全世界都在大力開發(fā)可再生能源。太陽能是典型的可再生能源之一。即插即用的太陽能電池已被消費(fèi)者廣泛使用。

據(jù)國外一份市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告稱，2022年全球太陽能電池板 （也叫光伏組件或光伏板） 市場(chǎng)價(jià)值為1523億美元（另一報(bào)告稱為1577億美元），預(yù)計(jì)到2032年達(dá)到3304億美元，從2023年到2032年的復(fù)合年增率為8.1%。在2022年的全球光伏組件市場(chǎng)中，亞太地區(qū)占有最大份額，為54.31%。其中中國貢獻(xiàn)最大。

傳統(tǒng)的光伏組件由玻璃、薄膜、電池片、背板、邊框等構(gòu)件組成。當(dāng)今，復(fù)合材料已成為降低光伏組件成本，提高其效率的重要材料。據(jù)報(bào)道，復(fù)合材料可以減輕光伏組件重量達(dá)40%，提高效率很多倍，在規(guī)模應(yīng)用情況下，還能大量降低成本。

以下是這方面的幾個(gè)研發(fā)案例。

聚氨酯復(fù)合材料光伏邊框

由跨國公司科思創(chuàng)（Covestro）及其合作伙伴聯(lián)合開發(fā)的聚氨酯（PU）復(fù)合材料光伏邊框?yàn)楣夥M件提供了一種新的材料選擇。PU拉擠復(fù)合材料與PU水性涂層的集成解決方案為光伏組件制造商提供了超越鋁合金的新材料。

邊框作為光伏組件的輔助材料起著至關(guān)重要的作用。其功能包括保護(hù)玻璃邊緣、增強(qiáng)密封性能、提高整體機(jī)械強(qiáng)度和方便光伏組件的運(yùn)輸和安裝。邊框的性能直接影響光伏組件的使用壽命（其在戶外的目標(biāo)使用壽命約為25年）?？扑紕?chuàng)多年來一直在為可再生能源行業(yè)開發(fā)創(chuàng)新的聚合物解決方案。為了滿足太陽能行業(yè)降低成本和提高效率的需求，科思創(chuàng)推出了聚氨酯復(fù)合材料邊框，它由玻璃纖維增強(qiáng)Baydur?聚氨酯樹脂通過拉擠工藝制成。PU復(fù)合材料邊框不僅滿足嚴(yán)格的力學(xué)性能和耐久性要求，而且降低了整體成本。

卓越的材料性能

科思創(chuàng)及其合作伙伴開發(fā)的聚氨酯復(fù)合材料光伏邊框展示了優(yōu)異的材料性能。作為一種非金屬材料，聚氨酯復(fù)合材料邊框與傳統(tǒng)的鋁金屬邊框相比，還降低了光伏組件制造商的整體價(jià)格，提高了能源效率。

科思創(chuàng)的聚氨酯復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能。其軸向拉伸強(qiáng)度是典型鋁合金的7倍以上。它還具有很強(qiáng)的耐鹽霧腐蝕性和耐化學(xué)腐蝕性。這些性能對(duì)于邊框認(rèn)證測(cè)試至關(guān)重要。采用科思創(chuàng)PU復(fù)合材料邊框密封的光伏組件已通過IEC 61701-201太陽能光伏組件鹽霧腐蝕測(cè)試和IEC 62716：2013氨腐蝕測(cè)試。對(duì)于安裝在高濕度環(huán)境（例如海上和沿海地區(qū)） 中的太陽能電池板，為了確保所需的使用壽命，這些防腐蝕特性更加重要。

鋁合金邊框的理想替代品

PU復(fù)合材料的體積電阻率可達(dá)1×1014Ω·cm。如果太陽能光伏組件使用非金屬邊框封裝，則可大大降低形成泄漏電路的可能性，有助于減少潛在誘發(fā)退化（PID）的發(fā)生。PID效應(yīng)的危害導(dǎo)致功率衰減和發(fā)電量下降。因此，減少PID效應(yīng)可以提高太陽能電池板的發(fā)電效率。

水性PU涂層的長效保護(hù)

科思創(chuàng)為其PU復(fù)合材料邊框研發(fā)了雙組分水性聚氨酯涂層技術(shù)，以保護(hù)多年暴露在戶外環(huán)境中的光伏邊框。配方中的主要粘結(jié)劑是Bayhydrol A和Bayhydur系列產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的溶劑型涂料相比，這種新的解決方案可減少約90%的揮發(fā)性有機(jī)化合物排放。同時(shí)，由于與PU復(fù)合材料基材的附著力強(qiáng)、耐磨性好、耐候性強(qiáng)，這種涂料有望具有長期耐用性，節(jié)省重新涂覆成本。這種新的涂料溶液也表現(xiàn)出了很高的勞動(dòng)生產(chǎn)率——噴涂后，它會(huì)快速干燥并形成一層薄的表面膜，從而可以快速施工。

獲得認(rèn)證

德國萊茵TüV是全球公認(rèn)的第三方獨(dú)立評(píng)估機(jī)構(gòu)。采用科思創(chuàng)PU復(fù)合材料邊框的光伏組件已于2021年獲得萊茵TüV認(rèn)證，表明這種新材料可以滿足可再生能源行業(yè)的嚴(yán)格要求，同時(shí)為光伏行業(yè)的發(fā)展提供低碳排放和高質(zhì)量的解決方案。另據(jù)2023年6月27日消息，在中國上海舉辦的第16屆國際光伏發(fā)電與智慧能源大會(huì)暨展覽會(huì)上，科思創(chuàng)獲得了德國TüV SüD公司（一家主要的光伏和智慧能源產(chǎn)品認(rèn)證和測(cè)試機(jī)構(gòu)）關(guān)于聚氨酯用于復(fù)合材料光伏邊框的認(rèn)證。

（來源：Covestro）

用聚合物膜取代玻璃，用復(fù)合材料夾芯板取代鋁背板

美國Armageddon Energy公司是研發(fā)太陽能電池板（光伏板）的廠商。其最初的目標(biāo)是為消費(fèi)者提供一個(gè)易于安裝且具有更好外觀和更小整體尺寸的光伏系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的光伏板上使用浮法玻璃，因?yàn)楦》úＡЬ哂袆傂浴⒘己玫姆莱毙阅芎土己玫耐腹庑阅?。這種玻璃通常涂有涂料來降低反射率和防止臟污，因而比窗玻璃更貴。在某些情況下，玻璃還經(jīng)過回火（鋼化），因而更增加了成本。盡管這種級(jí)別的玻璃不太容易破碎，但它們?cè)黾恿酥亓?，這對(duì)屋頂安裝來說是一個(gè)挑戰(zhàn)。而且隨著時(shí)間的推移，它們可能會(huì)變得渾濁，從而降低能源效率。

為此，Armageddon首先決定取代玻璃。這一目標(biāo)通過使用一種薄的、透明的乙烯-四氟乙烯（ETFE）聚合物膜而實(shí)現(xiàn)（ETFE膜來自美國杜邦性能材料公司，商標(biāo)為Tefzel）。這成為了Armageddon的1.0款光伏板（商名為SolarClover），這是行業(yè)第一塊符合太陽能行業(yè)UL1703標(biāo)準(zhǔn)的薄膜覆蓋光伏板。

據(jù)介紹，使用 ETFE膜取代玻璃而制成的首款光伏板的重量非常輕，一個(gè)孩子用一只手就能提起，而且設(shè)計(jì)獨(dú)特。

自設(shè)計(jì)首款光伏板之后，該公司繼續(xù)創(chuàng)新，決定淘汰鋁，以降低電擊風(fēng)險(xiǎn)，降低成本，并生產(chǎn)出比第一塊光伏板更安全、更堅(jiān)固、甚至更輕的復(fù)合材料密集型光伏板。

為達(dá)此目的，該公司咨詢了其長期合作伙伴杜邦公司。杜邦向Armageddon介紹了比利時(shí)EconCore公司。這是一家蜂窩芯制造商，它采用高產(chǎn)量的連續(xù)生產(chǎn)過程通過熱成型、分切和折疊工序，從一卷熱塑性片材在線制成蜂窩板。

EconCore的ThermHex品牌熱塑性蜂窩板用杜邦的Zytel聚酰胺樹脂膜制成，板的蒙皮采用杜邦的Vizilon熱塑性復(fù)合材料（連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺片材）。研發(fā)小組確定，這種蜂窩板能夠形成一種堅(jiān)固和剛性的板材，用來取代1.0款光伏板中所用的鋁背板。杜邦公司項(xiàng)目經(jīng)理Janet Sawgle說，使用Vizilon蒙皮的EconCore ThermHex夾芯板重量最小，強(qiáng)度和剛度高，具有足夠的耐熱性，可以承受高溫（制造過程中高達(dá)150 ℃）以及在烈日下屋頂面臨的長期應(yīng)力。

據(jù)相關(guān)人士說，蜂窩板很容易操作，可以按所需的形狀進(jìn)行機(jī)加工，而不會(huì)產(chǎn)生玻璃纖維粉塵。它們能滿足耐氣候老化30年的要求和在惡劣的戶外環(huán)境中快速安裝和順應(yīng)環(huán)境的要求。

有了新背板之后，按照光伏板的典型制造方法進(jìn)行組裝：把高效率單晶太陽能電池片層合到復(fù)合材料背板上；使用保護(hù)膜（通常是乙烯-醋酸乙烯酯，簡稱 EVA）來保護(hù)電池；使用前述透明ETFE膜作為光伏板的正面，提供所需功能。

據(jù)介紹，如果需要更高強(qiáng)度或更輕重量的EconCore/Vizilon背板，還可指定Vizilon蒙皮中含有更多的玻璃纖維，或者使用碳纖維代替玻璃纖維。

組裝形成的光伏板成為該公司的2.0款光伏板。

新的輕質(zhì)和可持續(xù)性光伏板

在2023 JEC World展會(huì)上，比利時(shí)EconCore公司與荷蘭太陽能電池板（光伏板）生產(chǎn)商Solarge公司聯(lián)合推出了一種輕質(zhì)的、可完全循環(huán)利用的光伏板，該產(chǎn)品可減輕屋頂安裝的光伏板重量達(dá)65%。

自2018年初以來，EconCore和Solarge一直在密切合作開發(fā)新一代光伏板，利用輕質(zhì)蜂窩材料取代重的玻璃來減輕重量。其結(jié)果是用一種完全可回收的新產(chǎn)品取代了更傳統(tǒng)的非持續(xù)性材料。新的光伏板面積略大于2.66 m2、重量14.5 kg，而舊的玻璃型光伏板重量超過28 kg。

這兩家公司使用復(fù)合材料、蜂窩結(jié)構(gòu)和一種聚合物正面來取代傳統(tǒng)光伏板中所用的玻璃。蜂窩具有極好的力學(xué)性能，在給定的重量或密度下非常堅(jiān)固和剛硬。原用玻璃板還需要鋁邊框，而使用蜂窩結(jié)構(gòu)時(shí)則不需要此邊框，從而更加減輕重量。

剛性和抗沖擊性都是光伏板所需的重要特性，因?yàn)閺澢蜎_擊作用（例如冰雹）可能導(dǎo)致破裂或效率降低。蜂窩板可以以不同的方式應(yīng)付這些應(yīng)力。

新的Solarge光伏板能夠提高對(duì)紫外線輻射的抵抗力，并且具有比玻璃板更好的導(dǎo)熱性。光伏板的效率隨溫度的升高而降低，而蜂窩提供了更有效的控制溫度的方法。

當(dāng)今使用的光伏板很難回收，而EconCore最近開發(fā)了一種由回收材料制成的蜂窩芯。還有一種可能的方案是使用單一材料制造光伏板，其中只有太陽能電池片及其熱塑性保護(hù)膜是不同的材料，這使得光伏板更易回收利用。

這一研發(fā)成果建立在Solarge傳統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展實(shí)力之上：

? 超低碳足跡：比傳統(tǒng)光伏組件低25%。

? 減少提供力學(xué)性能所需的材料資源。

? 100%可回收利用。

? 消除PFAS等有毒物質(zhì)。

EconCore的首席運(yùn)營官Tomasz Czarnecki說：“光伏板更輕、更便宜、更高效率意味著有更多的建筑物能夠被用來進(jìn)行太陽能發(fā)電，每個(gè)受承重限制的屋頂都能夠容納更多的光伏板。這些光伏板是可持續(xù)的，這在應(yīng)對(duì)氣候變化的斗爭中具有巨大潛力。”

Solarge的首席文化官Huib van den Heuvel補(bǔ)充說；“我們看到世界各地輕型太陽能電池板在商業(yè)和工業(yè)建筑部門以及農(nóng)業(yè)部門的應(yīng)用潛力巨大。與玻璃型太陽能電池板相比，這種復(fù)合材料產(chǎn)品的生產(chǎn)非常容易規(guī)模化。”