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高分子材料在太阳能组件中的应用是一个热门话题

AMI2010年4月在科隆举行的聚合物光伏国际会议上,有超过200名注册代表讨论了聚合物材料在太阳能组件生产中的使用。BP太阳能公司回顾了目前的情况,强调了通过使用聚合物降低组件生产成本的机会。聚合物在这一应用中的主要特征是:寿命、可靠性、成本效益、可制造性、使用和处置的安全性以及大量的商业可用性。

作为一个具体的例子,用于太阳能电池的封装剂必须具有:与电池、背板和玻璃的良好附着力;在模块的使用寿命内具有高透光性;耐候性;热塑性材料,可循环利用;模块内惰性(VOC低);良好的防潮层;高的灵活性;火焰蔓延指数小于100;防火性能至少UL960 C类;符合REACH和RoHS标准。 Typical polymers in use in encapsulants are ethylene vinyl acetate (EVA), polydimethylsiloxane (PDMS), polyvinyl butyral (PVB), polyethylene ionomers, polyolefins and thermoplastic polyurethane (TPU). EVA is the dominant material and a high VA content gives good light transmission, however it needs to be crosslinked and has degraded generating acetic acid, with volatiles from decaying peroxide. BP Solar currently uses a special grade of EVA, with a polyester backsheet and high strength frame materials for module packaging.

近年来,由于使用了替代材料,长期经验有限,导致了更多的模块故障。莱茵TUV一直在关注IEC标准和光电聚合物的要求。现场发现的问题包括分层、电弧损伤和局部发热点。实验室测试已经从紫外线预处理和热循环发展到湿热测试。美国保险商实验室(UL)审查了北美市场:模块的出货量从2007年的50万上升到2008年的近100万。标准UL 1703涵盖了聚合物材料:上覆层(模块的顶表面),密封剂,衬底(背板),粘合剂,密封剂和外壳。检查的因素包括冲击和火灾的风险,水暴露和浸泡,紫外线抵抗和热丝点火(HWI)。如果材料是预先认证的,它可以加快上市的时间。

有一种寻找替代材料作为太阳能罩的举措。赢创德固赛的PMMA被用于光伏玻璃:它在户外使用的历史超过70年,透光率92% (2mm DIN 5036)。玻璃与太阳能电池之间采用了专利柔性连接,解决了热膨胀差引起的机械解耦问题。PMMA也用于太阳能聚光器,并作为薄膜光伏的封装剂。Nexolve开发了一种透明的POSS和聚酰亚胺的纳米复合材料。这一新进展通过在暴露后形成自钝化表面层来保护聚酰亚胺不被原子氧降解。这种复合材料目前正在生产,作为一种轻型太阳能罩。

Crystalsol使用CZTS半导体生产单粒太阳能电池。在生产过程中,将薄膜印刷,涂上嵌入半导体粉末,前触点沉积后密封,后触点印刷后密封,全部采用卷对卷工艺。

专业技术资源(STR)从美国,欧洲和亚洲的制造工厂提供封装剂。目前的研究目标是缩短固化时间,提高EVA的尺寸稳定性,使其在模块层压过程中收缩。3S层压试验测试模块的细胞破碎,气泡,凝胶含量,玻璃和背面板附着力。在145C的压板温度下,结果良好。该材料也被测试为薄膜光伏的封装剂。

硅基材料广泛应用于光伏,从晶圆片和钝化涂料,到硅酮密封剂和密封剂。道康宁太阳能解决方案公司提供这种技术。硅胶密封剂具有抗紫外线、耐用、增加透光性(因此效率更高)的特点,而且液体工艺的劳动密集型更低,成本更低。

陶氏化学公司有一种新型的灌封膜,对玻璃的附着力好,水蒸气透过率低,颜色稳定,不固化(熔化温度高),玻璃转变温度低,电绝缘性好。光的传输类似于当前的封装剂。它已经在模块中进行了测试,例如在1000小时的湿热测试中,随后进行了50个循环的热循环和10个循环的湿度冻结。SBM太阳能公司一直在使用这种密封剂的非玻璃模块,是UL认证。

建筑集成光电(BIPV)有很大的潜力,这需要创新的材料:一个趋势是在建筑玻璃中包括光伏。安全玻璃必须符合特定标准,包括飓风对美国的影响。来自Saflex等公司的聚乙烯醇丁醛(PVB)多年来一直被用作汽车玻璃的中间层,最近又被用于薄膜PV应用。因此,PVB在BIPV市场上具有巨大的潜力。

德国朗盛有EVM材料的封装与不同的醋酸乙烯含量。在测试中,材料在UV下固化不超过120s,硅烷增加了附着力。应力-应变特性与标准EVA相似。

密封胶和胶粘剂是光伏组件必不可少的组成部分。Koemmerling Chemische Fabrik比较了硅胶和聚异丁烯(PIB)的水蒸气透过率,发现PIB约为其2000倍(<0.01 g/m2d)。它被用于密封胶,热固性PIB可以用作屋顶膜的柔性PV附件。导电胶粘剂用于薄膜、c-Si组件和浓缩电池组件。汉高提供这种材料,通常是基于环氧树脂,丙烯酸或硅酮,填充导电颗粒。

3S瑞士太阳能系统公司是包括封装设备在内的太阳能组件生产线的领先供应商。2022世界杯美洲区赛程表该公司的目标是开发1GW的生产线,模块周期为5秒。为了实现这一目标,需要对聚合物进行适当的理解和整合。

含氟聚合物用于背板等应用,它们是耐用的、抗紫外线的、层压板的低火焰扩散组件。Krempel已经参与这项技术有一段时间了,使用PVF/PVDF +粘合剂+ PET。该公司测试其模块材料包括UL和IEC标准。Arkema提供Kynar PVDF含氟聚合物薄膜,并强调多种因素的稳定性,包括热,磨损和辐射。它也可以回收。

圣戈班高性能塑料在生产户外用含氟聚合物方面拥有丰富的经验;一个例子是1973年用聚四氟乙烯和FEP建造的拉凡尔纳大学的展馆屋顶。该公司生产含氟聚合物前后板,以及粘接带和EVA封装剂。ETFE或FEP前片作为轻质玻璃的替代品,具有良好的透光性,表面处理促进长期粘附。聚四氟乙烯薄膜正在开发,以改善背板的性能。

杜邦帝进薄膜为光伏应用提供聚酯薄膜。这主要用于具有Tedlar™PVF外层的c-Si模块的背板。PET提供电气绝缘和强度,而氟聚合物提供抗水解和紫外线。有时EVA被用作层压板的内层。PET等级正趋于稳定,朝着全PET背板的方向发展。该公司还在开发用于最新一代II/III薄膜电池的薄膜,作为衬底和封装剂。

太阳能电池板传统上是用铝等材料制成的。巴斯夫正在开发一种聚氨酯产品作为这种应用的替代方案。它具有高的紫外线稳定性,优异的耐候性能,可在标准设备上加工。2022世界杯美洲区赛程表它已经在亚利桑那州等地进行了实地测试。它带来了设计自由,例如太阳能模块可以完全集成在屋顶上。

用于光伏组件的电缆必须在光、热、雨和其他风化条件下工作,市场正在扩大。每块太阳能电池板的发电量在120到230兆瓦之间。PV应用的主要挑战是消防安全和90℃连续工作温度的长期老化。PolyOne生产低烟、低烟、零卤(LSFOH)化合物,用于阻燃电缆绝缘系统,以及有色浓缩物。凯姆勒咨询公司表示,不同地区的PV电缆有不同的要求,如抗害虫、沙漠中的扩展紫外线和热应变。开发人员还需要考虑到电缆的工作电压可能会增加,电缆材料的选择需要考虑到这一点。

关于聚合物在光伏中的下一次会议定于2011年4月12日至14日在德国科隆的Maritim酒店举行。

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