太阳能电池框架用铝合金型材

李涛　丁浩

太阳能电池框架用铝合金型材为此行业重要的材料之一。铝合金框架作为太阳能电池组件的一个重要组成部分，起着固定太阳能电池，承载风压、雪压负荷，能够承受使用场所的气候条件腐蚀、老化，提高太阳能转换效率的作用。

1、试验背景

电泳涂漆复合膜具有良好的耐蚀耐候性，丙烯酸阳极电泳涂料具有水溶性、低污染性和特有的浅色调，交联硬化后（电泳涂漆复合膜）的电泳膜又可以渗透水。目前太阳能电池框架用铝型材，既有阳极氧化材也有电泳涂漆材，可以分别用于不同的工作环境。把这两种型材置于相同的试验条件或自然环境下，研究有关性能试验数据会有怎样的不同，研究结果能够针对性的分析并起到指导未来合理应用的作用，是笔者进行此次试验的目的。作为太阳能电池框架用型材，电解着黑色材料的应用越来越多，消光（也称哑光）电泳比有光电泳铝材的应用也较多（光伏行业设计师们是否考虑到太阳能转换效率，从而尽量减弱太阳能电池框架反射光的能力，不在本次研究范围）。因此，本次试验全部采用黑色材料试验，对比试验电泳涂料选择消光涂料。

2、试验过程与结果

2.1 膜厚试验

2.1.1试验条件。制样：从试样中切出大小适当的试验片，使氧化膜垂直埋入树脂中，研磨膜断面，用于测量。试验方法：在各试样中切出了3块试验片，每块测量5个地方。

2.1.2试验结果

以上阳极氧化膜在无氟镍盐55℃封孔处理，电泳涂漆膜为消光（光泽值17±3）透明漆烘烤固化处理。本试验取样均来自于铝型材生产线现场判定合格的批量产成品。

2.2 耐碱性试验（电位腐蚀仪）

2.2.1试验条件。制样：从试样中切出大小适合的试验片，用于试验。

2.3 CASS试验

2.3.1试验条件。从试样中切出大小适合的试验片，素材露出部分及非有效面用胶带贴上，浸泡时间为240h，用（1+10）盐酸除去腐蚀生成物，然后用流水和脱离子水洗干净。

2.3.2试验结果

2.3.3试验后外观

2.4 加速耐候性试验

2.4.1试验条件。从试料中切出大小适合的试验片，用于试验。放射照度选用255W/m2±10%（300～700nm）黑板（black pad）温度为63℃±3℃，槽内湿度为50%±5%，60分钟的照射中，12分钟的水喷射。试验时间持續1500h。

2.4.2试验结果

2.4.2.1光泽保持率

2.5 室外暴露试验

2.5.1试验条件。从试料中切出大小适合的试验片，遮掩着素材外露部分进行试验。试验在试验研究中心屋顶（日本茨城县取手市）南面35度的暴露台上进行，周期选为3个月。同时，在评价前，放在流水中用纱布轻轻拭擦，把砂尘等除去。

2.5.2试验结果

3、分析与讨论

①性能比较：平均20μm的阳极氧化膜与平均25（16+9）μm的消光透明电泳涂漆复合膜比较：（1）耐碱性：100秒/5400秒以上（2）CASS试验保护等级：7/10（3）促进耐候性：光泽保持率 76/103；色差 4.6/0.6；外观斑点 有斑点/不明显（4）室外暴露试验 光泽保持率 86/100；色差 3.4/0.6；外观斑点 有斑点/不明显②性能分析：电泳涂料是以丙烯酸树酯和氨基树脂为主合成的水性阴离子涂料，主链由碳-碳键组成，抗化学性高，配成含水量大的碱性电泳漆液也不会分解，具有良好的稳定性。电泳涂漆铝型材具有良好的耐碱性、耐蚀性、耐候性。铝型材上述两种表面处理膜的抗热裂性没有专门做对比试验。有色金属行业标准《太阳能电池框架用铝合金型材》中，“需方对阳极氧化膜的抗热裂性有要求时，供需双方商定抗热裂性级别，并在订货单（或合同）中注明”，其中划分抗热裂性温度60℃、70℃和82℃三个级别；标准中对电泳涂漆复合膜无此项说明。③用途比较：太阳能电池框架用铝合金型材可分为边框用型材和支架用型材，两者在电池系统所起的作用不同。边框用型材用量远大于支架用型材（有些支架用钢材），即使支架和边框都使用铝型材，同时工作在同一场所，对边框型材自然耐候性的要求应比支架型材要求更严格，这是其承受阳光照射、雨水冲刷及霜雪浸泡的客观环境所决定的。④经济分析：作为太阳能电池装置组件之一的铝合金框架，它的使用寿命应长于电池装置的寿命，铝边框成本只占太阳能电池装置总成本的约4%。边框用铝型材约3kg/组，20μm阳极氧化黑色型材与25（16+9）μm的黑色消光电泳涂漆复合膜型材采购成本差价不足10%。

4、结论

根据市场调研，太阳能电池边框用铝合金阳极氧化型材氧化膜厚度多为15μm和20μm（10μm厚度的型材在装置的支架用到），边框几乎没有用到10μm氧化膜的氧化型材。黑色消光电泳涂漆型材复合膜厚度20（10+10）μm，25（10+15）μm，25（15+10）μm，30（15+15）μm等，本试验试样取自铝型材生产线现场判定合格的批量产成品，平均25（16+9）μm的哑光透明电泳涂漆复合膜耐碱性、耐蚀性、加速耐候性和自然耐候性明显优于平均20μm的阳极氧化膜。铝型材采购成本提高了不到10%。这项成本的提高只占电池装置总成本的约0.4%（4%*10%）。几组数据的性价比对应太阳能光伏电池行业的品质、寿命保证，笔者认为消光电泳涂漆复合膜的应用是客观发展的必然趋势。

（作者单位：中色（天津）特种材料有限公司；天津开发区艾隆化工科技有限公司）