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CN113088116A - 具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板及其生产方法、彩色太阳能光伏组件 - Google Patents

具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板及其生产方法、彩色太阳能光伏组件 Download PDF

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CN113088116A CN202110282120.5A CN202110282120A CN113088116A CN 113088116 A CN113088116 A CN 113088116A CN 202110282120 A CN202110282120 A CN 202110282120A CN 113088116 A CN113088116 A CN 113088116A
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Abstract

本发明公开了一种具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板及其生产方法、彩色太阳能光伏组件，生产方法包括以下步骤：将UV彩色钢化涂料涂布于光伏玻璃面板上，并对光伏玻璃面板进行预热；预热后采用紫外光照射UV彩色钢化涂层；采用激光束对初步固化后的UV彩色钢化涂层进行倾斜打孔或划线，使UV彩色钢化涂层形成蜂窝状结构；对打孔后的UV彩色钢化涂层进行高温钢化，形成具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板；以原料的质量百分比计，所述的UV彩色钢化涂料包括：热塑性聚合物8‑25％；低粘度光活性稀释剂10‑25％；光敏剂1‑3％；透明玻璃熔剂50‑65％；无机颜料0.1‑15％；流平剂0.01‑3％。本发明的太阳能玻璃面板的涂层抗冲击性能优异，并且具有较高的透光率。

Description

具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板及其生产方法、 彩色太阳能光伏组件
技术领域
本发明涉及太阳能光伏领域，尤其涉及一种具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板及其生产方法、彩色太阳能光伏组件。
背景技术
大力发展太阳能光伏发电是减少碳排放、实现碳中和的重要路径之一。
硅晶太阳能光伏电池占市场主流。硅晶太阳能光伏电池的传统结构，从外往内由光伏玻璃、光伏胶膜、单晶硅或多晶硅太阳能电池片、光伏胶膜和光伏背板组成，采用铝合金边框固定。
由于单晶硅或多晶硅太阳能电池片呈深蓝色或黑色，所以硅晶太阳能光伏电池也呈深色。
分布式太阳能主要安装在人口密集的城市住宅、厂房、商用建筑的屋顶和玻璃幕墙，常见的蓝黑色或黑色硅晶太阳能光伏电池外观与周边的环境极不协调，仅有发电功能，无法满足人们对环境的审美需求，造成了城市光污染，限制了分布式硅晶太阳能屋顶、幕墙的市场推广。
太阳能屋顶或幕墙玻璃作为建筑物室外环境的一部分，必须满足发电功能与美观度双重需求。太阳能产品正在走向高功率、低成本化、艺术化，成为美丽环境的一部分，美观度是发展太阳能的最重要指标之一。
如何让蓝黑色光伏组件呈现出亮丽的色彩，不降低透光率，不影响光电转换效率，同时满足25年户外耐候苛刻要求，已经成为分布式太阳产品发展的巨大技术障碍。
彩色光伏玻璃表面的涂层可分为低温有机涂层和高温钢化无机涂层两类，各有其优缺点。
低温彩色涂层主体树脂属于有机成分，优点是透光率高，耐酸性能优异，环保、高效。例如公开号为CN110437676A和CN110606668A的中国专利文献分别公开了一种随景变色油墨和一种双重固化型随景变色太阳能玻璃面板的生产方法，其中的涂料均为低温彩色涂料。低温彩色涂层的缺点是涂层硬度偏低，耐候性差，耐摩擦性能差，无法用于光伏组件玻璃外表面，经不起风沙、冰雹等的机械撞击和摩擦，只能用于玻璃的内表面装饰。
传统的高温钢化玻璃涂层主要由无机颜料及玻璃熔剂组成，都为无机成分，优点突出，缺点也很明显。优点是遮盖力强，耐候性好，装饰性佳，有与钢化玻璃同样的高硬度，表面涂层刀刮不掉，抗冲击性能优异，适合于光伏玻璃外表面装饰，能够经得起风沙及冰雹等物体的冲击；缺点是无机涂层透光率很低，有的钢化涂层根本不透光，透光率最高只有百分之几，用于彩色太阳能玻璃面板装饰时，光伏组件的光电转换效率几乎为零，没有实际应用价值。
因此有必要研发高透光、高硬度、色彩丰富、高透光率、能够抗风沙冲击的高温钢化型彩色光伏玻璃产品。
发明内容
本发明提供了一种具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板及其生产方法，该太阳能玻璃面板具有高强度的彩色钢化涂层，涂层抗冲击性能优异，并且该太阳能玻璃面板具有较高的透光率，可大大提高光伏组件的光电转换效率。
本发明的技术方案如下：
一种具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板的生产方法，包括以下步骤：
(1)将UV彩色钢化涂料涂布于光伏玻璃面板上，并对光伏玻璃面板进行预热；
(2)预热后采用紫外光照射UV彩色钢化涂层，对UV彩色钢化涂层进行初步固化；
(3)采用激光束对初步固化后的UV彩色钢化涂层进行倾斜打孔或划线，形成透光孔或沟槽，使UV彩色钢化涂层形成蜂窝状结构；
(4)对打孔后的UV彩色钢化涂层进行高温钢化，形成具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板；
以原料的质量百分比计，所述的UV彩色钢化涂料包括：热塑性聚合物8-25％；低粘度光活性稀释剂10-25％；光敏剂1-3％；透明玻璃熔剂50-65％；无机颜料0.1-15％；流平剂0.01-3％。
本发明中，由于UV彩色钢化涂层中的透光孔或沟槽与太阳能玻璃表面成一定倾斜角度，创造性地解决了产品美观度与透光率无法统一的矛盾，即在不改变产品美观度的同时，使太阳光能够最大限度地透过涂层透光孔，直接照射到电池片表面，显著提高了彩色钢化涂层的透光率和太阳能产品的光电转换效率。
通过控制透光孔的孔径和密度，能够平衡不同颜色涂层之间的透光率偏差，使涂层透光率不受色彩限制，在保证透光率的前提下，拓宽了太阳能产品的色彩选择范围，可有效降低光伏产品发生热斑效应，从而降低烧毁光伏组件的概率。
本发明的太阳能玻璃面板上的涂层为钢化涂层，与钢化玻璃具有同样的高硬度，抗冲击性能优异，适用于太阳能玻璃外表面的装饰，能够经得起风沙及冰雹等物体的冲击。
本发明的UV彩色钢化涂料中，所述的热塑性聚合物为甲基丙烯酸丁酯共聚物和/或醋酸丁酸纤维素树脂；所述的甲基丙烯酸丁酯共聚物的重均分子量为15000-200000，酸值≤3mgKOH/g，玻璃化温度为30-35℃。
所述的甲基丙烯酸丁酯共聚物可以选择广州优丽可化工有限公司的 B-3310、B-3227、B-3131、B-3138等；所述的醋酸丁酸纤维素树脂可以选择伊斯曼公司的CAB381-0.5、CAB551-0.01等。
所述的低粘度光活性稀释剂主要用于溶解热塑性聚合物，调节涂料的粘度和涂料固化膜性能。所述的低粘度光活性稀释剂为官能度为1-3的低粘度光敏性(甲基)丙烯酸酯类单体中的至少一种。
优选的，所述的低粘度光活性稀释剂为丙烯酸异冰片酯(IBOA)、甲基丙烯酸异冰片酯(IBOMA)、1,6己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(EOEOEA)和三乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 (TMP(3EO)TA)中的至少一种。
所述的光敏剂选用常规市售光敏剂即可。优选的，所述的光敏剂为1- 羟基环己基苯甲酮(184)、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173)和2,4,6- 三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)中的至少一种。
所述的透明玻璃熔剂为耐酸的无铅透明玻璃粉末，密度为2.3-2.8g/cm3，钢化温度为680-720℃，膨胀系数为80-89，细度≤10微米，折射率为1.84- 1.68。
所述的透明玻璃熔剂可选德国福禄公司的107611、14001，昆山景亮公司的M200、N200等。
所述的无机颜料为耐高温无机颜料、耐高温珠光颜料、彩色岩片和钛白粉中的至少一种。耐高温颜料能够经得起高温钢化过程而不发生颜色变化。
所述的耐高温无机颜料可选择苏州福禄公司的BK26、YELLOW53、 BLUE36、YELLOW16、铜铬黑BLACK9428A、钴蓝BLUE6036A、铋黄 YELLOW Y-050等。
所述的流平剂为具有流平功能的有机硅助剂。优选的，所述的流平剂为迪高公司的迪高2700、迪高2650，毕克公司的BYK-354、BYK-3500、 BYK-3510中的至少一种。
低温加热涂布了UV彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板可加速涂料的流平、消除涂层中的气泡。
优选的，步骤(1)中，预热温度为35-100℃，预热时间为0.2-10min。预热温度太高，会导致涂层少量成分挥发，涂层容易出现缩孔；预热温度太低，涂料粘度较大，不利于涂料流平、气泡消除和片状颜料排列。进一步优选的，预热温度为50-80℃。
对预热好的UV彩色钢化涂层照射紫外光，使液体涂层内物质发生辐射聚合或辐射交联等光固化反应，让UV彩色钢化涂层快速干燥固化。
紫外光照能量太小，涂层固化不彻底，表面硬度低，耐水性等综合性能差；光照能量太大，固化膜发脆，涂层会发生黄变，还会导致太阳能超白玻璃泛黄，从而影响透光率和光电转换效率。
优选的，步骤(2)中，照射的紫外光的波长为300-420nm；紫外光照射的能量为150-1500毫焦/平方厘米。
不同的涂层厚度，不同的颜色，固化涂层所需的UV光能量各不一样。优选的，步骤(2)中，紫外光照射的能量为150-1100毫焦/平方厘米。
采用激光束对初步固化后的UV彩色钢化涂层进行倾斜打孔或划线，是指用一定波长、能量和一定的角度的激光束刻蚀初步固化后的UV彩色钢化涂层，在UV彩色钢化涂层表面形成倾斜的呈蜂窝状排列的透光孔或沟槽，让照射在电池片上的太阳光通量尽可能大。
优选的，步骤(3)中，激光束与光伏玻璃面板平面之间的角度为15- 90°；进一步优选为30-75°。
优选的，步骤(3)中，所述的激光束的波长为1064nm、532nm或355nm；所述的激光束的功率为5-25W。
在实际生产中，根据涂层厚度与成分的不同、透光率及倾斜角度要求，选择最佳打孔或划线条件。
激光倾斜打孔或划线时，孔或沟槽数越多，孔径或沟槽宽度越大，透光面积越大，透光率越高，UV彩色涂层的颜色越淡；反之，透光率低，颜色越浓。
通常透光孔的孔径为5-20μm；沟槽的宽度为5-20μm；透光孔或沟槽总面积为UV彩色钢化涂层总面积的5-80％。
优选的，透光孔的孔径为10-15μm；沟槽的宽度为10-15μm；透光孔或沟槽总面积为UV彩色钢化涂层总面积的10-30％。
优选的，所述的UV彩色钢化涂层的厚度为10-50μm；所述的透光孔或沟槽的深度为10-50μm。
本发明中，UV彩色钢化涂层可以采用多种方式涂布，如丝网印刷、辊涂、淋涂、喷涂等。所述丝网印刷是指采用80-300目、丝径25-200μm 的聚酯丝网，65-85度刮板印刷UV彩色涂料，印刷墨层厚度10-50μm。
优选的，所述的UV固化彩色涂层采用丝网印刷；所述丝网为100-200 目丝径30-50μm的聚酯丝网。
所述的高温钢化是指将激光打孔后的光伏玻璃面板送入钢化炉进行高温钢化或半钢化。高温钢化温度为650-720℃，高温钢化时间为80-230s。
钢化好的光伏玻璃面板，远看色彩均匀一致，近距离观看，UV彩色钢化涂层表面分布许多倾斜的透光小孔，保证光伏组件有足够高的透光率。
基于同样的发明构思，本发明还提供了一种采用上述生产方法生产的具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板。
基于同样的发明构思，本发明还提供了一种彩色太阳能光伏组件，包括上述具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板。
在安装所述的彩色太阳能光伏组件时，使透光孔或沟槽的开孔方向朝向太阳，使太阳光能够最大限度地透过涂层透光孔，直接照射到电池片表面，从而显著提高了太阳能光伏组件的光电转换效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的生产方法利用激光束在初步固化后的UV彩色钢化涂层表面打出与光伏玻璃面板成一定斜角的透光小孔或沟槽，创造性地解决了太阳能产品美观度与透光率无法统一的矛盾，即在不改变产品美观度的同时，使太阳光能够最大限度地透过涂层透光孔，直接照射到电池片表面，显著提高了彩色钢化涂层的透光率和太阳能产品的光电转换效率；
(2)倾斜激光打孔工艺简单、由计算机自动控制打孔倾斜角度、孔径和密度，生产过程无噪声、无污染、速度快、自动化程度高，良品率高；
(3)通过计算机控制蜂窝涂层透光孔的孔径和密度，能够平衡不同颜色涂层之间的透光率偏差，使涂层透光率不受色彩限制，在保证透光率的前提下，拓宽了太阳能产品的色彩选择范围，有效降低了光伏组件发生热斑效应、从而降低烧毁光伏组件的概率；
(4)本发明的UV彩色钢化涂层不含挥发性VOC，具有环保、节能、高效的优势；钢化后的彩色涂层，变成无机成分，不但透光率显著提高，涂层表面硬度与钢化玻璃一样，刀刮不掉，能够经得起风沙、冰雹等恶劣天气侵蚀，户外耐候性能优异。
附图说明
图1为采用本发明太阳能玻璃面板制作的光伏幕墙进行光照发电的示意图。
具体实施方式
实施例1
金色蜂窝状钢化UV涂层配方(原料质量百分比)：
Figure BDA0002978993090000061
Figure BDA0002978993090000071
将上述配方中的B-3310与IBOA在60-80℃条件下搅拌溶解成均匀液体，与其余各组分混合均匀制得彩色UV涂料，用200目丝网印刷上述 UV涂料，即得到厚度20微米彩色涂层；UV光固化，照射能量600毫焦 /平方厘米；用波长532纳米、功率10瓦的绿激光、以与玻璃倾斜45度角进行打孔，孔径15微米，孔与涂层面积比例10％；打孔后的玻璃直接送入钢化炉钢化(780-820℃/220秒)，即制得金色蜂窝状钢化玻璃涂层。远距离观看为色彩均匀一致的金色玻璃，近看表面分布有许多倾斜透光小孔，测定透光率等理化指标，见附表1。
实施例2
蓝色蜂窝状钢化UV涂层配方(原料质量百分比)：
Figure BDA0002978993090000072
将上述配方中的B-3131聚合物与HDDA在60-80℃条件下搅拌溶解成均匀液体，与其余各组分混合均匀制得彩色UV涂料，用200目丝网印刷上述UV涂料，即得到厚度18微米蓝色涂层。UV光固化能量1100毫焦/平方厘米，用波长532纳米、功率10瓦的绿激光、以与玻璃倾斜45度角进行打孔，孔径15微米，孔与涂层面积比例20％，打孔后的玻璃直接送入钢化炉钢化(780-820℃/220秒)，即制得蓝色蜂窝状钢化玻璃涂层，远距离观看为均匀一致的蓝色玻璃，近看表面分布有许多倾斜透光小孔，测定透光率等理化指标，见附表1。
实施例3
白色蜂窝状钢化UV涂料配方(原料质量百分比)：
Figure BDA0002978993090000081
将上述配方中的B-3131聚合物与IBOMA在60-80℃条件下搅拌溶解成均匀液体，与其余各组分混合均匀制得彩色UV涂料；200目丝网上述UV涂料，得到厚度20微米彩色涂层。UV光固化，照射能量1500毫焦/平方厘米。用波长532纳米、功率10瓦的绿激光、以与玻璃倾斜45度角进行打孔，孔径15微米，孔与涂层面积比例25％。打孔后的玻璃直接送入钢化炉钢化(780-820℃/220秒)，即制得白色蜂窝状彩色钢化玻璃面板，远距离观看为色彩均匀一致的白色玻璃，近看表面分布有许多倾斜透光小孔，测定透光率等理化指标，见附表1。
对比例1
无孔金色钢化UV涂层(原料质量百分比)：
Figure BDA0002978993090000082
将实例1中金色涂料用200目丝网版印刷在光伏玻璃表面，即得到厚度20微米彩色涂层，UV光固化，照射能量600毫焦/平方厘米。固化后的金色涂层不打孔，直接送入钢化炉钢化(780-820℃/220秒)，即制得均匀一致的无孔金色钢化玻璃涂层，测定透光率等理化指标，见附表1。
对比例2
无孔蓝色色钢化UV涂层配方(原料质量百分比)：
Figure BDA0002978993090000091
将实例2中的蓝色UV涂料，用200目丝网印刷，得到厚度18微米彩色涂层，直接UV光固化，UV照射能量1100毫焦/平方厘米，固化涂层不打孔，送入钢化炉钢化(780-820℃/220秒)，制得蓝色钢化玻璃面板，测定透光率等理化指标，见附表1。
对比例3
无孔白色钢化UV涂料配方(原料质量百分比)：
Figure BDA0002978993090000092
将实例3中的白色UV涂料，用200目丝网印刷，得到厚度20微米彩色涂层，直接UV光固化，UV照射能量1500毫焦/平方厘米，不打孔送入钢化炉钢化(780-820℃/220秒)，制得色差均匀的白色钢化玻璃面板，测定透光率等理化指标，见附表1。
对实例1-3与对比例1-3UV彩色钢化涂层进行性能测试，测试结果见表1。
表1
Figure BDA0002978993090000101
图1为采用本发明太阳能玻璃面板制作的光伏幕墙进行光照发电的示意图，太阳光能够最大限度地透过涂层透光孔，直接照射到电池片表面，从而显著提高了太阳能光伏组件的光电转换效率。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将UV彩色钢化涂料涂布于光伏玻璃面板上，并对光伏玻璃面板进行预热；
(2)预热后采用紫外光照射UV彩色钢化涂层，对UV彩色钢化涂层进行初步固化；
(3)采用激光束对初步固化后的UV彩色钢化涂层进行倾斜打孔或划线，形成透光孔或沟槽，使UV彩色钢化涂层形成蜂窝状结构；
(4)对打孔后的UV彩色钢化涂层进行高温钢化，形成具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板；
以原料的质量百分比计，所述的UV彩色钢化涂料包括：热塑性聚合物8-25％；低粘度光活性稀释剂10-25％；光敏剂1-3％；透明玻璃熔剂50-65％；无机颜料0.1-15％；流平剂0.01-3％。
2.根据权利要求1所述的具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板的生产方法，其特征在于，所述的热塑性聚合物为甲基丙烯酸丁酯共聚物和/或醋酸丁酸纤维素树脂；所述的甲基丙烯酸丁酯共聚物的重均分子量为15000-200000，酸值≤3mgKOH/g，玻璃化温度为30-35℃。
3.根据权利要求1所述的具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板的生产方法，其特征在于，所述的低粘度光活性稀释剂为官能度为1-3的低粘度光敏性(甲基)丙烯酸酯类单体中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板的生产方法，其特征在于，所述的透明玻璃熔剂为耐酸的无铅透明玻璃粉末，密度为2.3-2.8g/cm3，钢化温度为680-720℃，膨胀系数为80-89，细度≤10微米，折射率为1.84-1.68。
5.根据权利要求1所述的具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，预热温度为35-100℃，预热时间为0.2-10min。
6.根据权利要求1所述的具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板的生产方法，其特征在于，步骤(3)中，激光束与光伏玻璃面板平面之间的角度为15-90°。
7.根据权利要求1所述的具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板的生产方法，其特征在于，透光孔的孔径为5-20μm；沟槽的宽度为5-20μm；透光孔或沟槽总面积为UV彩色钢化涂层总面积的5-80％。
8.根据权利要求1所述的具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板的生产方法，其特征在于，高温钢化温度为650-720℃，高温钢化时间为80-230s。
9.一种具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的生产方法生产得到。
10.一种彩色太阳能光伏组件，其特征在于，包括如权利要求9所述的具有蜂窝状彩色钢化涂层的太阳能玻璃面板。
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