基础材料|有机硅材料在太阳能发电领域的应用

        康達科技集團(Qanta Group), 是全球领先的有机硅解决方案供应商之一,致力于提供个性化的有机硅解决方案。其拥有从金属硅到特种有机硅材料的全方位产品供应链。主要業務為特用化學品技術及特殊SILICONE與複合材料相關應用制程技術材料開發、設計、銷售。目前已有18年以上历史,与全球500强企业有合作销售经验,是一家集科研,开发,生产及销售为一体的国家级高新技术企业,拥有国际化品质,技术和管理及提供一条龙Silicone 材料应用整合。公司拥有广泛的销售和研发网络,可提供有利于未来可持续发展的创新技术和基于市场需求的解决方案。

具有优异工艺性能和使用性能的有机硅材料,已经进入太阳能发电领域,伴随太阳能产业的发展,太阳能发电技术不断进步,对于与之配套的材料不断提出新的要求,有机硅材料将会发挥更加重要的作用,这也为有机硅产业带来了新的发展机遇。

一、有机硅材料的特性与功能

有机硅材料形态多样,既有小分子化合物,也有可流动的液态聚合物,还有弹性的硅橡胶类和坚硬的硅树脂及涂料等产品。

有机硅聚合物大多具有类似硅酸盐的高分子骨架,同时其侧链带有有机基团。

这样的半无机半有机特殊高分子结构,赋予有机硅材料耐高温耐低温、耐气候老化、憎水防潮、高绝缘强度和低介电损耗、光学透明、安全无毒等一系列优良性能。

因而有机硅材料不仅适应多种场合的应用,而且还可以胜任通用型合成材料不能承受的严酷环境下的苛刻使用条件。用作在户外条件下长期工作的太阳能发电装置配套材料,有机硅产品显示出无与伦比的优越性能。

二、太阳能发电领域配套应用的有机硅材料

有机硅产品是优良的耐热电绝缘材料,广泛应用于通用的发电、变电、输电等强电应用领域。在太阳能发电装置建设和安全运行中,有机硅材料常常是不可替代的重要配套材料。下面简单列举在太阳能发电装置中特殊应用的有机硅材料。

1.太阳能电池系统配套应用的有机硅材料

太阳能光伏发电装置设置于室外,在四季寒暑变化的自然环境中,要求耐受长期光照、高低温循环、风雨冲刷、灰尘砂砾侵蚀等严酷自然条件。为太阳能电池配套的材料,必须满足耐气候老化、长期性能稳定等特定使用要求。

太阳能电池的基本结构如下图:


用于太阳能电池的装配的有机硅材料及其相关技术关键分述如下:

● 太阳能电池粘接密封用单组分室温硫化硅橡胶

单组分室温硫化硅橡胶可用于太阳能电池的边框密封剂、接线盒密封剂、汇流条密封剂、薄膜组件支架粘接剂等。

适用于太阳能电池粘接密封的单组分室温硫化硅橡胶是中性硅橡胶,以保护电池芯片不受污染腐蚀,同时要求硫化后的硅橡胶具有阻燃性能。

●太阳能电池芯片表面减反射膜层材料

在电池芯片表面要应用硅溶胶或硅烷处理,生成减反射膜,以提高太阳能电池吸收光照效率。

●太阳能电池组件透光表面的保护膜

在太阳能电池组件的透光表面上涂覆有机硅涂层,保护电池表面免遭外界因素损伤,并且提高接收光照效率。

适用的有机硅涂料是有机硅树脂为基料的特殊涂料,要求室温快速固化,固化后的膜层应具有适当高的折射率,并且对基材粘附牢固。

●太阳能电池组件装配用填充粘接材料

在太阳能电池组件中,芯片周围要填充透明材料粘接固定,以往较多应用EVA材料热熔填充,在发电运行过程中,经常出现EVA黄变、透光率降低和脱粘等现象,导致电池发电效率降低。为了延长光伏电池的工作寿命和提高发电效率,采用液体硅橡胶填充粘接才是科学合理的选择,尤其是应用加成型液体硅橡胶填充灌封太阳能电池组件,将会达到最佳效果。

研究开发适用于光伏电池填充封装的加成型液体硅橡胶,必须解决保证硅橡胶的高透光性能和可靠的粘接性能等技术关键。

2.太阳能光热发电系统应用的有机硅材料

在太阳能光热发电系统特殊应用的有机硅材料举例如下:

●太阳能光热发电系统的高温传热介质硅油

为了提高发电效率,太阳能光热发电系统的传热介质工作温度高达400℃以上,通用型导热油不仅不能满足安全工作温度要求,而且导热油在长期泵送运行中会因机械剪切分子断链导致耐热性能下降。具有半无机半有机高分子结构的硅油,耐热性能和聚合物分子抗剪切性能优良,可以充当光热发电的传热介质,特定结构的苯甲基硅油不仅耐热性能、抗剪切性能优良,还特别具有突出的耐热氧化性能。同时再引进热稳定剂等助剂,进一步提高硅油的热稳定性能。应用苯甲基硅油作高效传热介质,可保证光热发电系统长期稳定运行。

●太阳能光热发电构筑物的耐热耐候有机硅涂料

太阳能光热发电的构筑物要长期露置于强光照射和在高温环境中工作,其金属构件等必需应用高耐热和高耐候涂料涂覆保护。通用型耐热耐候涂料都难以满足光热发电的苛刻使用要求。甲基苯基硅树脂具有优良的耐热耐候性能,可以应用硅树脂作基材的有机硅涂料作为光热发电构筑物的保护涂料。

研究开发适用于光热发电构筑物耐热耐候保护涂料的技术关键是合成高固化活性的有机硅树脂。因为通用型甲基苯基硅树脂普遍存在固化活性低、固化后的漆膜与基材粘附强度低和固化后的漆膜容易返粘等缺陷,以通用型硅树脂制得的涂料尚不能完全满足光热发电的配套需求。应用亲核反应催化剂催化合成的高固化活性硅树脂,不仅可以做到室温下即可催化交联固化,而且固化后的涂膜与基材粘接牢固,固化后的漆膜永不返黏。应用高固化活性有机硅树脂为基料的高耐热高耐候有机硅涂料,可作为光热发电塔架等建筑结构的优良涂覆保护涂料。

●太阳能光热发电菲涅尔透镜成型用有机硅材料

以菲涅尔透镜作为聚光构件的太阳能光热发电系统已经崭露头角。

应用菲涅尔透镜的特殊结构,用一组平板镜取代抛物面型的曲面镜聚焦即可实现太阳光高效聚焦,菲涅尔透镜制造工艺简便,运行稳定,因而菲涅尔系统光热发电受到广泛关注。

虽然多种透明材料都可以用来制造菲涅尔透镜,但就成型加工工艺、制件自身重量、制件尺寸稳定、材质耐候耐热稳定性等各种因素比较,高透明性硅橡胶具有明显优势。尤其是以加成反应硫化型液体硅橡胶作为光热发电用菲涅尔透镜的基础材料,因为成型工艺简便、成型的透镜重量轻、性能稳定、耐气候老化,硅橡胶透镜将会保证菲涅尔系统聚光效率提高,长期运行稳定可靠。

三、太阳能发电配套应用有机硅材料要求

大部分有机硅材料尽管具备适用于太阳能发电配套用的基本性能,但并不是现有通用型有机硅产品都可以直接应用于太阳能发电装置中。太阳能发电的大部分构件必需长期处于室外自然环境中工作,为保证组件在室外条件下正常使用20~25年以上,其配套材料必须与发电构件充分匹配。

 

为了做好配套应用,就必须根据太阳能发电的具体技术要求,进行专门研究开发,着力解决重要技术关键,并通过模拟应用试验进行考核优选,以全面检测研制产品的工艺性能和使用性能。通过测试和模拟应用试验发现缺陷和不足,有针对性地研究改进,确保研制产品充分满足太阳能发电的使用要求。


 

 


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