基礎材料|有機矽材料在太陽能發電領域的應用

        康達科技集團(Qanta Group), 是全球領先的有機矽解決方案供應商之一,致力於提供個性化的有機矽解決方案。其擁有從金屬矽到特種有機矽材料的全方位產品供應鏈。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製程技術材料開發、設計、銷售。目前已有18年以上曆史,與全球500強企業有合作銷售經驗,是一家集科研,開發,生產及銷售為一體的國家級高新技術企業,擁有國際化品質,技術和管理及提供一條龍Silicone 材料應用整合。公司擁有廣泛的銷售和研發網絡,可提供有利於未來可持續發展的創新技術和基於市場需求的解決方案。

具有優異工藝性能和使用性能的有機矽材料,已經進入太陽能發電領域,伴隨太陽能產業的發展,太陽能發電技術不斷進步,對於與之配套的材料不斷提出新的要求,有機矽材料將會發揮更加重要的作用,這也為有機矽產業帶來了新的發展機遇。

一、有機矽材料的特性與功能

有機矽材料形態多樣,既有小分子化合物,也有可流動的液態聚合物,還有彈性的矽橡膠類和堅硬的矽樹脂及塗料等產品。

有機矽聚合物大多具有類似矽酸鹽的高分子骨架,同時其側鏈帶有有機基團。

這樣的半無機半有機特殊高分子結構,賦予有機矽材料耐高溫耐低溫、耐氣候老化、憎水防潮、高絕緣強度和低介電損耗、光學透明、安全無毒等一係列優良性能。

因而有機矽材料不僅適應多種場合的應用,而且還可以勝任通用型合成材料不能承受的嚴酷環境下的苛刻使用條件。用作在戶外條件下長期工作的太陽能發電裝置配套材料,有機矽產品顯示出無與倫比的優越性能。

二、太陽能發電領域配套應用的有機矽材料

有機矽產品是優良的耐熱電絕緣材料,廣泛應用於通用的發電、變電、輸電等強電應用領域。在太陽能發電裝置建設和安全運行中,有機矽材料常常是不可替代的重要配套材料。下麵簡單列舉在太陽能發電裝置中特殊應用的有機矽材料。

1.太陽能電池係統配套應用的有機矽材料

太陽能光伏發電裝置設置於室外,在四季寒暑變化的自然環境中,要求耐受長期光照、高低溫循環、風雨衝刷、灰塵砂礫侵蝕等嚴酷自然條件。為太陽能電池配套的材料,必須滿足耐氣候老化、長期性能穩定等特定使用要求。

太陽能電池的基本結構如下圖:


用於太陽能電池的裝配的有機矽材料及其相關技術關鍵分述如下:

● 太陽能電池粘接密封用單組分室溫硫化矽橡膠

單組分室溫硫化矽橡膠可用於太陽能電池的邊框密封劑、接線盒密封劑、彙流條密封劑、薄膜組件支架粘接劑等。

適用於太陽能電池粘接密封的單組分室溫硫化矽橡膠是中性矽橡膠,以保護電池芯片不受汙染腐蝕,同時要求硫化後的矽橡膠具有阻燃性能。

●太陽能電池芯片表麵減反射膜層材料

在電池芯片表麵要應用矽溶膠或矽烷處理,生成減反射膜,以提高太陽能電池吸收光照效率。

●太陽能電池組件透光表麵的保護膜

在太陽能電池組件的透光表麵上塗覆有機矽塗層,保護電池表麵免遭外界因素損傷,並且提高接收光照效率。

適用的有機矽塗料是有機矽樹脂為基料的特殊塗料,要求室溫快速固化,固化後的膜層應具有適當高的折射率,並且對基材粘附牢固。

●太陽能電池組件裝配用填充粘接材料

在太陽能電池組件中,芯片周圍要填充透明材料粘接固定,以往較多應用EVA材料熱熔填充,在發電運行過程中,經常出現EVA黃變、透光率降低和脫粘等現象,導致電池發電效率降低。為了延長光伏電池的工作壽命和提高發電效率,采用液體矽橡膠填充粘接才是科學合理的選擇,尤其是應用加成型液體矽橡膠填充灌封太陽能電池組件,將會達到最佳效果。

研究開發適用於光伏電池填充封裝的加成型液體矽橡膠,必須解決保證矽橡膠的高透光性能和可靠的粘接性能等技術關鍵。

2.太陽能光熱發電係統應用的有機矽材料

在太陽能光熱發電係統特殊應用的有機矽材料舉例如下:

●太陽能光熱發電係統的高溫傳熱介質矽油

為了提高發電效率,太陽能光熱發電係統的傳熱介質工作溫度高達400℃以上,通用型導熱油不僅不能滿足安全工作溫度要求,而且導熱油在長期泵送運行中會因機械剪切分子斷鏈導致耐熱性能下降。具有半無機半有機高分子結構的矽油,耐熱性能和聚合物分子抗剪切性能優良,可以充當光熱發電的傳熱介質,特定結構的苯甲基矽油不僅耐熱性能、抗剪切性能優良,還特別具有突出的耐熱氧化性能。同時再引進熱穩定劑等助劑,進一步提高矽油的熱穩定性能。應用苯甲基矽油作高效傳熱介質,可保證光熱發電係統長期穩定運行。

●太陽能光熱發電構築物的耐熱耐候有機矽塗料

太陽能光熱發電的構築物要長期露置於強光照射和在高溫環境中工作,其金屬構件等必需應用高耐熱和高耐候塗料塗覆保護。通用型耐熱耐候塗料都難以滿足光熱發電的苛刻使用要求。甲基苯基矽樹脂具有優良的耐熱耐候性能,可以應用矽樹脂作基材的有機矽塗料作為光熱發電構築物的保護塗料。

研究開發適用於光熱發電構築物耐熱耐候保護塗料的技術關鍵是合成高固化活性的有機矽樹脂。因為通用型甲基苯基矽樹脂普遍存在固化活性低、固化後的漆膜與基材粘附強度低和固化後的漆膜容易返粘等缺陷,以通用型矽樹脂製得的塗料尚不能完全滿足光熱發電的配套需求。應用親核反應催化劑催化合成的高固化活性矽樹脂,不僅可以做到室溫下即可催化交聯固化,而且固化後的塗膜與基材粘接牢固,固化後的漆膜永不返黏。應用高固化活性有機矽樹脂為基料的高耐熱高耐候有機矽塗料,可作為光熱發電塔架等建築結構的優良塗覆保護塗料。

●太陽能光熱發電菲涅爾透鏡成型用有機矽材料

以菲涅爾透鏡作為聚光構件的太陽能光熱發電係統已經嶄露頭角。

應用菲涅爾透鏡的特殊結構,用一組平板鏡取代拋物麵型的曲麵鏡聚焦即可實現太陽光高效聚焦,菲涅爾透鏡製造工藝簡便,運行穩定,因而菲涅爾係統光熱發電受到廣泛關注。

雖然多種透明材料都可以用來製造菲涅爾透鏡,但就成型加工工藝、製件自身重量、製件尺寸穩定、材質耐候耐熱穩定性等各種因素比較,高透明性矽橡膠具有明顯優勢。尤其是以加成反應硫化型液體矽橡膠作為光熱發電用菲涅爾透鏡的基礎材料,因為成型工藝簡便、成型的透鏡重量輕、性能穩定、耐氣候老化,矽橡膠透鏡將會保證菲涅爾係統聚光效率提高,長期運行穩定可靠。

三、太陽能發電配套應用有機矽材料要求

大部分有機矽材料盡管具備適用於太陽能發電配套用的基本性能,但並不是現有通用型有機矽產品都可以直接應用於太陽能發電裝置中。太陽能發電的大部分構件必需長期處於室外自然環境中工作,為保證組件在室外條件下正常使用20~25年以上,其配套材料必須與發電構件充分匹配。

 

為了做好配套應用,就必須根據太陽能發電的具體技術要求,進行專門研究開發,著力解決重要技術關鍵,並通過模擬應用試驗進行考核優選,以全麵檢測研製產品的工藝性能和使用性能。通過測試和模擬應用試驗發現缺陷和不足,有針對性地研究改進,確保研製產品充分滿足太陽能發電的使用要求。


 

 


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