用复材简化太阳能电池板
通过复合材料实现更轻、更耐用的太阳能收集器太阳能创新者 Armageddon energy（美国加利福尼亚州门洛帕克）与美国空军和代顿大学研究所（美国俄亥俄州代顿 UDRI）合作开展了这一试点项目，以展示坚固耐用的复合材料密集型太阳能电池板在离网地区军事行动中的价值。所示的便携式面板架也是复合材料的，由 Sollega（美国加利福尼亚州旧金山）制造。
复合材料实现紧凑设计
使用EconCore/Vizilon复合夹芯板作为太阳能电池板的背面支撑，可以轻松地加工出一个口袋来固定接线盒，从而实现更紧凑的安装
无玻璃和铝的几何形状 Armageddon 坚固耐用的 2.0 版太阳能电池板，具有透明的聚合物表面和复合材料背面支撑，在层压后立即显示。与玻璃前片和铝框架制成的太阳能电池板相比，这种配置使太阳能电池板的成品重量减少了70-80%
太阳能的历史以波峰和波谷著称。早在1839年， 人们就发现某些材料在暴露于阳光下时具有导电性。1905年，阿尔伯特·爱因斯坦参与了光电效应的研究，1913年，美国第一个“太阳能电池”专利获得批准。贝尔实验室（现为美国新泽西州默里山的诺基亚贝尔实验室）在20世纪50年代初推出了可工作的太阳能电池，最终为美国的太空任务提供了动力。
从那时起，尽管由于产能过剩、价格压力、税收补贴和信贷的变化、时机不好和/或运气不好，太阳能 初创公司出现了一系列惊人的破产，但该技术已经成熟，太阳能电池的能效也有所提高。在过去的两年里，行业增长迅速，更重要的是，太阳能装置也在增长。Adam Vaughan于2017年3月7日在《卫报》上发表的一篇报道称，2016年太阳能发电量增长了 50%， 全球发电量达到305吉瓦。在美国，太阳能行业协会 （美国华盛顿特区）的《2016 年太阳能市场洞察报告》（solar Market Insight Report 2016 Year in Review）报道称，与2015年相比，2016 年美国太阳能装机量几乎翻了一番。此外，预计未来 5 年，美国太阳能总装机容量将增加近三倍。到2022年，每年将安装超过18吉瓦的太阳能光伏发电量。
“在过去的十年里，太阳能已经成为最便宜的能源， ”世界末日能源公司（美国加利福尼亚州门洛帕克）首席执行官 Mark Goldman 解释道。他说，每瓦的成本——太阳能系统的总成本除以发电量——已经从 7 美元下降到了 3 美元左右。 “行业确实受到了影 响， ”他在谈到之前参与者的命运时说道，但他指 出，人们对太阳能的兴趣仍然很强烈。 “产量继续惊 人地增长。 ”考虑到需求，Goldman公司最近推出了一种新型的复合材料密集型屋顶太阳能电池板系统， 该系统比典型的太阳能电池板重量轻得多，也更坚固。
即插即用太阳能
Goldman解释道： “太阳能电池板传统上是用浮 法玻璃生产的，浮法玻璃具有刚性、良好的防潮性能 和良好的透光性能。 ” 这种玻璃通常涂有涂层以降低反射率和防污，比窗户玻璃更贵，在某些情况下，还经过回火（钢化），增加了成本。尽管这些级别的玻 璃不太容易破碎，但它们增加了重量，这对屋顶安装 来说是一个挑战，而且随着时间的推移，它们可能会变得浑浊，从而降低能源效率。而且，它们必须是矩形的。
Goldman 继续说道： “我们最初的战略是为消费者提供一个易于安装、美观性更好、整体系统尺寸更 小的系统，减少对客户所有用电量的清零，更多地抵 消昂贵的峰值用电量，平均系统提供 2-3 千瓦，而不是 典型的 5-6 千瓦。 ” ，透明的乙烯-四氟乙烯（ETFE） 聚合物膜，商标为 Tefzel，来自杜邦性能材料公司（美 国，德国，威尔明顿），产生了世界末日 1.0 版面板设计 SolarClover，这是业界第一块符合太阳能行业UL1703标准（平板光伏模块和面板标准）的薄膜覆盖 太阳能面板。
Goldman说： “我们想超越玻璃，有了ETFE薄膜，我们的第一个版本足够轻，孩子可以单手举起， 而且设计独特。 ” “预接线的快速组装架是为屋顶工或电工设计的，没有经过专门的太阳能培训。 ”SolarClover的一个著名屋顶安装是位于美国加利福尼亚州圣何塞的市政厅。
寻找替代材料
自最初的设计以来，该公司一直在不断创新，并提出了一种新的、稳健的矩形面板设计。Goldman说： “我们的动力是加倍努力，使我们与众不同。 ”这些因素包括重量轻、耐用性、安全性以及能够廉价生产定制面板。我们是一家科技公司，所以我们不能停 滞不前。 ”他补充道，世界末日决定淘汰铝，以降低触电风险，降低成本，并生产出比第一块面板更安全、 更坚固、甚至更轻的复合材料密集型设计。新设计源于该公司决定暂时放弃住宅应用，并寻求为商业和军 用微电网提供电力的利基市场，在这些领域，安装方便和稳健的设计至关重要。他强调，面板设计的关键障碍是选择不比标准玻璃和铝材料贵的材料，以及能够在标准设备上大规模生产： “这是一个成本竞争非常 激烈的市场。我们知道我们的材料、方法和相关成本，也知道我们的优势所在，但这仍然是一条漫长的路。 ”
为了实现这种改进的设计，该公司向其长期合作伙伴杜邦提出了要求。杜邦向EconCore介绍了Armageddon，这是一家蜂窝芯制造商，通过一系列热成型、分切和折叠步骤，使用大批量、连续的工艺从一卷热塑性片材在线形成蜂窝板。
该小组确定，EconCore的ThermHex 热塑性蜂窝板由杜邦Zytel聚酰胺树脂膜制成，面板表层由杜邦Vizilon热塑性复合材料（TPC-thermoplastic composite）聚酰胺片制成，用斜纹织物中的连续玻璃纤维增强，将形成一种坚固坚硬的面板，能够取代结构背板中的铝，用于版本1.0，杜邦公司项目经理Janet Sawgle说。 事实上，带有Vizilon外皮的EconCore ThermHex 使核心面板产品重量最小，强度和刚度高，具有足够的耐热性，可以承受高温（制造过程中高达 150°C，以及 在烈日下屋顶面临的长期应力）。Sawgle补充道： “我们正在进行现场和实验室测试，以进一步证明这些面板的性能。 ”
蜂窝板很容易操作， ”Goldman说。 “我们可以对我们想要的功能进行加工和成型，而不会产生玻璃纤维产生的灰尘。它们满足我们30年的风化要求和应用需求——在恶劣的户外环境中快速安装和恢复能力。 ”
随着新支架或“基底”的开发，Goldman描述了1.7米乘1.1米乘 17毫米厚、300瓦、7.7公斤的其余面 板是如何组合在一起的，他称之为“封装”的工艺， 是所有太阳能电池制造的典型工艺： “我们将高效单晶太阳能电池层压到复合基板上，使用密封剂来保护 电池，通常是乙烯醋酸乙烯酯或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物-EVA，并使用ETFE前片来保护面板的前部，提供我们想要的性能优势。 ”
在放入电池组之前，电池已进行了接线和串联连接。透明ETFE的厚度为2-5密耳，具体取决于应用。 该叠层在真空下的热压中层压10-20分钟。热量和压力导致EVA在制造过程中避免损坏脆弱的电池。
Goldman补充道： “EconCore/Vizilon 面板在层压机中保持良好，如果需要，甚至可以为特定客户将其 热成型为简单的弯曲形状。如果需要更高的强度或更轻的重量，我们可以指定更高强度的 Vizilon 或碳纤维代替玻璃的级别。 ” 。他指出，坚固耐用的2.0版面板 可以制成薄至11毫米的轮廓。对于下面描述的军事项 目，选择了17毫米的厚度，以便在 EconCore/Vizilon背板中加工口袋，以容纳嵌入式电气接线盒（见上图）。
微电网生态位
Armageddon与美国空军和代顿大学研究所（美国俄亥俄州代顿）合作开展了一个试点项目，以展示坚固的太阳能电池板在离网地区军事行动中的价值。该 项目建造了50多块2.0版复合材料面板。Goldman声称： “对于其中一个试点系统，当UDRI使用标准 （玻璃）面板时，安装团队花了两天时间来设置该系统。 ” 。 “我们的面板需要40分钟，而且面板的重量还不到一半。 ”Armageddon与Sollega（美国加利福尼亚州旧金山）合作安装面板，Sollega是一家简单的现 成复合面板支架系统制造商。安装的速度和简单性使面板能够快速激活。
Goldman指出： “有了更轻的面板，屋顶可以容 纳更多的面板，从而获得更大的功率输出。 ” 。而且，安装可以更容易、更快地在地面完成，就像UDRI项目一样。Armageddon目前正在与客户合作，为每个装置制作定制设计。Goldman指出，该公司有一个长期计划，开发一种用于住宅屋顶安装的全复合支架， 并寻求与Sollega和类似公司的合作伙伴关系。
Goldman总结道： “太阳能，尽管有起有落，但现在势不可挡。在未来很长一段时间内，它将继续以惊人的速度增长。太阳能将大大提高我们电力和通信网络的弹性，对于全世界数十亿无法获得可靠电力的人来说，它将为最需要它的人带来一波繁荣。 ”
注：原文见，《 Simplifying the solar panel with composites 》2017．11．13
杨超凡 2023.10.20
