專利名稱：一種光伏模塊及用于支撐光伏太陽能模塊的構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光伏模塊的組成構(gòu)件。
背景技術(shù)：
能夠?qū)⑻柲苤苯愚D(zhuǎn)換成電能的光伏模塊可以滿足環(huán)保和節(jié)約不可再生能源的需要。然而，光伏模塊的普及取決于它的成本效益，包括光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，光伏模塊的生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝成本和光伏模塊的使用壽命。一個(gè)光伏模塊一般由以下組件構(gòu)成:前板、背板、位于其中的一個(gè)或多個(gè)相互連接的光伏電池、封裝材料以及用于進(jìn)一步保護(hù)和/或支撐光伏模塊的構(gòu)件。前板一般由透明的玻璃制成，特別合適的是對(duì)波長位于300nm和1150nm之間的光波有較好透光率的低鐵含量的鋼化玻璃。光伏電池一般由單晶或多晶硅制備。封裝材料將前板、背板、光伏電池等組件粘結(jié)在一起。常用的封裝材料包括乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA(ethylene_vinyl acetate)),它的作用是阻隔氧氣和水分對(duì)光伏電池中金屬觸點(diǎn)的腐蝕。一旦金屬觸點(diǎn)遭到損壞，所有串聯(lián)在一起的光伏電池都會(huì)遭到破壞。背板不但能保護(hù)光伏電池和封裝材料免受氧氣和水分的侵蝕，還能保護(hù)它們不被劃傷以及作為電絕緣體。玻璃及復(fù)合材料都可作為背板，其中最常用的是聚氟乙烯復(fù)合膜。CN102097504公開了一種光伏模塊的支撐框架，該框架是由鋁制成的。鋁制框架易被腐蝕，同時(shí)較為沉重，從而增加了運(yùn)輸和安裝的成本。US4, 830, 038和US5，008, 062公開了一種通過反應(yīng)注射成型(RM)方式制備的聚氨酯彈性體，可以對(duì)光伏模塊起支撐，密封和隔離的作用。優(yōu)選的，該聚氨酯彈性體的彈性模量位于200 IOOOOpsi之間(等同于1.4 69.0N/mm2)。反應(yīng)注射成型方式增加了光伏模塊生產(chǎn)的成本和復(fù)雜性，且制得的彈性體相對(duì)于鋁框的剛性要低得多。CN1893121披露了在太陽能組件中使用具有持久彈性和撓性的由合成材料制成的圓周框架。W02008/060539公開了一種通過拉擠工藝制備的纖維增強(qiáng)的光伏板的框架。其中，纖維可以是玻璃纖維，碳纖維或合成材料纖維。上述專利及專利公開的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文作為參考。

實(shí)用新型內(nèi)容鋁及其它的一些合成材料作為光伏模塊的支撐和/或保護(hù)構(gòu)件具有各種不足之處。這些不足之處包括材料的強(qiáng)度和剛性，電絕緣性能，耐腐蝕性，以及和光伏模塊中其它材料比如玻璃在熱膨脹性能上的匹配性。本實(shí)用新型的一個(gè)目的是提供一種對(duì)光伏模塊起支撐和/或保護(hù)作用的構(gòu)件，該構(gòu)件由復(fù)合材料制成。所述復(fù)合材料具有和鋁相似的機(jī)械強(qiáng)度，因而可以適用現(xiàn)有的鋁框的設(shè)計(jì)和安裝方式。[0015]本實(shí)用新型的另一個(gè)目的是提供一種對(duì)光伏模塊起支撐和/或保護(hù)作用的構(gòu)件，該構(gòu)件具有較好的電絕緣性能，從而減少閃電擊穿和漏電的可能性，還可以降低光伏電池效率的電位誘發(fā)衰減(potential induced degradation, PID)。本實(shí)用新型的再一個(gè)目的是提供一種對(duì)光伏模塊起支撐和/或保護(hù)作用的構(gòu)件，該構(gòu)件具有較好的相對(duì)于化學(xué)和/或電化學(xué)腐蝕的惰性，從而延長光伏模塊的使用壽命。本實(shí)用新型的依舊另一個(gè)目的是提供一種對(duì)光伏模塊起支撐和/或保護(hù)作用的構(gòu)件，該構(gòu)件具有和光伏模塊的其它組成部件，例如前板玻璃相近的熱膨脹系數(shù)，因此能夠防止在使用過程中由于熱脹冷縮效應(yīng)導(dǎo)致前板玻璃碎裂。在一方面，本實(shí)用新型公開了一種用于支撐和/或保護(hù)光伏模塊的構(gòu)件，該構(gòu)件包括貫穿構(gòu)件軸向的纖維和作為基質(zhì)的塑料，其中，所述塑料為聚氨酯，所述纖維包括玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維及其任意混合物，所述纖維的重量為構(gòu)件總重量的約30% -95%。本實(shí)用新型公開的構(gòu)件可通過拉擠工藝制備，且所述構(gòu)件的軸向拉伸模量為至少20000N/mm2，軸向彎曲模量為至少20000N/mm2，表面電阻為至少1Χ1014Ω且軸向熱膨脹系數(shù)α最大為20Χ10—7Κ(溫度范圍-20°C至100°C )，密度為至少1500kg/m3。在另一方面，本實(shí)用新型還公開了一種光伏模塊，包括前板，背板，位于其中的至少一個(gè)光伏電池，封裝材料以及用于支撐和/或保護(hù)光伏模塊的構(gòu)件。

圖1示意性地顯示了一種通過拉擠工藝制備的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的截面圖。圖2示意性地顯示了一種通過拉擠工藝制備的型材的截面圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型公開的用于支撐和/或保護(hù)光伏模塊的構(gòu)件是由纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料制成的。該復(fù)合材料一般由拉擠工藝制備。在拉擠工藝中，纖維應(yīng)該具有足夠的長度穿過至少一個(gè)樹脂浸潤盒，可選擇的定型模具，至少一個(gè)樹脂固化區(qū)，并將穿出的一端連接在一個(gè)能夠產(chǎn)生拉力的裝置上。通常加熱樹脂固化區(qū)使樹脂在其中凝膠化并固化。拉擠工藝能夠連續(xù)產(chǎn)生具有相同的同向強(qiáng)度的型材，并且該型材的形狀，纖維在其中的含量和分布情況都可以通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，例如模具的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。圖1示意性地顯示了一種通過拉擠工藝制備的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的截面圖，包括位于中心沿軸向(垂直于紙面方向)伸展的纖維101和環(huán)繞在其周圍的作為基質(zhì)的塑料102。除了圖1所示意的方式，也可以使用多層的相同或不同的纖維，浸潤在一種或多種不同的樹脂中。制成的型材可按需要切割成適當(dāng)?shù)拈L度。拉擠工藝的細(xì)節(jié)在本領(lǐng)域中是公知的，例如美國專利US3，960，629和US5, 617，692，它們公開的全部內(nèi)容都以引用的方式并入本文作為參考。纏繞-拉擠工藝也可用來生產(chǎn)本實(shí)用新型的型材。纖維在拉擠工藝中被拉伸的方向即為纖維方向，此方向也被定義為所得型材的軸向，和由此制得的構(gòu)件的軸向。與軸向垂直的方向定義為型材或構(gòu)件的橫向。在安裝光伏模塊時(shí)，起支撐和/或保護(hù)作用的構(gòu)件的軸向一般與光伏模塊的邊緣大致平行。本實(shí)用新型中的纖維可以是單束的，辮狀束的，交織或非交織的以及單層或多層的氈狀結(jié)構(gòu)和它們的任意組合。雖然單條的纖維有可能產(chǎn)生斷裂或不連續(xù)的情況，但作為整體，纖維是貫穿型材的軸向的。為了達(dá)到需要的機(jī)械強(qiáng)度，本實(shí)用新型中的纖維應(yīng)該至少包括玻璃纖維，碳纖維，金屬纖維或其任意混合物。其它適合添加的纖維還包括聚酯纖維，天然纖維，聚酰胺纖維，尼龍纖維，或其任意混合物。優(yōu)選的纖維是玻璃纖維，碳纖維，更優(yōu)選玻璃纖維。在本實(shí)用新型的構(gòu)件中，纖維的重量占構(gòu)件總重量的約30% 95%，或約50% 90%，優(yōu)選為約75% 85%。這樣的構(gòu)件能夠滿足本實(shí)用新型的目的，并且具有下列的宏觀參數(shù):軸向拉伸模量，平行于纖維方向并采用DIN EN IS0527-4測(cè)量，其數(shù)值至少為約20000N/mm2，或至少為約30000N/mm2，或至少為約40000N/mm2，優(yōu)選為至少約45000N/mm2。軸向彎曲模量，平行于纖維方向并采用DIN EN IS014125測(cè)量，其數(shù)值至少為約20000N/mm2，或至少為約30000N/mm2，優(yōu)選為至少約40000N/mm2。當(dāng)構(gòu)件的軸向拉伸模量和軸向彎曲模量大于或等于上述所列的最小值時(shí)，該構(gòu)件具有較好的穩(wěn)固性和剛性，在運(yùn)輸安裝和使用中時(shí)不易變形。 表面電阻，采用GB/T1410測(cè)量。其數(shù)值至少為約IxlO14 Ω，優(yōu)選為約5χ1014 Ω，或更優(yōu)選為約1χ1015Ω。較高的表面電阻可以增加電絕緣性和耐腐蝕性。軸向熱膨脹系數(shù)，平行于纖維方向即光伏模塊邊緣方向并采用DIN53752測(cè)量，測(cè)量溫度范圍-20°C至100°C，其數(shù)值α≤20χ10_6/Κ。當(dāng)構(gòu)件的熱膨脹系數(shù)和光伏模塊的前板和/或背板材料(一般為玻璃)相似時(shí)，構(gòu)件使用時(shí)不易因熱脹冷縮造成前板和/或背板的破裂。構(gòu)件垂直于纖 維方向的熱膨脹系數(shù)對(duì)使用無影響，因此可以> 20χ10_6/Κ。本實(shí)用新型的構(gòu)件的密度可采用DIN EN IS0845測(cè)量。所得數(shù)值至少為約1500kg/m3，優(yōu)選至少為約2000kg/m3。安裝時(shí)，構(gòu)件可圍繞光伏模塊的全部邊緣，部分邊緣或固定在背板上。當(dāng)構(gòu)件和光伏模塊的邊緣相接觸時(shí)，構(gòu)件的軸向應(yīng)與光伏模塊的邊緣大致平行。構(gòu)件可通過膠接和/或機(jī)械連接方式與光伏模塊固定連接。膠接一般可使用硅膠等粘結(jié)劑；所述機(jī)械連接方式包括螺栓連接、鉚接、插扣式連接、卡式連接及其任意組合。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)構(gòu)件中的塑料為聚氨酯時(shí)，與其它類型的塑料，例如不飽和聚酯相比，在采用螺絲鉆孔等方式固定時(shí)，構(gòu)件更不各易出現(xiàn)裂痕。構(gòu)件的形狀和尺寸可以根據(jù)光伏模塊的形狀和尺寸預(yù)先設(shè)計(jì)好，并采用拉擠工藝一次成型。圖2顯示了作為例子的一種構(gòu)件的截面圖。纖維方向即構(gòu)件的軸向垂直于紙面。其中，凹槽201環(huán)繞在光伏模塊的邊緣，且凹槽201的寬度為6mm ；204和205分別為與光伏模塊的前板和背板相接觸并可以進(jìn)行固定連接的部位，它們的厚度a和b都為1.5mm ;空腔202及環(huán)繞它的部件起到支撐的作用，空腔202的高度d為39mm ;203可以是和屋頂或其它底座固定連接的部位，它的厚度e為2_。承重較多的部分拐角處被設(shè)計(jì)為半徑為1.5mm的圓角，這樣的設(shè)計(jì)有助于分散所受到的應(yīng)力。被用來制備聚氨酯拉擠玻璃纖維光伏模塊邊框的聚氨酯反應(yīng)體系包含多異氰酸酯和異氰酸酯反應(yīng)性化合物，以及助劑/添加劑和/或填料。所述多異氰酸酯可以是一種多異氰酸酯或者是多種多異氰酸酯的混合物。所述多異氰酸酯可用通式R(NC0)n表示，其中，R表示含2-18個(gè)碳原子的脂肪族烴基、含6-15個(gè)碳原子的芳烴基、或含8-15個(gè)碳原子的芳脂族烴基，η = 2-4。所述多異氰酸酯，優(yōu)選但不限于，己二異氰酸酯(HDI)、甲苯-2，4-二異氰酸酯(TDI)、甲苯-2，6-二異氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷_2，4’ -二異氰酸酯(MDI)、二苯基甲烷_，2，2’ -二異氰酸酯(MDI)、二苯基甲烷4，4’_ 二異氰酸酯(MDI)、亞奈基-1，5-二異氰酸酯(NDI)、它們的異構(gòu)體、它們與它們的異構(gòu)體之間的混合物。所述多異氰酸酯，還可以是用碳化二胺、脲基甲酸酯、異氰酸酯改性所得的異氰酸酯，或異氰酸酯封端的預(yù)聚物。所述異氰酸酯反應(yīng)性化合物為含活潑氫類化合物，優(yōu)選但不限于，多元醇、多元胺，更優(yōu)選多元醇。所述多元醇可以是一種多元醇或者多種多元醇的混合物。所述多元醇的平均分子量為100-10000，官能度為1-10，優(yōu)選1.8-8，更優(yōu)選2-6。所述多元醇，優(yōu)選但不限于，聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇、植物油基多元醇、或它們的混合物。所述添加劑可以包括，催化劑、表面活性劑、阻燃劑、內(nèi)脫模劑、發(fā)泡劑、著色劑、增塑劑、交聯(lián)劑、擴(kuò)鏈劑、阻鏈劑、及其任意混合物等。所述填料可以包括有機(jī)填料、無機(jī)填料及其任意混合物。其中，所述有機(jī)填料包括芳族聚酰胺纖維，晶體蠟或脂類，基于聚苯乙烯，聚氯乙烯，和脲-甲醛塑料組成的粉末，軟木，或任意以上組合。所述無機(jī)填料包括硅灰石，硅材料，金屬氧化物，金屬鹽，玻璃微球，或任意以上組合。下列實(shí)施例僅用于舉例說明本實(shí)用新型，但并不意圖限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。實(shí)施例1原料和試劑
權(quán)利要求1.一種用于支撐光伏模塊的構(gòu)件，所述構(gòu)件包括貫穿構(gòu)件軸向的纖維和作為基質(zhì)的塑料。
2.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)件，其中，所述塑料為聚氨酯。
3.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)件，其中，所述纖維包括玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維及其任意混合物。
4.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)件，其中，所述構(gòu)件與光伏模塊的全部邊緣固定連接。
5.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)件，其中，所述構(gòu)件與光伏模塊的部分邊緣固定連接。
6.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)件，其中，所述構(gòu)件與光伏模塊的背板固定連接。
7.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)件,其中,所述纖維的重量為構(gòu)件總重量的約30%-95%。
8.如權(quán)利要求7所述的構(gòu)件，其中，所述纖維的重量為構(gòu)件總重量的約50%-90%。
9.如權(quán)利要求8所述的構(gòu)件，其中，所述纖維的重量為構(gòu)件總重量的約75%-85%。
10.如權(quán)利要求7所述的構(gòu)件，其中，所述構(gòu)件的軸向拉伸模量為至少20000N/ mm2，軸向彎曲模量為至少20000N / mm2，溫度范圍-20°C至100°C下的表面電阻為至少I X IO14 Ω且軸向熱膨脹系數(shù)α最大為20ΧΙΟ—6 / K。
11.如權(quán)利要求7所述的構(gòu)件，該構(gòu)件由拉擠工藝制備。
12.如權(quán)利要求7所述的構(gòu)件，該構(gòu)件還包括用以增強(qiáng)構(gòu)件橫向強(qiáng)度的玻璃氈。
13.如權(quán)利要求7所述的構(gòu)件，所述構(gòu)件的密度至少為1500kg/ m3。
14.如權(quán)利要求7所述的構(gòu)件，所述構(gòu)件的密度至少為2000kg/ m3。
15.如權(quán)利要求7所述的構(gòu)件，其中，所述纖維包括單束的，辮狀束的，交織或非交織的以及單層或多層的氈狀結(jié)構(gòu)和它們的任意組合。
16.如權(quán)利要求2所述的構(gòu)件，其中，所述塑料還包括助劑或添加劑。
17.如權(quán)利要求16所述的構(gòu)件，其中，所述助劑或添加劑包括催化劑、內(nèi)脫模劑、發(fā)泡劑、阻燃劑、著色劑、表面活性劑、增塑劑、交聯(lián)劑、擴(kuò)鏈劑或阻鏈劑。
18.如權(quán)利要求7所述的構(gòu)件，還包括有機(jī)填料或無機(jī)填料。
19.如權(quán)利要求18所述的構(gòu)件，其中，所述有機(jī)填料包括芳族聚酰胺纖維，晶體蠟或脂類或軟木。
20.如權(quán)利要求18所述的構(gòu)件，其中，所述無機(jī)填料包括硅灰石，硅材料，金屬氧化物，金屬鹽或玻璃微球。
21.如權(quán)利要求7及16-20中任一項(xiàng)所述的構(gòu)件，該構(gòu)件通過膠接和/或機(jī)械連接方式與光伏模塊固定連接。
22.如權(quán)利要求21所述的構(gòu)件，其中，所述膠接使用硅膠。
23.如權(quán)利要求21所述的構(gòu)件，其中，所述機(jī)械連接方式包括螺栓連接、鉚接、插扣式連接、卡式連接及其任意組合方式。
24.一種光伏模塊，包括前板，背板，位于其中的至少一個(gè)光伏電池，封裝材料以及如權(quán)利要求7及16-20中任一項(xiàng)所述的構(gòu)件。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種光伏模塊及支撐和/或保護(hù)光伏模塊的構(gòu)件，該構(gòu)件包括貫穿構(gòu)件軸向的纖維和作為基質(zhì)的塑料。其中，所述纖維包括玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維及其任意混合物；所述塑料為聚氨酯。纖維的重量為構(gòu)件總重量的約30％-95％。本實(shí)用新型具有和鋁框相似的強(qiáng)度和剛性，以及優(yōu)良的電絕緣性能，耐腐蝕性，和光伏模塊中其它材料比如玻璃在熱膨脹性能上的匹配性。
文檔編號(hào)H01L31/048GK202940251SQ20122039732
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者周志平, 艾斌, 陳湛 申請(qǐng)人:拜耳材料科技(中國)有限公司