一种用于光伏组件背板的红外散热涂料及散热光伏组件背板的制备方法
【专利摘要】一种用于光伏组件背板的红外散热涂料及散热光伏组件背板的制备方法，本发明涉及散热涂料及光伏组件散热背板的制备方法。本发明是要解决的现有的降低太阳能电池背板温度的金属导热层的耐侯性差、成本高的技术问题。本发明的红外散热涂料由碳材料、粘结剂和溶剂组成。制备散热光伏组件背板的方法：一、对已经封装好的光伏组件，或者组件半成品，清洁背板的散热区域；二、将碳材料、粘结剂和溶剂混合均匀，得到浆料；三、将浆料涂于背板的散热区域；四、固化，得到散热光伏组件背板。本发明制备的涂覆了红外散热涂料的散热光伏组件背板与没有该红外散热涂料的组件相比，在工作状态时背板平均温度低3～4℃，光伏组件的输出功率高1～1.8％。
【专利说明】一种用于光伏组件背板的红外散热涂料及散热光伏组件背板的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种散热涂料，尤其是涉及一种用于光伏组件之背板散热的红外散热涂料及其制备工艺，属于光伏发电【技术领域】。
【背景技术】
[0002]光伏发电是一种新能源，通过光伏效应可以将太阳能转变成为电能，一般而言，陆基光伏发电依据不同的发电材料，其转换效率在10-30 %,意味着余下的太阳能将转变成热能等其他形式损失掉，因此不断提高光伏组件的转换效率是光伏产业努力的方向。
[0003]光伏发电自广泛应用以来，全球已经有上百个GW的使用规模，从独立户用发电系统，集中式村庄供电系统，混合或互补发电系统，到并网发电系统等，正在迈向较大规模的商业化应用。光伏发电系统在实际应用中，一般处于较高的太阳辐射下，其发电性能受自然环境条件的影响较大，其中系统主要部件——太阳能电池组件的工作温度是影响光伏发电系统性能的重要因素之一。太阳能光伏发电核心单元为太阳能电池，目前投入大规模商业化应用的主要是硅系太阳能电池:单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。
[0004]晶硅太阳能电池组件的结构通常由玻璃、电池片串和背板组成，通过EVA胶膜封装而成。太阳能电池背板是用在太阳能电池组件上的一种保护性材料，是保护电池片串在各种气候环境下25年乃至更长时间都能正常工作。
[0005]温度对硅太阳能电池的影响，主要反映在太阳能电池的开路电压、短路电流、峰值功率等参数随温度的变化而变化。单体太阳能电池的开路电压随温度的升高而降低，电压温度系数为-(2.0?2.2)mv/°C，即温度每升高TC，单体太阳能电池开路电压降低2.0?2.2mv ;太阳能电池短路电流随温度升高而升高；太阳能电池的峰值功率随温度的升高而降低(直接影响到效率)，即温度每升高1°C，太阳能电池的峰值功率损失率约为0.35?0.45%，例如:工作在20°C的硅太阳能电池，其输出功率要比工作在70°C的高17.5-22.5%。单块太阳能电池组件通常由60片或者72片单体太阳能电池串联组成。根据在宁夏地区实地测量的结果，夏天时太阳能电池组件背表面温度高达到70°C，而此时的太阳能电池工作结温可以达到100°C (额定参数标定均在25°C条件下)。
[0006]硅太阳能电池工作在温度较高情况下，开路电压随温度的升高而大幅下降，同时导致充电工作点的严重偏移，易使系统充电不足而损坏；硅太阳能电池的输出功率随温度的升高也大幅下降，致使太阳能电池组件不能充分发挥最大性能。现有的组件将玻璃、EVA、电池片、EVA，背板依次叠层，然后层压。并没有特定的散热装置，现有的硅太阳能电池组件没有特定的散热装置，在户外使用环境中吸收的大量热量难以迅速散失而积累，造成开路电压随温度的升高而大幅下降，同时导致充电工作点的严重偏移，易使系统充电不足而损坏；硅太阳能电池的输出功率随温度的升高也大幅下降，致使太阳能电池组件不能充分发挥最大性能。
[0007]目前主要的背板材料改性处理方法是在背板表面涂覆一层金属微粉组成的导热层(如锌粉，铝粉等)，该导热层耐候性很差，容易被气候环境中的酸雨水雾腐蚀，而且成本偏高,因此急需一种低成本的散热材料解决方案。
[0008]另外由于背板材料为高分子树脂，其颜色多为浅白色，尽管大家努力保持背板材料绝缘性能的同时，努力提高其导热能力，但是由于有机树脂本身的限制，背板的传导散热及辐射散热能力依旧较差，无法在强烈太阳能辐射下有效地散热，从而降低了组件的发电性能。
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的现有的降低太阳能电池背板温度的金属导热层的耐侯性差、成本高的技术问题，而提供一种用于光伏组件背板的红外散热涂料及散热光伏组件背板的制备方法，这是一种低成本方案，降低光伏组件背板的温度，从而提高光伏组件的输出功率，降低组件的发电成本。
[0010]本发明一种用于光伏组件背板散热的红外散热涂料由以下重量百分比的原料制成:碳材料5%?80%，粘结剂10%?50%，溶剂10%?45%，所述各组分配比之和为100 % ;所述碳材料为炭黑，或者碳材料为炭黑与碳支撑材料混合而成，碳支撑材料为石墨粉、石墨烯和碳纳米管中的一种或其中几种的组合；
[0011]利用上述的用于光伏组件背板散热的红外散热涂料制备散热光伏组件背板的方法按以下步骤进行:
[0012]一、对已经封装好的光伏组件，或者组件半成品，吹扫清洁背板表面需要散热的区域；
[0013]二、按碳材料为5%?80%、粘结剂为10%?50%、溶剂为10%?45%，所述各组分配比之和为100%，称取碳材料、粘结剂和溶剂，混合，搅拌均匀，得到浆料；其中所述碳材料为炭黑，或者碳材料为炭黑与碳支撑材料混合而成，碳支撑材料为石墨粉、石墨烯和碳纳米管中的一种或其中几种的组合；
[0014]三、将步骤二得到浆料均匀涂于经步骤一处理后的背板的表面，涂覆厚度5?200 μ m ；
[0015]四、将经步骤三处理后的组件放置在室温条件下0.5?2h自然固化，或者置于烘箱中升温至40?80°C后，保温烘烤0.5?h进行固化，即得散热光伏组件背板。
[0016]本发明制备的涂覆了红外散热涂料的散热光伏组件背板，与没有该红外散热涂料的组件相比，在工作状态时背板平均温度低3?4°C，光伏组件的输出功率高1%?1.8%，降低了光伏发电的成本。
[0017]本发明与现有技术相比，有以下优点:
[0018](I)本发明的用于光伏组件之背板散热的红外散热涂料，能够降低光伏组件的工作温度，从而提高组件的输出功率，降低了光伏发电成本；
[0019](2)本发明采用的碳材料，价格低，使背板的降温成本大大降低，操作方便，有利于大批量实施。
【具体实施方式】
[0020]【具体实施方式】一:本实施方式的一种用于光伏组件背板散热的红外散热涂料由以下重量百分比的原料制成:碳材料5%?80%，粘结剂10%?50%，溶剂10%?45%，所述各组分配比之和为100% ;所述碳材料为炭黑，或者碳材料为炭黑与碳支撑材料混合而成，碳支撑材料为石墨粉、石墨烯和碳纳米管中的一种或其中几种的组合。
[0021]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是所述的炭黑粒度为200?2000目；其它与【具体实施方式】一相同。
[0022]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是碳支撑材料的粒度为200?2000目；其它与【具体实施方式】一或二相同。
[0023]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是所述粘结剂为环氧树脂或酚醛树脂；其它与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0024]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至之一不同的是所述溶剂为酒精、丙酮或水；其它与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0025]【具体实施方式】六:利用【具体实施方式】一的用于光伏组件背板散热的红外散热涂料制备散热光伏组件背板的方法按以下步骤进行:
[0026]一、对已经封装好的光伏组件，或者组件半成品，吹扫清洁背板表面需要散热的区域；
[0027]二、按碳材料为5%?80%、粘结剂为10%?50%、溶剂为10%?45%，所述各组分配比之和为100%，称取碳材料、粘结剂和溶剂，混合，搅拌均匀，得到浆料；其中所述碳材料为炭黑，或者碳材料为炭黑与碳支撑材料混合而成，碳支撑材料为石墨粉、石墨烯和碳纳米管中的一种或其中几种的组合；
[0028]三、将步骤二得到浆料均匀涂于经步骤一处理后的背板的表面，涂覆厚度5?200 μ m ；
[0029]四、将经步骤三处理后的组件放置在室温条件下0.5?2h自然固化，或者置于烘箱中升温至40?80°C后，保温烘烤0.5?h进行固化，即得散热光伏组件背板。
[0030]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】六不同的是步骤二所述的炭黑的粒度为200?2000目；其它与【具体实施方式】六相同。
[0031]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】六或七不同的是步骤二所述的碳支撑材料的粒度为200?2000目；其它与【具体实施方式】六或七相同。
[0032]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】六至八之一不同的是所述粘结剂为环氧树脂或酚醛树脂；其它与【具体实施方式】六至八之一相同。
[0033]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】六至八之一不同的是所述溶剂为酒精、丙酮或水；其它与【具体实施方式】六至八之一相同。
[0034]以下结合实施例对本发明作进一步说明。
[0035]实施例1:
[0036]本实施例的制备散热光伏组件背板的方法，按以下步骤进行:
[0037]—、对已经封装好的光伏组件，吹扫清洁背板表面需要散热的区域；背板材料为聚四氟乙烯PTFE，该材料为热塑性塑料；
[0038]二、按炭黑80%，酚醛树脂为10%、丙酮为10%的比例称取炭黑、酚醛树脂和丙酮，混合，搅拌均匀，得到浆料；其中炭黑的粒度为2000目；
[0039]三、将步骤二得到浆料均匀涂于经步骤一处理后的背板的表面，涂覆厚度200 μ m ；
[0040]四、将经步骤三处理后的组件放置在放置于烘箱中烘烤，以60±2°C /h的升温速率升温至80°C后，保温烘烤0.5h，完全固化，即得散热光伏组件背板。
[0041]本实施例采用炭黑制备导热层，炭黑是黑度系数大的红外辐射材料，涂覆在组件背面的背板上，当组件正面接受太阳照射，系统温度升高后，其热量由导热层向外辐射散发出来，从而降低了体系的温度。本实施例制备的涂覆了红外散热涂料的散热光伏组件背板，与没有该红外散热涂料的组件相比，在工作状态时背板平均温度低3°C，光伏组件的输出功率高1.1%，降低了光伏发电的成本。
[0042]实施例2
[0043]本实施例的制备散热光伏组件背板的方法，按以下步骤进行:
[0044]—、对已经封装好的光伏组件，吹扫清洁背板表面需要散热的区域；背板材料为PET, PET是一种不含氟的线型饱和聚酯树脂，具有环境友好性；
[0045]二、按炭黑5%、石墨粉5%，环氧树脂为20%、酒精为70%的比例称取炭黑、环氧树脂和酒精，混合，搅拌均匀，得到浆料；其中炭黑的粒度为2000目；石墨粉的粒度为200目；
[0046]三、将步骤二得到浆料均匀涂于经步骤一处理后的背板的表面，涂覆厚度200 μ m ；
[0047]四、将经步骤三处理后的组件放置在室温条件下2h自然固化，即得散热光伏组件背板。
[0048]本实施例采用炭黑和石墨粉制备导热层，炭黑和石墨粉都是黑度系数大的红外辐射材料，炭黑的黑度大于石墨粉，石墨的热导系数大于炭黑，组合使用，石墨使炭黑的分散均匀度大大提高，形成最佳的散热网络，提高散热效果。
[0049]本实施例制备的涂覆了红外散热涂料的散热光伏组件背板，与没有该红外散热涂料的组件相比，在工作状态时背板平均温度低3°C，光伏组件的输出功率高1.2%，降低了光伏发电的成本。
[0050]实施例3
[0051]本实施例的制备散热光伏组件背板的方法，按以下步骤进行:
[0052]一、对已经封装好的光伏组件，吹扫清洁背板表面需要散热的区域；背板材料为聚偏氟乙烯PVDF，PVDF具有良好的抗紫外线、耐候和耐老化性能；
[0053]二、按炭黑36%，石墨烯4%、水性环氧树脂为40%、水为20%的比例称取炭黑、石墨烯、水性环氧树脂和水，混合，搅拌均匀，得到浆料；其中炭黑的粒度为2000目；石墨烯的粒度为800目；
[0054]三、将步骤二得到浆料均匀涂于经步骤一处理后的背板的表面，涂覆厚度100 μ m ；
[0055]四、将经步骤三处理后的组件放置在放置于烘箱中烘烤，升温至40°C后，保温烘烤2h,完全固化，即得散热光伏组件背板。
[0056]本用实施例中，利用炭黑与石墨烯组合，形成散热网络，该散热网络即可以进行辐射散热，又可以进行横向传导散热，散热均匀，降低背板温度的同时，还可以避免由于涂层散热不均匀导致的热胀冷缩开裂的问题。
[0057]本实施例制备的涂覆了红外散热涂料的散热光伏组件背板，与没有该红外散热涂料的组件相比，在工作状态时背板平均温度低4°C，光伏组件的输出功率高1.8%，降低了光伏发电的成本。
[0058]实施例4
[0059]本实施例的制备散热光伏组件背板的方法，按以下步骤进行:
[0060]一、对已经封装好的光伏组件，吹扫清洁背板表面需要散热的区域；背板材料为聚偏氟乙烯PVDF ;
[0061]二、按炭黑47.5%，碳纳米管2.5%、水性环氧树脂为20%、水为30%的比例称取炭黑、碳纳米管、水性环氧树脂和水，混合，搅拌均匀，得到浆料；其中炭黑的粒度为2000目；碳纳米管的粒度为800目；
[0062]三、将步骤二得到浆料均匀涂于经步骤一处理后的背板的表面，涂覆厚度80 μ m ;
[0063]四、将经步骤三处理后的组件放置在放置于烘箱中烘烤，升温至80°C后，保温烘烤0.5h，完全固化，即得散热光伏组件背板。
[0064]本实施例利用炭黑与碳纳米管形成散热网络，该散热网络即可以进行辐射散热，又可以进行横向传导散热，散热均匀，降低背板温度的同时，还可以避免由于涂层散热不均匀导致的热胀冷缩开裂的问题。
[0065]本实施例制备的涂覆了红外散热涂料的散热光伏组件背板，与没有该红外散热涂料的组件相比，在工作状态时背板平均温度低3.8°C，光伏组件的输出功率高1.7%，降低了光伏发电的成本。
[0066]实施例5
[0067]本实施例的制备散热光伏组件背板的方法，按以下步骤进行:
[0068]一、对已经封装好的光伏组件，吹扫清洁背板表面需要散热的区域；背板材料为聚偏氟乙烯PVDF ;
[0069]二、按炭黑27%，石墨粉27%、石墨烯3%、碳纳米管3%、水性环氧树脂为20%、水为20%的比例称取炭黑、石墨粉、石墨烯、碳纳米管、水性环氧树脂和水，混合，搅拌均匀，得到浆料；其中炭黑的粒度为1000目；石墨粉的粒度为1000目，石墨烯、碳纳米管的粒度均为800目;
[0070]三、将步骤二得到浆料均匀涂于经步骤一处理后的背板的表面，涂覆厚度120 μ m ；
[0071]四、将经步骤三处理后的组件放置在放置于室温环境中1.5h，即得散热光伏组件背板。
[0072]本实施例制备的涂覆了红外散热涂料的散热光伏组件背板，与没有该红外散热涂料的组件相比，在工作状态时背板平均温度低4.8°C，光伏组件的输出功率高1.8%，降低了光伏发电的成本。
【权利要求】
1.一种用于光伏组件背板散热的红外散热涂料，其特征在于该散热涂料是由以下重量百分比的原料制成:碳材料5 %?80 %，粘结剂10 %?50 %，溶剂10 %?45 %，所述各组分配比之和为100% ;所述碳材料为炭黑，或者碳材料为炭黑与碳支撑材料混合而成，碳支撑材料为石墨粉、石墨烯和碳纳米管中的一种或其中几种的组合。
2.根据权利要求1所述的一种用于光伏组件背板散热的红外散热涂料，其特征在于炭黑粒度为200?2000目。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于光伏组件背板散热的红外散热涂料，其特征在于碳支撑材料的粒度为200?2000目。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于光伏组件背板散热的红外散热涂料，其特征在于所述粘结剂为环氧树脂或酚醛树脂。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于光伏组件背板散热的红外散热涂料，其特征在于所述溶剂为酒精、丙酮或水。
6.利用权利要求1所述的用于光伏组件背板散热的红外散热涂料制备散热光伏组件背板的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行: 一、对已经封装好的光伏组件，或者组件半成品，吹扫清洁背板表面需要散热的区域； 二、按碳材料为5%?80 %、粘结剂为10 %?50 %、溶剂为10 %?45 %，所述各组分配比之和为100%，称取碳材料、粘结剂和溶剂，混合，搅拌均匀，得到浆料；其中所述碳材料为炭黑，或者碳材料为炭黑与碳支撑材料混合而成，碳支撑材料为石墨粉、石墨烯和碳纳米管中的一种或其中几种的组合； 三、将步骤二得到浆料均匀涂于经步骤一处理后的背板的表面，涂覆厚度5?200μ m ; 四、将经步骤三处理后的组件放置在室温条件下0.5?2h自然固化，或者置于烘箱中升温至40?80°C后，保温烘烤0.5?h进行固化，即得散热光伏组件背板。
7.根据权利要求6所述的利用用于光伏组件背板散热的红外散热涂料制备散热光伏组件背板的方法，其特征在于步骤二所述的炭黑的粒度为200?2000目。
8.根据权利要求6或7所述的利用用于光伏组件背板散热的红外散热涂料制备散热光伏组件背板的方法，其特征在于步骤二所述的碳支撑材料的粒度为200?2000目。
9.根据权利要求6或7所述的利用用于光伏组件背板散热的红外散热涂料制备散热光伏组件背板的方法，其特征在于所述粘结剂为环氧树脂或酚醛树脂。
10.根据权利要求6或7所述的利用用于光伏组件背板散热的红外散热涂料制备散热光伏组件背板的方法，其特征在于所述溶剂为酒精、丙酮或水。
【文档编号】C09D5/00GK104231701SQ201410525613
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】赵丽丽, 吕铁铮, 刘馨阳, 王昱璎, 崔璨 申请人:哈尔滨工业大学