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摘要：本文主要討論了一種基于GMA丙烯酸體系的新型丙烯酸粉末涂料以及它在光伏面板組件中的應(yīng)用。這種丙烯酸粉末的透光率達(dá)到94%，透明度堪比玻璃。20min 170℃能夠完全固化成型。
這種粉末具有優(yōu)異的耐候性能和耐濕熱性能，3000hUVB照射后色差小于1.5，保光率大于95%，達(dá)到戶外20年的耐候級(jí)別，濕熱1000h后的色差小于1.5，保光率大于90%。
這種新型的粉末涂料在粉末涂料界，無論是原材料上，技術(shù)上，工藝上，還是應(yīng)用上，都是一次全新的嘗試，是對(duì)粉末涂料的研發(fā)，制造，性能和應(yīng)用的重大突破。
在當(dāng)前社會(huì)，能源矛盾與環(huán)境問題越來越凸顯，發(fā)展各類清潔能源是必然趨勢(shì)。近年來，光伏行業(yè)快速發(fā)展，技術(shù)更新逐步加快，目前光伏行業(yè)正向產(chǎn)品多元化發(fā)展，高可靠性、高功率、低安裝成本的各種功能組件研究開發(fā)已成為光伏組件發(fā)展的一種方向。
傳統(tǒng)玻璃光伏組件其重量每平方米達(dá)到10kg以上，加上安裝支撐結(jié)構(gòu)，光伏組件每平方米的重量至少達(dá)到12kg以上。當(dāng)其應(yīng)用在建筑物頂部或墻面等場(chǎng)合中，對(duì)光伏組件的支撐結(jié)構(gòu)提出了較高的要求，增加了工程建設(shè)難度以及安裝的成本。
具體表現(xiàn)為：在建筑物頂部或墻面安裝過程中，存在重量重，安裝勞動(dòng)強(qiáng)度大，實(shí)施困難；特別在有一些場(chǎng)合由于建筑承重載荷的限制，導(dǎo)致無法安裝光伏組件。
因此，有必要尋求一種光伏組件用新型封裝材料來解決現(xiàn)有光伏組件封裝結(jié)構(gòu)中存在的封裝材料重量重的問題。此新型材料應(yīng)具有重量輕，易折彎，不易破碎等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又滿足抗紫外、抗老化、抗沖擊、防火等光伏行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
圖1 封裝材料結(jié)構(gòu)示意圖
將粉末涂料不經(jīng)過噴涂成膜而是直接通過熱壓成型，制成透明、耐候、耐水、耐化學(xué)品，而又柔軟輕薄的封裝材料，替代傳統(tǒng)的玻璃，是一個(gè)很好的選擇。
經(jīng)過多次論證和前期理論研究，我們決定采用丙烯酸體系來開發(fā)這個(gè)產(chǎn)品。丙烯酸粉末涂料透明度高，耐候性好，耐化學(xué)性能好，浸潤(rùn)性好，反應(yīng)活性高等優(yōu)點(diǎn)，可以符合太陽能行業(yè)的要求。
由于市面上的絕大多數(shù)粉末涂料用丙烯酸樹脂都是針對(duì)于汽車輪轂行業(yè)的，其耐候性，耐化學(xué)品性，反應(yīng)活性等均不符合太陽能行業(yè)的要求。我們聯(lián)合國內(nèi)專業(yè)丙烯酸樹脂供應(yīng)商，為太陽能行業(yè)特別開發(fā)了專用的丙烯酸樹脂。
經(jīng)過不懈努力，丙烯酸產(chǎn)品已經(jīng)通過客戶穩(wěn)定批量生產(chǎn)，客戶使用后反饋性能穩(wěn)定，各項(xiàng)性能指標(biāo)都能滿足光伏行業(yè)的封裝標(biāo)準(zhǔn)要求。
其中透光率達(dá)到94%，170℃下能夠完全固化成型，3000小時(shí)UVB照射后色差小于1.5，保光率大于95%，達(dá)到戶外20年的耐候級(jí)別，濕熱1000小時(shí)后的色差小于1.5，保光率大于90%，急凍測(cè)試和冷熱循環(huán)測(cè)試后的力學(xué)性能均達(dá)到光伏行業(yè)要求。
結(jié)果與討論
光伏組件用丙烯酸樹脂是GMA型的丙烯酸樹脂，這種樹脂具有透明度好，反應(yīng)活性大，粘度低等優(yōu)點(diǎn)，非常符合太陽能光伏面板的應(yīng)用需求。
透明度方面，客戶使用結(jié)果表明，丙烯酸粉末層壓出來的組件透明度相當(dāng)高，透光率達(dá)到94%，跟光伏常規(guī)玻璃面板的透光率一致，光電轉(zhuǎn)化效率也跟常規(guī)玻璃組件無異。
由于光伏組件里面還有其他組分，這些組分不耐高溫，當(dāng)層壓溫度高于170℃以后，這些組分便開始不穩(wěn)定并分解，所以用于光伏組件的粉末涂料體系必須能夠在170度以下固化成型。
光伏組件用丙烯酸粉末在170℃20分鐘的固化條件下可以完全固化成型，170℃的膠化時(shí)間大約在270秒左右，反應(yīng)速度較快。同時(shí)粉末又必須跟其他組分之間有很好的相容性，結(jié)合力和浸潤(rùn)性，使得組件不會(huì)在使用過程中脫開。
這個(gè)用于光伏組件的丙烯酸粉末在170℃下具有很好的流動(dòng)性，斜流長(zhǎng)達(dá)230毫米，可以很好的浸潤(rùn)和包覆基材。光伏組件用丙烯酸粉末具有比較好的機(jī)械性能，固化以后有一定的彎曲性和韌性，能夠讓組件應(yīng)用于不同的建筑物外立面上，大大拓展了光伏組件的應(yīng)用范圍。
表2 光伏組件用丙烯酸粉末的基本性能
太陽能光伏應(yīng)用對(duì)光伏組件的耐候要求非常的高，因?yàn)榻M件需常年經(jīng)受太陽的暴曬，特別是在那些光能豐富的地區(qū)，如沙漠、戈壁，太陽暴曬時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)度大，如果沒有優(yōu)異的耐候性能，組件在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)透明度下降，失光，變黃甚至粉化。
光伏組件用丙烯酸粉末具有非常優(yōu)異的耐候性能，在1500小時(shí)UVB照射之后，色差小于0.5，保光率接近100%，這已經(jīng)優(yōu)于市面上絕大部分的丙烯酸粉末，包括汽車用丙烯酸粉末。
在3000小時(shí)的UVB照射之后，色差小于1.5，保光率仍然接近100%，這已經(jīng)達(dá)到了氟碳粉末的耐候性能，高于市面上所有的丙烯酸類產(chǎn)品。
表3 光伏組件用丙烯酸粉末的耐候性能-UVB測(cè)試
氙燈測(cè)試也表明，在1500小時(shí)氙燈照射之后，色差小于0.5，保光率接近100%，性能優(yōu)異。在3000小時(shí)氙燈之后，色差僅為1左右，保光率仍然高于90%，也接近氟碳粉末的性能。綜上所述，這個(gè)產(chǎn)品可以滿足太陽能光伏應(yīng)用的20年戶外的耐候要求。
表4 光伏組件用丙烯酸粉末的耐候性能-氙燈測(cè)試
太陽能光伏面板需放置在室外常年的風(fēng)吹雨淋，特別是在夏天，濕度大，氣溫高，所以光伏面板組件對(duì)耐高溫高濕的要求也非常高。通常的粉末涂料體系，如聚酯類的，耐濕熱性能都不太好，特別是變色問題，通常在高溫高濕測(cè)試之后，涂膜黃變嚴(yán)重。
丙烯酸體系本身就具有良好的耐濕熱性能，而這個(gè)光伏組件專用丙烯酸樹脂又是經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，在單體選擇和合成工藝上都避免了會(huì)引起濕熱黃變的因素。
另一方面，在粉末涂料的配方設(shè)計(jì)中也避免引入容易黃變的原材料，使得這個(gè)粉末耐濕熱性能相當(dāng)優(yōu)異。在85℃，85%相對(duì)濕度的條件下儲(chǔ)存1000小時(shí)后色差僅為1.3，保光率95%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于聚酯等其他體系，并且也優(yōu)于絕大部分丙烯酸體系的產(chǎn)品。
表5 光伏組件用丙烯酸粉末的耐濕熱性能
結(jié)語
基于GMA丙烯酸體系的粉末涂料在各個(gè)方面都適用于光伏面板組件的應(yīng)用。170℃下能夠完全固化成型，可以滿足光伏組件不能高溫加工的要求。透明度好，透光率達(dá)到94%，跟玻璃一致。
光伏組件用丙烯酸粉末具有良好的耐候性能和耐濕熱性能。3000小時(shí)UVB照射后色差小于1.5，保光率大于95%，達(dá)到戶外20年的耐候級(jí)別，濕熱1000小時(shí)后的色差小于1.5，保光率大于90%，可以滿足太陽能面板行業(yè)對(duì)耐候和耐濕熱的苛刻要求。
傳統(tǒng)粉末涂料應(yīng)用于太陽能光伏行業(yè)，無論從原材料上，技術(shù)上，工藝上，還是應(yīng)用上，對(duì)于粉末涂料來說，都是一次全新的嘗試，是對(duì)粉末涂料的研發(fā)，制造，性能和應(yīng)用的重大突破。
這種跨界的拓展給粉末涂料這個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)注入了新的活力，也給了很多很好的啟示，也許粉末涂料這種材料完全可以在涂料之外的領(lǐng)域也取得很好的應(yīng)用，對(duì)于粉末涂料的應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域，我們必將重新思考，積極探索，努力開拓。