CN113097340A - 具有蜂窝状彩色涂层的太阳能面板及其生产方法、彩色太阳能光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有蜂窝状彩色涂层的太阳能面板及其生产方法、彩色太阳能光伏组件，生产方法包括以下步骤：将UV彩色涂料涂布于透明基底上，并对透明基底进行预热；预热后采用紫外光照射UV彩色涂层，对UV彩色涂层进行初步固化；采用激光束对初步固化后的UV彩色涂层进行倾斜打孔或划线，形成透光孔或沟槽，使UV彩色涂层形成蜂窝状结构；对打孔后的UV彩色涂层进行后固化，形成具有蜂窝状彩色涂层的太阳能面板；以原料的质量百分比计，所述的UV彩色涂料包括：光敏聚合物50‑70％；低粘度光活性稀释剂10‑25％；光敏剂1‑5％；颜料1‑15％；紫外光吸收剂0.5‑2％；流平剂0.01‑3％。本发明的UV彩色涂层具有蜂窝状结构，从而使得太阳能面板的透光率明显提高。
Description
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涂层的太阳能面板及其生产方法、彩色太阳能光伏组件。
背景技术
我国建筑碳排放量占总碳排放量的1/3以上，每年新增建筑面积约20亿平方米。光伏建筑一体化(BIPV)正成为打造绿色建筑的解决方案。
BIPV是将太阳能发电产品集成到建筑上的技术，字面理解就是让建筑自己发电，将光伏电池与建材直接结合成构件，如墙砖、瓦片、幕墙等。BIPV作为未来光伏场景化应用发展的最佳路线之一，对于实现建筑“净零排放”、实现“负碳建筑”，具有重要示范和推广意义。
由于太阳能电池片呈深蓝色或黑色，所以太阳能组件也呈深色。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，同时满足户外耐候苛刻要求，已经成为BIPV发展的技术障碍。
公开号为CN110437676A的中国专利文献分别公开了一种随景变色油墨，包括7～30重量份光敏聚合物、8～20重量份光活性单体、1～5重量份光敏剂、30～55重量份耐候性树脂、1～10重量份固化剂、1～15重量份珠光颜料。珠光颜料为具有耐候性能的干涉类珠光颜料中的至少一种，干涉类珠光颜料本身并没有什么颜色，每一片珠光颜料都可以视为一个微型三棱镜，能够把白色复合光分解成五颜六色的单色光，从而使印刷油墨涂层呈现出美丽的珍珠光泽和金属光泽。
公开号为CN110606668A的中国专利文献分别公开了一种双重固化型随景变色太阳能玻璃面板的生产方法，包括以下步骤：将随景变色油墨涂布于太阳能玻璃面板上，先低温预热，再用紫外光照射进行光固化，最后采用IR红外线加热进行后固化，得到随景变色太阳能玻璃面板，随景变色油墨的成分及其重量份包括7～30份光敏聚合物、8～20份光活性单体、1～5份光敏剂、30～55份耐候性树脂、1～10份固化剂、1～15份珠光颜料、0～3份附着力促进剂、0～3份紫外光吸收剂、0～1份消泡剂。
现有公开的彩色太阳能专利技术，要么透光低，严重影响发电效率；要么不同颜色涂层之间的透光率差别较大，容易产生热斑效应，烧毁太阳能组件；要么涂层无法遮盖电池片黑底，美观度不佳，因此有必要研发色彩更加丰富、更高透光率的光伏产品。
发明内容
本发明提供了一种具有蜂窝状彩色涂层的太阳能面板的生产方法，通过对彩色涂层进行激光打孔或划线，把彩色涂层变成高透光的蜂窝状结构，从而使得太阳能面板的透光率明显提高。
本发明的技术方案如下：
一种具有蜂窝状彩色涂层的太阳能面板的生产方法，包括以下步骤：
(1)将UV彩色涂料涂布于透明基底上，并对透明基底进行预热；
(2)预热后采用紫外光照射UV彩色涂层，对UV彩色涂层进行初步固化；
(3)采用激光束对初步固化后的UV彩色涂层进行或划线，形成透光孔或沟槽，使UV彩色涂层形成蜂窝状结构；
(4)对打孔后的UV彩色涂层进行后固化，形成具有蜂窝状彩色涂层的太阳能面板；
以原料的质量百分比计，所述的UV彩色涂料包括：光敏聚合物50-70％；低粘度光活性稀释剂10-25％；光敏剂1-5％；颜料1-15％；紫外光吸收剂0.5-2％；流平剂0.01-3％。
所述的透明基底为光伏玻璃面板或透明塑料薄膜。基底为透明塑料薄膜时，制备的太阳能面板可用于制备柔性彩色太阳能光伏组件。
本发明中，由于UV彩色涂层中的透光孔或沟槽与基底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后沟槽，直接照射到电池片表面，显著提高了UV彩色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，从而减少烧毁光伏组件的概率。
本发明的UV彩色涂料中，所述的光敏聚合物为带有活性异氰酸酯基(NCO)的聚氨酯丙烯酸酯；所述的光敏聚合物中，异氰酸酯基团的含量为3-13.5％，官能度为1-6。
该光敏聚合物具有双重固化功能，既可UV光固化，又能够湿气固化，尤其适合于高颜料含量、厚涂层、UV光照不透的涂层，涂层底层可自行固化，保证了UV彩色涂层对玻璃具有优异的附着牢度、耐候、耐盐雾、耐高低温性能。
优选的，所述的光敏聚合物为广州五行材料科技有限公司的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯W2395(NCO＞11.5％，官能度1-2)、W23951(NCO＞8％，官能度1-2)、W2396(NCO＞8.5％，官能度2-3)中的至少一种。
所述的低粘度光活性稀释剂为不含羟基的低粘度丙烯酸酯单体和低粘度光敏性树脂中的至少一种；所述的低粘度光活性稀释剂的官能度为1-15。
所述的低粘度光活性稀释剂主要用于调节UV固化彩色涂料的粘度和涂料固化膜性能，储存过程中不与光敏树脂中的NCO发生反应。
优选的，所述的低粘度光活性稀释剂为丙烯酸异冰片酯(IBOA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(EOEOEA)、三乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMP(3EO)TA)、广州五行材料科技有限公司的低粘度有机无机杂化聚氨酯丙烯酸酯W998、广州五行材料科技有限公司的低粘度高官能聚氨酯丙烯酸酯W9962和中山千佑化学材料有限公司的低粘度聚氨酯丙烯酸酯US012中的至少一种。
所述的光敏剂可选择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。
所述的颜料为耐候性无机颜料或有机颜料中的至少一种。可以是透明的，如彩色珠光粉、彩色岩片等；也可以是不透明的金属颜料片状铝粉、铜粉、无机矿物质颜料等。
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彩色涂层的太阳能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彩色涂层，在UV彩色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，选择最佳打孔条件。
激光倾斜打孔或划线时，孔数或沟槽越多，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彩色涂层总面积的10-30％。
优选的，所述的UV固化彩色涂层的厚度为8-50μm；所述的透光孔或沟槽的深度为8-50μm。
本发明中，UV固化彩色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8-50μm。
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。
步骤(4)中，所述的后固化为：
室温下，将打孔后的UV彩色涂层放置在湿度为55-80％RH的空气中24-72h；或，对打孔后的UV彩色涂层进行IR加热；IR加热温度为80-200℃，IR加热时间为3-20min；湿度为55-80％RH。
本发明中，所述的UV彩色涂料具有紫外光固化和湿气固化双重固化特性，在紫外光固化并打孔后，UV彩色涂层可在一定湿度范围内，室温下自然放置24-72h后，UV彩色涂层中的活性基团与空气中的湿气充分反应，可有效改善UV彩色涂层对玻璃的附着牢度、耐水性能、耐湿热等性能。为了加快后固化速度及增强后固化效果，还可以对玻璃面板采用IR加热进行后固化。
IR加热温度和时间都会影响UV彩色涂层的综合性能，温度低于80℃时，性能改善不明显，而温度高于200℃时，会导致涂层变黄老化。
优选的，IR加热温度为120-180℃，IR加热时间为3-10min。
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涂层的太阳能面板。
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涂层的太阳能面板。
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或沟槽，直接照射到电池片表面，显著提高了UV彩色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彩色涂层不含挥发性VOC，具有环保、节能、高效的优势。
附图说明
图1为具有蜂窝状彩色涂层的太阳能面板的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
蜂窝状金色UV涂层配方(原料质量百分比)：
将上述配方中各组分搅拌均匀，采用200目丝网版在光伏玻璃表面印刷上述彩色涂料，即得到厚度25微米彩色涂层；50℃预热30秒，使涂层充分消泡流平；UV光固化，照射能量800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％；打孔后的玻璃室温放置18小时自然干燥，即制得蜂窝状金色太阳能玻璃面板。远距离观看为色彩均匀一致金色玻璃，测定透光率等理化指标，见附表1。
实施例2
蜂窝状银色UV涂层配方(原料质量百分比)：
将上述配方中各组分搅拌均匀，采用辊涂法在光伏玻璃表面涂布厚度18微米彩色涂层；50℃预热30秒，使涂层充分消泡流平；UV光固化，照射能量600毫焦/平方厘米；光固化后的玻璃用波长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％；打孔后的玻璃室温放置24小时使涂层进一步干燥固化，即制得蜂窝状银色太阳能玻璃面板。远距离观看为均匀一致的银色涂层，近看涂层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
蜂窝状白色UV涂层配方(原料质量百分比)：
将上述配方中各组分搅拌均匀，采用200目丝网版在光伏玻璃表面印刷上述彩色涂料，即得到厚度22微米彩色涂层；50℃预热30秒，使涂层充分消泡流平；UV光固化，照射能量1000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25％；打孔后的玻璃室温放置36小时自然干燥固化，即制得白色蜂窝状玻璃涂层，远距离观看为色彩均匀一致的白色玻璃，近看涂层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UV涂层配方(原料质量百分比)：
将上述配方的各组分搅拌均匀，采用200目丝网版在光伏玻璃表面印刷上述彩色涂料，即得到厚度25微米彩色涂层；50℃预热30秒，使涂层充分消泡流平；UV光固化，照射能量800毫焦/平方厘米；UV涂层不经打孔直接室温放置18小时自然干燥固化，即制得无孔金色太阳能玻璃面板，测定透光率等理化指标，见附表1。
对比例2
无孔银色UV涂层配方(原料质量百分比)：
将上述配方中各组分搅拌均匀，采用辊涂法在光伏玻璃表面涂布厚度18微米彩色涂层；50℃预热30秒，使涂层充分消泡流平；UV光固化，照射能量600毫焦/平方厘米；光固化后的玻璃室温放置24小时使涂层进一步干燥固化，即制得无孔银色太阳能玻璃面板，测定透光率等理化指标，见附表1。
对比例3
无孔白色UV涂层配方(原料质量百分比)：
将上述配方中各组分搅拌均匀，采用200目丝网版在光伏玻璃表面印刷上述彩色涂料，即得到厚度22微米彩色涂层；50℃预热30秒，使涂层充分消泡流平；UV光固化，照射能量1000毫焦/平方厘米。光固化后的玻璃室温放置36小时自然干燥固化，即制得无孔白色太阳能玻璃面板，测定透光率等理化指标，见附表1。
对实例1-3与对比例1-3的UV涂层性能进行测试，测试结果见表1。
表1
图1为具有蜂窝状彩色涂层的太阳能玻璃面板的结构示意图；利用激光束在玻璃涂层表面打出与玻璃成一定斜角透光小孔。
由表1可知，本发明在不改变产品美观度的同时，大大提高了太阳能玻璃面板的透光率。
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涂层的太阳能面板的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将UV彩色涂料涂布于透明基底上，并对透明基底进行预热；
(2)预热后采用紫外光照射UV彩色涂层，对UV彩色涂层进行初步固化；
(3)采用激光束对初步固化后的UV彩色涂层进行倾斜打孔或划线，形成透光孔或沟槽，使UV彩色涂层形成蜂窝状结构；
(4)对打孔后的UV彩色涂层进行后固化，形成具有蜂窝状彩色涂层的太阳能面板；
以原料的质量百分比计，所述的UV彩色涂料包括：光敏聚合物50-70％；低粘度光活性稀释剂10-25％；光敏剂1-5％；颜料1-15％；紫外光吸收剂0.5-2％；流平剂0.01-3％。
2.根据权利要求1所述的具有蜂窝状彩色涂层的太阳能面板的生产方法，其特征在于，所述的光敏聚合物为带有活性异氰酸酯基的聚氨酯丙烯酸酯；所述的光敏聚合物中，异氰酸酯基团的含量为3-13.5％，官能度为1-6。
3.根据权利要求1所述的具有蜂窝状彩色涂层的太阳能面板的生产方法，其特征在于，所述的低粘度光活性稀释剂为不含羟基的低粘度丙烯酸酯单体和低粘度光敏性树脂中的至少一种；所述的低粘度光活性稀释剂的官能度为1-15。
4.根据权利要求1所述的具有蜂窝状彩色涂层的太阳能面板的生产方法，其特征在于，所述的光敏剂为1-羟基环己基苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮和2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的具有蜂窝状彩色涂层的太阳能面板的生产方法，其特征在于，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。
6.根据权利要求1所述的具有蜂窝状彩色涂层的太阳能面板的生产方法，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涂层的太阳能面板的生产方法，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涂层的太阳能面板的生产方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的后固化为：
室温下，将打孔后的UV彩色涂层放置在湿度为55-80％RH的空气中24-72h；或，对打孔后的UV彩色涂层进行IR加热；IR加热温度为80-200℃，IR加热时间为3-20min；湿度为55-80％RH。
9.一种具有蜂窝状彩色涂层的太阳能面板，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涂层的太阳能面板。
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