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玻纤复合材料新应用——光伏边框
文章来源:高低压绝缘漆    时间:2024-02-09 11:39:48

  目前光伏边框以铝边框为主,但是铝合金材料热线胀系数不匹配、导热性较高、成本比较高等问题,成为阻碍光伏普及的主要的因素。取而代之的发展的新趋势就是使用复合材料。

  下面我们先从光伏边框的材料性能需求入手,来看玻纤复合材料如何成为光伏边框的新宠。光伏边框的性能要求:

  1. 强度和刚度:光伏边框一定要具有足够的强度和刚度,以承受外部加载和自身重量,保护太阳能电池模块不受损。

  2. 耐腐蚀性:光伏边框常常暴露在各种各样的环境条件下,包括湿气、酸碱等,因此就需要具备良好的耐腐蚀和抗老化性能,防止边框腐蚀、锈蚀或变形。

  3. 耐候性:太阳能电池组件通常安装在户外,需要经受各种各样的气候条件的影响,如阳光、高温、低温、风、雨等。光伏边框应具备良好的耐候性能,能够抵御紫外线辐射和气温变化等。

  4. 导热性:光伏边框需要具备一定的导热性,以帮助散热,保持太阳能电池的温度稳定,提高电池的效率和寿命。

  5. 绝缘性:光伏边框应该具备良好的绝缘性,以防止电池与边框之间的电气接触,避免发生电气短路。

  6. 可加工性:光伏边框材料需要具备良好的可加工性,以便于制造商进行切割、焊接、成型等工艺加工,实现边框的定制化生产。

  7. 可靠性和耐久性:光伏边框需要具备长期可靠性和耐久性,能够在多年的使用中保持结构稳定性和外观质量。

  光伏边框市场预测2021年全球太阳能市场规模约185GW,对应边框市场约230亿,其中中国占80%,约200亿;2022年因俄乌战争及拉动内需,组件爆增,预计光伏组件产能增长约30%,边框市场约300亿;2023年产能增长约20%,预计边框可达360亿;按照每年20%的增长幅度,预计2028年边框市场可达到千亿。如果全部使用玻纤增强聚氨酯边框,需用玻纤400万吨/年,需用聚氨酯100万吨/年。

  玻纤增强聚氨酯复合材料边框具有高耐腐蚀、高耐盐雾的优越性能,是海洋及污水处理厂等耐腐蚀应用场景中光伏组件边框的不二选择。

  沿海组件设计需要承载更高背压(约4000Pa)。传统边框要增加厚度,增加成本。玻纤增强聚氨酯复合材料边框能充分的发挥力学性能,较易满足4000Pa的背压要求。

  玻纤增强聚氨酯复合材料边框的屈服强度990MPa,是铝合金的5倍,保证在应力释放后组件100%回弹,没有残余变形,在25年的生命周期内可大幅度降低硅片的隐裂。

  玻纤增强聚氨酯材料弹性模量略低于玻璃,在风载动态下边框具有动载阻尼作用,可有效缓解背面玻璃爆裂的问题。

  传统边框材料是导体,每一块组件都需接地,增加了BIPV施工的难度及成本。玻纤增强聚氨酯复合材料边框具有优良的绝缘性能,不需接地。

  传统边框颜色单一,要做其它颜色需增加费用。玻纤增强聚氨酯复合材料边框有多种颜色供用户选择,无需增加费用。

  玻纤增强聚氨酯材料边框与玻璃近乎一样的膨胀系数,有效保证组件从工厂端到寒冷地区时不可能会发生弯曲变形的现象发生。

  2025年后出口到欧洲的组件有碳排放指标的要求。GRPU边框是低能耗产品,经初步计算,从最初级原料(石油及矿石)到制成组件边框再到第一次回收利用作为一个生命周期,GRPU边框的碳排放指标只有传统边框用材的12%,降低组件出口碳排放。

  海上光伏电站,无电偶腐蚀在海上光伏场景优势突出。但是苛刻的环境要求光伏组件材料具备很强的耐盐雾腐蚀特性,而铝是活泼金属,抵抗盐雾侵蚀的能力较弱,传统铝边框方案很难保证25年使用寿命。

  而复合材料无电偶腐蚀性,在海上光伏电站中是重要的技术解决方案之一。以铝合金边框为例,近海组件边框受盐雾侵蚀,单层镀膜玻璃和接线盒都存在水汽现象,需要加强保护;组件边缘密封胶封闭不好,水汽对内部进行侵蚀,无框双玻边缘层压不当、存在分层,更易受到水汽侵蚀。

  因此玻纤增强复合材料将成为海上光伏边框的最新解决方案,既能减少相关成本还能提高发电效率。

  ➢ 海上光伏风力大,对材料、磨具精度要求更高,要求材料耐冲击能力高。复合树脂边框对精度要求比较高,当精度存在偏差时,受到很重外力情况下,存在边框挤压变形的可能性。

  ➢ 复合材料拉挤速度慢于铝型材,复合材料拉挤成型技术为自动化或半自动化流水线m/min,而塑性好的铝合金型材挤压速度更快,可达 100m/min。

  ➢ 玻纤含量较低时,无法在复合材料中形成较好的应力传递网络,使得玻纤在复合材料受到冲击载荷下以缺陷的形式存在,导致复合材料整体冲击强度降低。随着玻纤含量增加,复合材料冲击强度将会提升。

  ➢ 光伏边框可能引雷,主因系光伏电站中金属边框串起来、较容易感应到雷电,铝边框拥有非常良好的导电性能,可在雷雨天气用作避雷。而复合材料边框在避雷方面或仍需检验。