡剂1-2份，流平剂2-5份，水30-55份，无机矿物颜料4-10份。

作为优选地，所述天然砂粒径在2um以下，所述消泡剂包括乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚和聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚的一种或几种，所述流平剂为包括二丙酮醇和/或丙烯酸，所述无机矿物颜料包括天然矿物颜料和/或人造颜料，天然矿物颜料包括石绿、炭黑、云母、珊瑚和雄黄中的一种或几种，人造颜料包括氧化铁红、氧化铁黄、钛白、铬黄、铁蓝中的一种或几种。

作为优选地，所述透光树脂主要原料包括聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚碳酸酯(pc)和聚苯乙烯(ps)中的一种或几种；透光树脂还包括固化剂，所述固化剂包括t31固化剂和/或593固化剂，固化剂占透光树脂重量的0.5％～3％。

作为优选地，所述透光水泥层的厚度为10um-2mm。

作为优选地，所述透光水泥层在300nm～1300nm波长范围内加权平均透过率不低于30％。

作为优选的，所述透光水泥层在300nm～1300nm波长范围内加权平均透过率为30％～90％。

本发明提供一种光伏建材，包括所述的透光水泥层。

作为优选的，所述光伏建材由上到下依次包括透光水泥层1、太阳电池层2和基底层3。

本发明提供一种光伏建材的制备方法，包括以下步骤：

1)将太阳电池层附着到基底层之上，并引出正负极，或者直接在基底层上制备太阳电池层，并引出正负极；

2)将预制透光树脂单元的模具置于太阳电池层表面上，搅拌透光树脂，将其浇入到太阳电池层上的制备透光树脂用的模具中，硬化后拆模，得到预制透光树脂单元；

3)将水泥砂浆浇入到步骤2)得到的预制透光树脂单元的间隙，固化，再经抛光打磨，获得透光水泥层。

作为优选地，步骤3)中所述固化温度为-20℃～50℃，固化时间为2.5h～100h。

作为优选地，所述太阳电池层和基底层是本领域公知的。

本发明所用的模具材质为工具钢，尺寸和太阳电池片的外形尺寸相同，其厚度根据透光水泥层厚度的不同而不同，有1mm，2mm，3mm。模具四周密实，模具包含有多个通孔，用以容纳透光树脂，通孔外的区域用以脱模后浇注水泥砂浆。

在本发明所需的水泥浆中添加一定比例的颜料，所制备的光伏建材既有一定透光度又呈现彩色。

此外，透光树脂相较于光纤类材料成本更低、性能无明显下降，采用透光树脂作导光组分以制备透光水泥可以降低成本、提高透光度。

对于光伏组件来说，所吸收的光子越多其转换效率越高，将透光度很高的水泥制备于光伏组件上，则既可以获得较高的电池转换效率，还可以获得较好的建筑质感。

本发明将透光度高的水泥建材与当前的新能源太阳电池相结合，既可以获得较高的电池转换效率，还可以获得较好的建筑质感。通过在光伏组件表面制备一薄层透光水泥层，可使得光伏组件表面接近通用建材，即“光伏建材”，以拓宽光伏组件在建筑领域的应用。本发明改进了透光水泥的配方，可使水泥呈现多种颜色的前提下，保持较高的透光率，进而获得较高的电池转换效率。

本发明制备的透光水泥层，具有较强的致密性和抗腐蚀性，因此，其能将被保护的材料与外界的腐蚀性物质很好的隔离开；这种透光水泥层硬度超过4h，达到了常规建材所需的硬度。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1)本发明在太阳电池表面制备透光水泥层，在-20℃～50℃下即可固化，不会对光伏组件造成损伤；

2)本发明制备的透光水泥层硬度较高，超过4h；

3)本发明所制备的透光水泥层不仅能够稳固地与光伏组件相结合，而且还具有较好的耐磨性能；

4)本发明所制备的透光水泥层具有较好的耐候性，在建筑外墙可以服役数十年。

5)本发明所制备的透光水泥层透光率不低于30％。

附图说明

图1为本发明的光伏建材剖面图；

图2为本发明的透光水泥层表面示意图。

附图标记：

1、透光水泥层，2、太阳电池层，3、基底层，4、水泥砂浆，5、透光树脂。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

在获得的太阳电池表面制备一透光水泥层，包括如下步骤：

在制备好的太阳电池层上制备透光水泥层，所述透光水泥层的表面，透光树脂的表面积占透光水泥层表面积的10％。

具体步骤如下：

1)将预制透光树脂单元的模具置于太阳电池层表面上，搅拌透光树脂，将其浇入到太阳电池层上的制备透光树脂用的模具中，硬化后拆模，得到预制透光树脂单元；

2)将水泥砂浆浇入到步骤2)得到的预制透光树脂单元的间隙中，固化后，再经抛光打磨，获得透光水泥层。

水泥砂浆的固化温度为-20℃，固化时间为96h。

水泥砂浆的组分为：水泥30份，天然砂45份，玻璃粉15份，玻璃纤维5份，偏高岭土3份，二氧化钛2份，三氧化二铝1.5份，碳酸钙1.2份，氧化锌1.0份，乳化硅油1份，丙烯酸3份，水40份，石绿6份；透光树脂主要原料为pmma。

透光水泥层的厚度为500μm，透光率为30％。

实施例2

在获得的太阳电池表面制备一透光水泥层，包括如下步骤：

在制备好的太阳电池层上制备透光水泥层，所述透光水泥层的表面，透光树脂的表面积占透明水泥层表面积的50％。

具体步骤如下：

1)将预制透光树脂单元的模具置于太阳电池层表面上，搅拌透光树脂，将其浇入到太阳电池层上的制备透光树脂用的模具中，硬化后拆模，得到预制透光树脂单元；

2)将水泥砂浆浇入到步骤2)得到的预制透光树脂单元的间隙，固化后，再经抛光打磨，获得透光水泥层。

水泥砂浆的固化温度为50℃，固化时间为5h。

水泥砂浆的组分为：水泥50份，天然砂40份，玻璃粉10份，玻璃纤维7份，偏高岭土3份，二氧化钛3份，三氧化二铝1.5份，碳酸钙1份，氧化锌0.8份，聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚2份，丙烯酸5份，水55份，氧化铁红和钛白的混合，总和为10份；透光树脂主要原料为pc。

透光水泥层的厚度为2mm，透光率为50％。

实施例3

在获得的太阳电池表面制备一透光水泥层，包括如下步骤：

在制备好的太阳电池层上制备透光水泥层，所述透光水泥层的表面，透光树脂的表面积占透光水泥层表面积的50％。

具体步骤如下：

1)将预制透光树脂单元的模具置于太阳电池层表面上，搅拌透光树脂，将其浇入到太阳电池层上的制备透光树脂用的模具中，硬化后拆模，得到预制透光树脂单元；

2)将水泥砂浆浇入到步骤2)得到的预制透光树脂单元的间隙中，固化后，再经抛光打磨，获得透光水泥层。

水泥砂浆的固化温度为20℃，固化时间为55h。

水泥砂浆的组分为：水泥25份，天然砂55份，玻璃粉20份，玻璃纤维5份，偏高岭土4份，二氧化钛2份，三氧化二铝1.5份，碳酸钙1.2份，氧化锌1.3份，乳化硅油1份，丙烯酸3份，水35份，云母6份；透光树脂主要原料为pc。

透光水泥层的厚度为400μm，透光率为60％。

实施例4

在获得的太阳电池表面制备一透光水泥层，包括如下步骤：

在制备好的太阳电池层上制备透光水泥层，所述透光水泥层的表面，透光树脂的表面积占透光水泥层表面积的40％。

具体步骤如下：

1)将预制透光树脂单元的模具置于太阳电池层表面上，搅拌透光树脂，将其浇入到太阳电池层上的制备透光树脂用的模具中，硬化后拆模，得到预制透光树脂单元；

2)将水泥砂浆浇入到步骤2)得到的预制透光树脂单元的间隙中，固化后，再经抛光打磨，获得透光水泥层。

水泥砂浆的固化温度为35℃，固化时间为36h。

水泥砂浆的组分为：水泥44份，天然砂50份，玻璃粉18份，玻璃纤维6份，偏高岭土4份，二氧化钛3份，三氧化二铝1.2份，碳酸钙1.2份，氧化锌1.0份，乳化硅油1.2份，丙烯酸3份，水35份，雄黄4份；透光树脂主要原料为pmma。

透光水泥层的厚度为150μm，透光率为45％。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。