解决方案 | 如何控制光伏玻璃釉料的反射率与附着力
新能源开发目前是世界各国的重要发展战略,其中,太阳能是一种绿色能源,人们都在想尽一切办法地去利用太阳能。我国也出台一系列政策试图发展太阳能产业,目前国内的太阳能光伏产业也进入了高速发展的阶段,部分企业为了能更充分利用太阳能,已经将光伏玻璃组件由单玻组件升级至双玻组件,并在电池玻璃背部涂覆了一层白色釉料,这种釉料具有与玻璃结合性好,化学稳定性高,白度高并且反射率高等特点。当光线进入双玻组件时,使其尽可能的反射到电池板上,提高发电效能。
光伏玻璃釉料的反射率会直接影响到光伏组件的发电功率,其反射率越高,发电功率越大。光伏玻璃在搬运的过程中,难免会有磕碰和摩擦,并且光伏组件在安装时,有多种材料依次组装,这就要求釉料在光伏玻璃上烧结时要具有一定的附着力,以免划伤或者剥落。一般情况下,烧结后的釉层反射率越高,附着力越差,反射率较低,则附着力性能较好。这就要求两者需要达到一定的平衡,既要有高的反射率,也需要具备一定的附着力。
实验使用的熔剂原料有碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、氧化锌、硼酸、石英以及氢氧化铝等,使用的色剂原料是金红石型钛白粉,连接料使用的则是水性调墨油。熔剂制备过程如下图所示:
图1 熔剂制备过程
釉料的制备过程如下图所示:
图2 釉料制备过程
丝印:将研磨好的釉料添加适量的稀释剂,通过网版印刷到玻璃上,然后在150℃下,进行3到5分钟的烘干,并放到一边待用。
烧结:将印有白色釉料的玻璃直接放入马弗炉中烧结,保温120s左右,立即将玻璃样品拿出来,冷却后测试性能。
1、溶剂配方组成对反射率和附着力的影响
该实验用等质量的B2O3取代SiO2,X系列配方氧化物组成如下表所示,其他不变的工艺参数如表2。
表1 X系列配方氧化物组成(%)
氧化物 | Na2O | K2O | CaO | ZnO | B2O3 | SiO2 | Al2O3 |
X1 | 14 | 3.5 | 6 | 15 | 22 | 38 | 1.5 |
X2 | 14 | 3.5 | 6 | 15 | 23.5 | 36.5 | 1.5 |
X3 | 14 | 3.5 | 6 | 15 | 25 | 35 | 1.5 |
X4 | 14 | 3.5 | 6 | 15 | 26.5 | 33.5 | 1.5 |
X5 | 14 | 3.5 | 6 | 15 | 28 | 32 | 1.5 |
表2 工艺参数
熔剂细度D90:(um) | 8 |
釉料各物质比例(%) | 熔剂:色剂:调墨油=44:35:21 |
印刷目数(目) | 150 |
湿膜厚度(um) | 21 |
烧结温度(℃) | 710 |
烧结时间(s) | 120 |
由X1、X2、X3、X4和X5熔剂制备的釉料样品分别对应的是A1、A2、A3、A4、A5。
2、烧结温度对釉层反射率和附着力的影响
取A3样品在不同温度下烧结(690℃、700℃、710℃、720℃、730℃),其他工艺不变,得到B1、B2、B3、B4和B5。
3、丝印厚度对釉层的反射率和附着力影响
取A3样品使用不同网目的网版印刷,其厚度控制在15微米、18微米、21微米、24微米、27微米,其他工艺不变,得到C1、C2、C3、C4和C5样品。
A系列样品的反射率和附着力如下图所示。从途中可以得到熔剂中的B2O3含量增加,A系列的样品附着力逐渐提高,但是反射率也逐渐降低。这是因为B2O3的熔融温度较低,在该配方体系中主要起助熔作用,降低釉料的熔融温度。A1和A2样品中SiO2的含量比较高,B2O3的含量比较低,所以它们的熔融温度较高,烧结程度较低,所以附着力较差;因为釉层的烧结程度较差,内部结构相对松散,所以测试反射率时,光纤在釉层中漫反射和散射的程度较大,光线不易透过,所以反射率较大。当SiO2含量降低,B2O3的含量提高,如样品A3和A4,熔融的温度降低时,釉层烧结程度较好,附着力也得到了提高,反射率也在78%以上。随着B2O3含量继续增加,反射率下降较明显,主要由于釉层烧结较透,有部分光线穿透釉层,导致釉层反射率较低。
图3 A系列样品的反射率和附着力
B系列的样品反射率和附着力如下图所示。从图中我们可看出,随着烧结温度的提升,反射率在逐渐降低,附着力逐渐提高,这是因为在较低烧结温度时,釉层并没有烧熟,从而附着力较低。随着烧结温度的提升到一定程度(700-720℃),釉层的烧结程度较好,其与玻璃有反应中间层,具有一定的粘结作用,使得附着力提升。当烧结温度继续提升,附着力不变,但是因为釉层过烧,光线透过较多,反射率则下降到77%。
图4 B系列样品的反射率和附着力
C系列样品的反射率和附着力如下图所示。从图中可以看出随着釉层厚度的增加,反射率也在逐渐升高,这主要是因为釉层的厚度越厚,阻挡光线越多,被反射的也越多,故而反射率提高。当釉层厚度为30微米时,附着力下降,这是因为釉料在烧结时需要热量,釉层越厚,需要能量越高,在同等的烧结温度下,釉层烧结程度越差,所以附着力降低。
图5 C系列样品的反射率和附着力
光伏玻璃釉料的反射率和附着力随着熔剂组成配方、烧结温度和丝印厚度变化而变化。选用适当的组成配方,选取合适的烧结温度和丝印厚度,才能保证光伏玻璃的釉料有良好的反射率和附着力,从而保证光伏组件的发光功率。
参考文献
[1] 赵田贵.光伏玻璃釉料反射率和附着力的影响因素[J].陶瓷,2021,(08):68-70.DOI:10.19397/j.cnki.ceramics.2021.08.017
[2]刘婕,鞠振河.基 于10年工作期光伏组件发电状况的研究[J].沈阳工程学院学报(自然科学版),2015.11(1):14-18
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