BRPI0914222B1 - Módulo fotovoltaico; processo para a produção de um módulo fotovoltaico; e uso de um copolímero olefínico - Google Patents

Abstract

OXÍMETRO EM MODELAGEM PISTOLA COM SENSOR DEREFLETÂNCIA. O oxímetro em modelagem pistola é um equipamento médico da área dasaúde desenvolvidocom um sensor de refletância (6) que permite a aferição dasaturação sanguínea na testa do paciente. Temacionamento a partir de botão(3) na parte frontal do equipamento e desligamento programado no próprioarduinodo equipamento. Diferentemente dos oxímetros de pulso de dedo,oequipamento não apresenta modelagem pregador e sim pistola/revólver(FIG. 1.) na qual facilita a assepsia e o manuseio do aferidor

Description

[0001] A invenção refere-se a um módulo fotovoltaico que compreende um elemento de célula solar e um material isolante laminado a pelo menos um lado do elemento de célula solar, a um processo para a produção de tal módulo fotovoltaico, e ao uso de um copolímero olefínico como um material isolante para elementos de célula solar.

[0002] A geração de energia fotovoltaica através do uso de célula solar ou módulos fotovoltaicos está ganhando uma atenção crescente devido às propriedades únicas desse modo de geração de energia que não produz ruído, emissões danosas ou gases poluentes.

[0003] Os elementos que geram energia nesses módulos através da conversão de luz em energia elétrica são os elementos de célula solar que compreende materiais semicondutores, como silício, gálio-arsênico e cobre-índio- selênio.

[0004] Já que os materiais usados para elementos decélula solar são frágeis e sensíveis, os mesmos devem ser sustentados mecanicamente e protegidos contra influência ambientais prejudiciais, como chuva, chuva de pedra, condensação e evaporação de água, poeira, vento, etc. Adicionalmente, o isolamento elétrico confiável dos elementos de célula solar deve ser alcançado.

[0005] Essas funções, as quais devem ser mantidas aolongo de toda a vida de um módulo fotovoltaico que corresponde usualmente de 20 a 30 anos, são fornecidas por uma estrutura de laminado do módulo que compreende uma cobertura frontal protetora transparente e um substrato protetor inferior, sendo que os elementos de célula solar são fixados entre as camadas desses materiais protetores com o uso de camadas de um material isolante. Usualmente, o módulo é adicionalmente protegido e sustentado por uma estrutura de alumínio.

[0006] O material isolante para elementos de célula solar é às vezes denominado também como “encapsulação”, “incorporação”, “adesivo” ou “Pottant”.

[0007] A função principal das camadas isolantes no módulo fotovoltaico é proteger a transmissão de energia segura no interior da célula solar e do módulo. Para que isso seja feito, as mesmas têm que fornecer suporte estrutural e posicionamento para a montagem de circuito de célula solar a fim de isolar física e eletricamente os elementos de célula solar, isto é, evitar danos dos elementos por influências externas e geração de curto-circuito, fornecer condução térmica e, pelo menos para a camada isolante superior que é exposta à luz do sol, para alcançar e manter um acoplamento óptico máximo entre os elementos de célula solar e a radiação solar incidente, ou seja, fornecer e manter uma transmissão máxima para a luz do sol para os elementos de célula solar com o objetivo de maximizar o rendimento de energia.

[0008] Atualmente, diversos tipos de materiais isolantes são conhecidos, como copolímeros de etileno vinil acetato reticulado de peróxido (EVA) (consulte, por exemplo, o documento EP 1 857 500), copolímeros de bloco poliestireno- polibutadieno-poliestireno (SBS) (consulte, por exemplo, o documento US 4.692.557), ionômeros (consulte, por exemplo, o documento US 6.320.116), e poliuretanos (consulte, por exemplo, o documento DE 20 220 444).

[0009] O material isolante mais comum entre todos é, no entanto, o copolímero de etileno vinil acetato reticulado de peróxido (EVA), o qual, para uso em módulos fotovoltaicos, é extrudado como uma folha a partir de uma composição de copolímero de etileno vinil acetato (EVA) que compreende um peróxido orgânico como um agente de reticulação e usualmente um antioxidante. A reticulação do copolímero de etileno vinil acetato é necessária para dotar a camada isolante de resistência suficiente a temperaturas mais altas, já que em uso, tipicamente, a temperatura do módulo fotovoltaico fica entre 40 a 80 °C.

[0010] O laminado módulo fotovoltaico é produzido em um processo de laminação a vácuo. Nesse processo, os componentes do módulo, após terem sido montados, são colocados em um aparelho de laminação a vácuo, no qual, através da aplicação de uma temperatura elevada de cerca de 100 a 180 °C, tipicamente 150 °C, e pressão elevada por um período de cerca de 15 a 30 minutos, o laminado é formado mediante vácuo.

[0011] É uma primeira desvantagem do uso de EVA reticulado de peróxido como material isolante que, de modo comparativo, altas temperaturas e longos períodos de laminação são necessários, os quais são causados pela necessidade de decompor o agente de reticulação do peróxido orgânico na camada isolante e afetar e finalizar a reticulação do mesmo. Desse modo, a velocidade de produção do módulo fotovoltaico é comparativamente baixa.

[0012] O uso de EVA reticulado de peróxido como camadaisolante tem, porém, desvantagens adicionais. Sabe-se que módulos fotovoltaicos mostram uma perda de desempenho de 1 a 10 % por ano, e uma contribuição significante para talperda é atribuída à degradação das camadas de EVA reticulado que podem ocorrer como uma descoloração dos filmes transparentes originalmente incolores (consulte, por exemplo, o artigo de A.W. Czanderna e F. J. Pern, “Encapsulation of PV modules using ethylene vinyl Acetate copolymer as a pottant: A critical review”, Solar Energy Materials and Solar Cells 43 (1996) 101 a 181). Ademais,outros problemas têm sido relatados, como uma delaminação em interfaces, penetração de água líquida, curtos-circuitos e arco, craqueamento dos elementos de célula solar devido atensões de expansão/contração, falhas de interconexão de célula, carbonização e fusão de solda a partir de pontos deaquecimento, manchamento excessivo e desgaste por agentes atmosféricos.

[0013] É um objetivo da presente invenção fornecer ummaterial isolante com o qual as desvantagens das tecnologias conhecidas, especialmente do uso de copolímeros de EVA reticulado de peróxido como material isolante, podem ser evitadas. Em particular, é um objetivo da invenção fornecer um material isolante que permite e facilita o processo de produção do módulo fotovoltaico, por exemplo, através do encurtamento do tempo necessário para a laminação do módulo, e, ao mesmo tempo, tem uma tendência menor de degradar e fornece uma proteção aperfeiçoada para os elementos de célula solar a partir de influências externas prejudiciais.

[0014] A presente invenção é baseada na constatação de que os objetivos acima podem ser alcançados e tal material isolante pode ser fornecido se grupos de silano reticulável estão presentes no material isolante.

[0015] A invenção fornece, portanto, um módulo fotovoltaico que compreende um elemento de célula solar e um material isolante laminado para pelo menos um lado do elemento de célula solar em que o material isolante compreende um copolímero olefínico que compreende unidades de monômero que contêm grupo silano.

[0016] As vantagens especiais do módulo fotovoltaico da invenção se referem ao fato de que o mesmo pode ser fabricado em um período de tempo menor quando comparado aos módulos comuns que compreendem EVA que contém peróxido e, desse modo, a produtividade do processo de laminação do módulo é aumentada. Isso ocorre devido ao fato de que, por exemplo, a reticulação dos grupos silano ocorre já em condições ambiente. Consequentemente, temperaturas mais baixas podem ser aplicadas durante a laminação, e, à medida que a reticulação por silanos ocorre “automaticamente” após o processo de laminação, nenhum tempo de permanência é necessário para o processo de reticulação durante a etapa de laminação.

[0017] O tempo de permanência correspondente para os materiais isolantes de EVA com base em 1,47 % em peso do peróxido comumente usado 2,5-bis(terc-butildióxi)-2,5- dimetilexano (Lupersol 101) para alcançar um teor de gel de 70 % como uma função de temperatura é, por exemplo, 45minutos a 140°C, 15 minutos a 150°C ou 6 minutos a 160°C(Dados obtidos a partir de Paul B Willis, “Investigation of materials e processes for solar cell encapsulation”, Contrato JPL no 954527 S/L Projeto 6072:1, 1986).

[0018] As temperaturas de laminação reduzidaspossibilitam o uso de uma faixa mais ampla de coberturas frontais e folhas posteriores. Por exemplo, a reticulação do silano irá se desobstruir para substituir o vidro como cobertura frontal através de materiais mais leves, por exemplo, policarbonato, já que o processo de laminação pode ocorrer facilmente abaixo de 130 0C. Como material desuporte de carga, o policarbonato pode combinarpropriedades como alta dureza com baixo peso e alta robustez. Essas propriedades facilitarão a construção de telhados, diminuirão o desperdício de ruptura e reduzirão os custos de fabricação, transporte e instalação.

[0019] É uma vantagem adicional que nenhum subprodutocorrosivo e outros subprodutos são formados mediante a reticulação do material isolante, o que pode danificar as células fotovoltaicas. Os subprodutos das decomposições de peróxido são, além disso, voláteis e, a fim de evitar a formação de espaço vazio durante o processo de laminação, a pressão precisa ser mantida até que o laminado tenha sido resfriado abaixo dos pontos de ebulição dos produtos de decomposição volátil, tipicamente abaixo de 80°C.

[0020] Adicionalmente, antes da laminação, um filme delgado é produzido, o qual tem tipicamente 0,5 mm de espessura. Para os compostos reticuláveis de peróxido, o processo de extrusão de filme tem que ser realizado em temperaturas de extrusão muito mais baixas do que a temperatura ótima para a extrusão de filme, reduzindo o rendimento. Mesmo a uma baixa temperatura de extrusão, a pré-cura (chamuscagem) ocorre, a qual é considerada um teor de gel aumentado dos filmes. Os géis maiores resultam em rupturas do filme. Os géis formados também afetam negativamente a transmissão de luz e reduzem as propriedades de isolamento.

[0021] Os compostos reticuláveis de silano não têm essas limitações e o rendimento pode ser aumentado devido à possibilidade de usar mais temperaturas de extrusão de filme típicas, resultando também em uma maior liberdade no projeto da viscosidade de material fundido inicial do polímero. A qualidade do filme e do módulo fotovoltaico é aumentada devido ao risco reduzido para a pré-cura, especialmente se aditivos retardadores de chamuscagem, conforme esquematizado, por exemplo, no documento EP 449 939 ou US 5.350.812, são usados.

[0022] A vida útil de um material polimérico é dependente da estabilidade do polímero como tal, porém, para resistir à temperatura elevada e à irradiação do sol em um módulo fotovoltaico, é essencial adicionar calor e estabilizadores UV. Os radicais formados durante o processo de reticulação de peróxido destroem uma grande porção desses aditivos. Já que nenhum radical está envolvido na cura de silano, esse tipo de interações não ocorrerá.

[0023] A fim de proteger o elemento de célula solar contra a penetração de água, é essencial alcançar uma adesão satisfatória entre o elemento de célula solar e a camada isolante. Mostrou-se que os grupos silano reagem covalentemente com superfícies polares, como vidro, concreto, alumínio, etc. Consequentemente, os grupos silano incorporados têm duas funções, a saber, promoção de reticulação e de adesão.

[0024] De preferência, os grupos silano presentes no material isolante são pelo menos parcialmente reticulado.

[0025] Nessa modalidade, a camada isolante não só se beneficia da adesão aumentada à célula solar módulo devido à presença dos grupos silano, porém, também das vantagens do processo de reticulação do grupo silano.

[0026] O copolímero olefínico que compreende unidades de monômero que contêm grupo silano é, de preferência, um copolímero de etileno ou propileno, mais preferencialmente é um copolímero de etileno.

[0027] Em uma modalidade preferencial, o copolímero olefínico compreende unidades de comonômero adicionais diferentes das unidades de monômero de olefina e as unidades de monômero que contêm grupo silano.

[0028] Nessa modalidade, o copolímero olefínico pode ser dotado de propriedades aprimoradas, como maciez e poder de adesão benéfico para seu uso como material isolante.

[0029] Tais unidades de comonômero adicionais podem ser escolhidas a partir de comonômeros polares e não-polares.

[0030] Por exemplo, os comonômeros não-polares podem ser selecionados a partir de etileno e alfaolefinas que têm três ou mais átomos de carbono, de preferência tendo de 2 a 20 átomos de carbono, e mais preferencialmente tendo 3 a 8 átomos de carbono. Os exemplos preferenciais de alfaolefinas são propileno, 1-buteno, 1-hexeno, 1-octeno e 4-metil-1-penteno e compostos de vinil aromático, como estireno e estireno de alfa-etil.

[0031] No entanto, de preferência, as unidades decomonômero adicionais são unidades de comonômero polar, com o objetivo de que um copolímero olefínico, incluindo unidades de monômero polar adicionais, seja usado na camada isolante, principalmente em vista da transparência e adesão satisfatórias aos elementos de célula solar e outros materiais protetores.

[0032] Tais comonômeros incluem (a) ésteres de vinilcarboxilato, como acetato de vinila e pivalato de vinila, (b) acrilatos e alquiacrilatos, como metacrilato e metilmetacrilato, etilacrilato e etilmetacrilato,butilacrilato e butilmetacrilato, (c) ácidos carboxílicos olefinicamente insaturados, como ácido acrílico e ácido alquilacrílicos como ácido metacrílico, ácido maleico e ácido fumárico, (d) derivados de ácido acrílico e ácido alquilacrílico, como acrilonitrila e metacrilonitrila, e amida acrílica e amida metacrílica, (e) éteres de vinila, como vinil metil éter e vinil fenil éter.

[0033] É preferencial que o comonômero polar é selecionado a partir do grupo de acrilatos de alquila C1- a C6, metacrilatos de alquila C1- a C6, ácido acrílico, ácido metacrílico e acetato de vinila, e, mais preferencialmente, o comonômero polar é selecionado a partir do grupo de alquil C1- a C4, como metila, etila, propila ou butila, acrilatos ou acetato de vinila.

[0034] Ainda mais preferencialmente, o comonômero polar é selecionado a partir do grupo de acrilato de butila, acrilato de etila, macrilato de etila, alquiacrilatos de butila, alquiacrilatos de etila e alquiacrilatos de metila, especialmente a partir de acrilato de butila, acrilato de etila e acrilato de metila.

[0035] Um comonômero polar particularmente preferido compreende, ou consiste em, metacrilato e metilalquiacrilatos, especialmente metacrilato, devido à baixa tendência à degradação de olefina/metacrilato e metilalquiacrilatos de olefina, especialmente etileno metil acrilato (EMA) copolímeros.

[0036] De preferência, o teor das unidades de comonômeroadicionais no copolímero olefínico é de 2 a 60 % em peso,mais preferencialmente de 5 a 50 % em peso, ainda maispreferencialmente de 10 a 45 % em peso, e com maiorpreferência de 20 a 40 % em peso.

[0037] Ademais, é preferencial que o teor das unidades decomonômero adicionais no copolímero olefínico seja de 2 a 30 % em mol, mais preferencialmente de 4 a 25 % em mol, ainda mais preferencialmente de 6 a 20 % em mol, e commaior preferência de 8 a 18 % em mol.

[0038] O copolímero olefínico do material isolantecompreende grupos silano hidrolisáveis.

[0039] Os grupos silano hidrolisáveis podem serintroduzidos na poliolefina através de copolimerização de, por exemplo, monômeros de etileno com grupo silano que contém comonômeros, ou através de enxertia, isto é, através da modificação química do polímero adicionando grupos silano em sua maioria em uma reação radical. Ambas as técnicas são bem conhecidas na técnica, por exemplo, do documento US 4.413.066, US 4.297.310, US 4.351.876, US 4.397.981, US 4.446.283 e US 4.456.704.

[0040] A reticulação pode ser realizada através dacondensação de grupos silanol contidos na poliolefina, os quais são obtidos através de hidrolisação de grupos silano.

[0041] De preferência, a poliolefina que contém gruposilano foi obtida através de copolimerização.

[0042] A copolimerização é executada, de preferência, comum composto de silano insaturado representado pela fórmulaR1SiR2qY3-q(V)em que:R1 é uma hidrocarbila etilenicamente insaturada, hidrocarbiloxi ou grupo hidrocarbila de (met) acrilóxi,R2 é um grupo hidrocarbila saturada alifática,Y, o qual pode ser igual ou diferente, é um grupo orgânico hidrolisável e q é 0, 1 ou 2.

[0043] Os exemplos especiais do composto de silanoinsaturado são aqueles em que R1 é vinila, alila, isopropenila, butenila, ciclohexanila ou gama(met) acriloxi propil; Y é metóxi, etóxi, formilóxi, acetóxi, propionilóxi ou um grupo alquila ou grupo arilamino; e R2, se presente, é um grupo metila, etila, propila, decila ou fenila.

[0044] Um composto de silano insaturado preferencial érepresentado pela fórmula:CH2=CHSi(OA)3 (VI)em que A é um grupo hidrocarbila que tem 1 a 8 átomos de carbono, de preferência, 1 a 4 átomos de carbono.

[0045] Os compostos mais preferenciais são viniltrimetoxisilano, vinil bismetoxietoxisilano, viniltrietoxisilano, gama(met)acriloxipropiltrimetoxisilano,gama(met) acriloxipropiltrietoxisilano, e viniltriacetoxisilano.

[0046] A copolimerização da olefina, por exemplo, etileno, do composto de silano insaturado e, opcionalmente, de monômeros adicionais pode ser executada mediante quaisquer condições adequadas que resultam na copolimerização dos monômeros.

[0047] A quantidade das unidades de monômero que contêm grupo silano no copolímero olefínico, de preferência, é de 0,1 a 10 % em peso, mais preferencialmente de 0,2 a 8 % em peso, e com maior preferência de 0,5 a 5 % em peso.

[0048] O copolímero olefínico tem, de preferência, um MFR2 (ISO 1133, 2,16 kg/190 °C) de 0,5 a 100 g/10min, mais preferencialmente de 2,5 a 50 g/10min.

[0049] Para a reticulação de copolímeros de olefina quecompreendem unidades de monômero com grupos silano, um catalisador de condensação de silanol é, de preferência, usado para que, no módulo fotovoltaico da invenção, a reticulação dos grupos silano do copolímero olefínico de preferência tenha sido afetada pelo uso de um catalisador de condensação de silanol.

[0050] Desse modo, de preferência, a composição usadapara a produção da camada isolante do módulo fotovoltaico da invenção compreende um catalisador de condensação de silanol.

[0051] Os catalisadores são, por exemplo, compostosorgânicos estânicos, como dibutil dilaurato de estanho (DBTDL).

[0052] Sabe-se, ainda, que o processo de reticulação évantajosamente executado na presença de catalisadores de condensação de silanol ácidos. Em contraste aoscatalisadores orgânicos de estanho convencionais, os catalisadores ácidos permitem que a reticulação ocorra rapidamente já em temperatura ambiente. Tais catalisadores de condensação de silanol ácidos são apresentados, por exemplo, no documento WO 95/17463. Os teores desse documento estão incorporados aqui a título de referência.

[0053] Os catalisadores de condensação de silanol dacomposição de poliolefina ainda mais preferencial é um ácido de Bronsted, isto é, é uma substância que atua como um doador de próton.

[0054] Os ácidos de Bronsted podem compreender ácidosinorgânicos, como ácido sulfúrico e cloridrato ácido, e ácidos orgânicos, como ácido cítrico, ácido esteárico, ácido acético, ácido sulfônico e ácidos alcanóicos, como ácido dodecanóico, ou um precursor de quaisquer compostos mencionados.

[0055] De preferência, o ácido de Bronsted é um ácidosulfônico, mais preferencialmente um ácido sulfônico orgânico.

[0056] Ainda mais preferencialmente, o ácido de Bronstedé um ácido sulfônico orgânico que compreende 10 átomos de C ou mais, mais preferencialmente 12 átomos de C ou mais, e com maior preferência 14 átomos de C ou mais, sendo que o ácido sulfônico compreende adicionalmente pelo menos um grupo aromático que pode ser, por exemplo, um grupo benzeno, naftaleno, fenantreno ou antraceno. No ácido sulfônico orgânico, um, dois ou mais grupos de ácido sulfônico podem estar presentes, e o(s) grupo(s) de ácido sulfônico pode ser fixado a um grupo não-aromático ou, de preferência, a um grupo aromático do ácido sulfônico orgânico.

[0057] Mais preferencialmente, o ácido sulfônico orgânicoaromático compreende o elemento estrutural:Ar(SO3H)x(II)sendo que Ar é um grupo arila que pode ser substituído ou não-substituído, e x é pelo menos 1.

[0058] O catalisador de condensação de silanol de ácido sulfônico aromático orgânico pode compreender a unidade estrutural, de acordo com a fórmula (II), uma ou diversas vezes, por exemplo, duas ou três vezes. Por exemplo, duas unidades estruturais, de acordo com a fórmula (II), podem ser ligadas entre si por meio de um grupo formador de ligações, como um grupo alquileno.

[0059] De preferência, Ar é um grupo arila que é substituído por pelo menos um grupo hidrocarbila C4- a C30, mais preferencialmente grupo alquila C4- a C30.

[0060] O grupo arila Ar é, de preferência, um grupo fenila, um grupo naftaleno ou um grupo aromático que compreende três anéis fundidos, como fenantreno e antraceno.

[0061] De preferência, na fórmula (II), x é 1, 2 ou 3, e mais preferencialmente x é 1 ou 2.

[0062] Ademais, de preferência, os compostos usados como catalisadores de condensação de silanol de ácido sulfônico aromático orgânico têm de 10 a 200 átomos de C, mais preferencialmente de 14 a 100 átomos de C.

[0063] Em uma modalidade preferencial, Ar é um grupo arila substituído por hidrocarbila e o composto total que contém 14 a 28 átomos de carbono, e, ainda mais preferencialmente, o grupo Ar é um anel benzeno ou naftaleno substituído por hidrocarbila, sendo que o radical ou radicais hidrocarbila contêm de 8 a 20 átomos de carbono no caso de benzeno e 4 a 18 átomos no caso de naftaleno.

[0064] É preferencial, ainda, que o radical hidrocarbila seja um substituinte de alquila que tem de 10 a 18 átomos de carbono e é ainda mais preferencial que o substituinte de alquila contenha 12 átomos de carbono e seja selecionado a partir de dodecila e tetrapropila. Devido à disponibilidade comercial, é mais preferencial que o grupo arila seja um grupo substituído por benzeno com um substituinte de alquila que contém 12 átomos de carbono.

[0065] Os compostos mais preferenciais atualmente são ácido sulfônico de dodecil benzeno e ácido sulfônico de tetrapropil benzeno.

[0066] O catalisador de condensação de silanol também pode ser o precursor do composto de ácido sulfônico, incluindo todas as suas modalidades preferenciais mencionadas, isto é, um composto que é convertido através de hidrólise para tal composto. Tal precursor é, por exemplo, o anidrido ácido de um composto de ácido sulfônico, ou um ácido sulfônico que foi dotado de um grupo protetor hidrolisável, como, por exemplo, um grupo acetila, o qual pode ser removido por hidrólise.

[0067] Em uma segunda modalidade preferencial, o catalisador de ácido sulfônico é selecionado a partir daqueles descritos no documento EP 1 309 631 e EP 1 309 632, a sabera) um composto selecionado a partir do grupo de(i) um ácido monosulfônico de naftaleno alquileno substituído por 1 a 4 grupos alquila, em que cada grupo alquila é uma alquila linear ou ramificada com 5 a 40 carbonos, sendo que cada grupo alquila é igual ou diferente e sendo que o número total de carbonos nos grupos alquila está na faixa de 20 a 80 carbonos;(ii) um ácido sulfônico de arilalquila, em que a arila é fenila ou naftila e é substituída por 1 a 4 grupos alquila, sendo que cada grupo alquila é uma alquila linear ou ramificada com 5 a 40 carbonos, sendo que cada grupo alquila é igual ou diferente e sendo que o número total de carbonos nos grupos alquila está na faixa de 12 a 80;(iii) um derivado de (i) ou (ii) selecionado a partir do grupo que consistem em um anidrido, um éster, um acetilato, um éster bloqueado por epóxi e um sal de amina do mesmo, o qual é hidrolisável ao ácido monosulfônico de alquil naftaleno ou ao ácido sulfônico de arilalquila;(iv) um sal de metal de (i) ou (ii), em que o íon de metal é selecionado a partir do grupo que consiste em cobre, alumínio, estanho e zinco; eb) um composto selecionado a partir do grupo de:(i) um ácido dissulfônico de arila alquilada selecionado a partir do grupo que consiste na estrutura (III):

e a estrutura (IV):

SOÍH SO^Hem que cada um dentre R1 e R2 é igual ou diferente e é um grupo alquila linear ou ramificado com 6 a 16 carbonos, y é 0 a 3, z é 0 a 3 desde que y + z seja 1 a 4, n é 0 a 3, X é uma porção divalente selecionada a partir do grupo que consiste em -C(R3) (R4) -, em que cada um dentre R3 e R4 é H ou independentemente um grupo alquila linear ou ramificado de 1 a 4 carbonos e n é 1; -C(=O) - , em que n é 1; -S-, em que n é 1 a 3 e -S(O)2-, em que n é 1; e(ii) um derivado de (i) selecionado a partir do grupo que consiste nos anidridos, ésteres, ésteres ácidos sulfônicos bloqueados por epóxi, acetilatos, e sais de amina do mesmo, o qual é um hidrolisável ao ácido dissulfônico de arila alquilada, junto a todas as modalidades preferenciais daqueles ácidos sulfônicos, conforme descrito nas Patentes européias mencionadas.

[0068] De preferência, na composição de poliolefina usada para a produção do material isolante do módulo fotovoltaico, o catalisador de condensação de silanol está presente em uma quantidade de 0,0001 a 6 % em peso, mais preferencialmente de 0,001 a 2 % em peso, e com maior preferência de 0,02 a 0,5 % em peso.

[0069] De preferência, no material isolante final, o copolímero olefínico é reticulado a um grau de pelo menos 50 %, mais preferencialmente pelo menos 60 %, e com maior preferência pelo menos 70 %.

[0070] O material isolante final tem, de preferência, uma transmissão de luz hemisférica total maior do que 90 % de luz incidente a 400 a 1100 nm.

[0071] De preferência, o material isolante final tem umatemperatura de transição vítrea abaixo de -40 °C.

[0072] Ademais, de preferência, o material isolante final tem uma absorção de água de <0,5 % em peso a 20 °C/100 % de umidade relativa.

[0073] Adicionalmente, o material isolante final tem, de preferência, um módulo de tensão de 100 MPa ou menos, mais preferencialmente de 50 MPa ou menos, ainda mais preferencialmente de 30 MPa ou menos e com maior preferência de 25 MPa ou menos (ISO 527-2, 1 mm/min.).

[0074] Finalmente, o material isolante final tem, de preferência, uma temperatura de fragilidade de -40 °C ou menor.

[0075] No módulo fotovoltaico da invenção, a(s) camada(s) isolante(s) tem, de preferência, uma espessura de 0,1 a 5 mm, mais preferencialmente de 0,2 a 3 mm, e com maior preferência de 0,3 a 1 mm.

[0076] Na composição usada para a produção da camada isolante, além do copolímero olefínico que compreende unidades de monômero que contêm grupo silano e os componentes adicionais do catalisador de condensação de silanol pode estar presente.

[0077] No entanto, é preferencial que o copolímero olefínico que compreende unidades de monômero que contêm grupo silano esteja presente na composição para produzir a camada isolante em uma quantidade de pelo menos 30 % em peso, mais preferencialmente pelo menos 50 % em peso e com maior preferência pelo menos 90 % em peso.

[0078] Os aditivos preferenciais presentes na composição usada para a produção da camada isolante são absorventes de UV, estabilizador de UV e/ou antioxidantes.

[0079] Ademais, de preferência, um agente retardador de chamuscagem está presente na composição.

[0080] A quantidade de aditivos, de preferência, de absorventes de UV, estabilizador de UV, antioxidantes e/ou agente retardador de chamuscagem, os quais estão presentes na composição para produzir a camada isolante é, de preferência, 5 % em peso ou menos, mais preferencialmentede 3 % em peso ou menos.

[0081] O módulo fotovoltaico da invenção compreendeainda, preferencialmente, uma cobertura frontal protetora transparente. Qualquer tipo comum de cobertura frontal pode ser usado, como produzida a partir de vidro, resinas acrílicas, resinas de policarbonato, resinas de poliéster, e polímeros que contêm flúor.

[0082] Tipicamente, a espessura da cobertura frontal é de1 a 10 mm, mais preferencialmente de 2 a 6 mm.

[0083] A(s) camada(s) isolante(s) que compreende(m) umcopolímero olefínico que compreende unidades de monômero que contêm grupo silano, em quaisquer umas das modalidades descritas acima, é(são) adequada(s) para uso com as coberturas frontais de policarbonato, devido a fato de que uma temperatura mais baixa pode ser usada no processo de laminação para produzir o módulo fotovoltaico laminado. Portanto, em uma modalidade do módulo fotovoltaico da invenção, o módulo compreende uma cobertura frontal que compreende ou consiste em uma resina de policarbonato.

[0084] O módulo fotovoltaico da invençãopreferencialmente compreende, ainda, uma coberturaprotetora posterior ou inferior. Qualquer tipo de cobertura posterior pode ser usado, como uma folha metálica ou uma folha de camada única ou com múltiplas camadas, como um filme de uma resina termoplástica. Os exemplos do material protetor da cobertura posterior incluem metais, como estanho, alumínio e aço inoxidável, materiais inorgânicos, como vidro e materiais protetores de camada única ou com múltiplas camadas de poliéster, poliésteres metalizados por material inorgânico, resinas e poliolefinas que contém flúor. Uma cobertura posterior comumente usada é um laminado de três camadas produzido a partir de uma primeira camada de fluoreto de polivinila (PVF), uma camada de barreira de vapor d’ água, como um metal, por exemplo, uma camada de alumínio ou uma camada de tereftalato de polietileno, e uma segunda camada de fluoreto de polivinila (PVF). Tal filme de três camadas que compreende tereftalato de polietileno como camada intermediária também é denominada filme de TPT.

[0085] As possibilidades de uma temperatura de laminaçãoreduzida da invenção se abrem para materiais mais leves, mais amplos, menos sensíveis à hidrólise e mais baratos, por exemplo, polietileno e polipropileno de alta densidade, os quais também têm excelentes propriedades elétricas e de barreira. Portanto, em uma modalidade, o módulofotovoltaico da invenção é uma folha ou filme como uma cobertura protetora traseira ou inferior, a qual compreende polietileno e/ou polipropileno.

[0086] Usualmente, a espessura da cobertura posterior éde 50 a 500 micrômetros, mais preferencialmente de 80 a 250 micrômetros.

[0087] Tipicamente, o módulo fotovoltaico da invençãocompreende, ou consiste em, uma cobertura frontal, uma primeira camada isolante, elementos de célula solar que são interconectados por um material condutor, uma segunda camada isolante, e uma cobertura posterior, opcionalmente apoiada por um metal, como uma estrutura de alumínio.

[0088] No módulo fotovoltaico da invenção, pelo menosuma, porém, de preferência ambas, a(s) camada(s)isolante(s) compreende um copolímero olefínico quecompreende unidades de monômero que contêm grupo silano em qualquer uma das modalidades supradescritas.

[0089] A presente invenção também é direcionada a umprocesso para a produção de um módulo fotovoltaico que compreende a laminação de uma folha de um material isolante que compreende um copolímero olefínico, o qual compreende unidades de monômero que contêm grupo silano em qualquer uma das modalidades supradescritas para um elemento de célula solar.

[0090] Usualmente, a composição usada para a produção dacamada isolante é extrudado em uma folha que tem a espessura desejada.

[0091] É preferencial que, durante a extrusão, areticulação seja evitada tanto quanto possível, isto é, que não ocorra chamuscagem. Isso pode ser fornecido pelo uso de um agente retardador de chamuscagem, como descrito, por exemplo, no documento EP 449 939 ou US 5.350.812.

[0092] A reticulação da folha extrudada pode ser parcialou completamente executada antes da etapa de laminação para produzir o módulo fotovoltaico laminado final.

[0093] No entanto, a folha extrudada também pode serreticulada até o grau desejado somente durante ou após o processo de laminação.

[0094] O processo de laminação pode ser executado em um aparelho laminador convencional.

[0095] De preferência, a temperatura durante o processo de laminação é 150 °C ou menor, mais preferencialmente é 130 °C ou menor, e com maior preferência é 100 °C ou menor.

[0096] A pressão usada durante a laminação é usualmente abaixo de 2 bar, mais preferencialmente abaixo de 1 bar.

[0097] O tempo de laminação total é, de preferência, menos do que 30 min., mais preferencialmente menos do que 20 min., e com maior preferência menos do que 10 min.

[0098] A invenção se refere, ainda, ao uso de um copolímero olefínico que compreende unidades de monômero que contêm grupo silano, em qualquer uma das modalidades supradescritas, como um material isolante para elementos de célula solar.

[0099] A presente invenção será adicionalmente ilustrada por meio de um exemplo, e com referência às figuras a seguir:

[0100] A Figura 1 resulta de testes de descolamento que mostra a influência de grupos vinil trimetóxi nas resistências à adesão direcionadas ao alumínio.

[0101] A Figura 2 resulta de testes de descolamento após envelhecimento em água que mostra o aumento de resistência à adesão após o tratamento em água.

[0102] Uma folha útil como uma camada isolante de um módulo fotovoltaico foi produzida tendo início em uma composição com os componentes, conforme estabelecido na Tabela 1.

[0103] Três terpolímeros de etileno (Terpolímeros 1, 2 e3) consistem em silano de vinil trimetoxisilano (VTMS) e metacrilato (MA) ou butilacrilato (BA), respectivamente, foram produzidos em reatores tubulares comerciais a 2800 a 3300 bar e temperaturas de pico de 240 a 280°C.

[0104] Os polímeros são descritos na Tabela 1 ecomparados com o Polímero de EVA Elvax 150 (ExemploComparativo 1), o qual tem sido o material dominante para isolamento, em conformidade com as recomendações do “Projeto de arranjo de silício de placa lisa de baixo custo” executado no Laboratório de Propulsão a Jato. O projeto teve início em 1975 e a conseqüência do projeto é relatada em Paul B Willis, “Investigation of materials e processes for solar cell encapsulation”, Contrato de JPL 954527 S/L Projeto 6072:1, 1986 (doravante denominado ref.JPL).

[0105] Na Tabela 2, um sumário das propriedades chave de materiais isolantes para módulos PV é coletado com base na constatação no relatório do JPL (ref JPL).Tabela 2:

[0106] A Tabela 1 mostra que a incorporação de VTMS nae a substituição de vinilacetato por butilacrilato não resulta em quaisquer diferenças na resistência à tensão, módulo de tensão, propriedades elétricas e de baixa temperatura, bem como na dureza e no ponto de fusão. Também é mostrado que essas propriedades podem ser controladas pela quantidade molar do Comonômero 2. Conforme esquematizado em JPL, as propriedades ópticas e o módulo de tensão são controlados pela cristalinidade do polímero e, a fim de alcançar uma transmissão óptica aceitável, o teor de VA deve ser >25 % em peso (>9,8 % em mol).

[0107] A fim de controlar as propriedades de reticulação, uma fita de uma espessura de 0,5 mm foi produzida em uma extrusora de fita Brabender com uma razão de comprimento/diâmetro de 20. O ajuste de temperatura era 120 a 150 a 170°C. Antes da extrusão, os diferentes terpolímeros foram misturados com 5 % de um lote mestre que consiste em 96,5 % em peso de um copolímero de etileno butilacrilato (MFR2 = 7 g/10min, teor de BA = 17 % em peso), 1,5 % em peso de ácido sulfônico de dodecilbenzeno como catalisador de reticulação e 2 % em peso de 4,4- tiobis(2-terc.butil-5-metilfenol) como estabilizante. As fitas foram armazenadas por 24 horas e com 50 % de umidade relativa a 23 °C antes da determinação das propriedades de reticulação. O teor de gel foi determinado colocando-se fitas moídas em decalina de ebulição por 10 horas.

[0108] É possível concluir que todas as fitas baseadas em qualquer um dos terpolímeros 1 a 3 conferem graus de reticulação adequada como isolamento para módulos fotovoltaicos após o armazenamento em condições ambientes.

[0109] A fim de avaliar a resistência à hidrólise das fitas de reticulado, as fitas de reticulado de terpolímeros 1 e 3 foram armazenadas em água. Após a exposição, a resistência à tensão na ruptura, a elongação no rompimento, de acordo com ISO 37 (velocidade de teste de tensão = 500 mm/min.) e alterações de peso foram avaliados. Os resultados são relatados na Tabela 4.

[0110] Os resultados mostram que os terpolímeros 1 e 3 são resistentes à hidrólise em condições relevantes para módulos fotovoltaicos.

[0111] A fim de avaliar a estabilidade térmica de diferentes copolímeros possíveis, a seguintes amostras foram termotratadas em um analisador termogravimétrico a 333 °C em uma atmosfera de nitrogênio:EBA-4,3: Copolímero de etileno acrilato de butila (BA), teor de BA de 17 % em peso (4, 3 % em mol), MFR2 = 6 g/10min,EEA-4,8: Copolímero de etileno etilacrilato (EA),teor de EA de 15 % em peso (4,8 % em mol),MFR2 = 8 g/10min,EHEMA-1,8: Copolímero de etileno-metacrilato dehidróxil-etila (HEMA), teor de HEMA de 8 % em peso (1,8 %em mol), MFR2 = 1,5 g/10min,EMA-5,7: Copolímero de etileno-acrilato de metil,teor de MA de 15,6 % em peso (4,8 % em mol),MFR2 = 15 g/10min,EMMA-4,9: Copolímero de metacrilatode etileno de metila (MMA),teor de MMA de 14,1 % em peso (4,9 % em mol), MFR2 = 8 g/10min,EVA-6,7: Copolímero de etileno acetato de vinila (VA), teor de VA de 28 % em peso (6,7 % em mol), MFR2 = 8 g/10min.

[0112] Os resultados dos testes de estabilidade térmicasão mostrados na Tabela 5.

[0113] É evidente que os grupos mais preferenciais para o controle de cristalinidade de módulo fotovoltaico destinado a terpolímeros são macrilato de etila ou metacrilato de metila.

[0114] A fim de estudar a influência dos grupos silano devinil trimetóxi na adesão de polímeros a substratos polares, filmes de 200 μm de espessura de terpolímero 3 e um copolímero de etileno vinil trimetóxi silano que contém 2 % em peso de VTMS, MFR2 = 0,9 g/10 min., forampressionados colocando-se cada filme entre folhas metálicas de alumínio de 150 μm de espessura e pressionando-os a 250 °C por 10 segundos a uma pressão de 1,3 MPa.

[0115] Após uma semana em condições ambientes, a força dedescolamento foi testada em um Instron 1122 através de um teste de descolamento em T a 180°, com uma velocidade de tração de 200 mm/min. A largura da tira de teste era 25 mm. O mesmo procedimento de teste também foi realizado nos butilacrilatos de copolímero de etileno e copolímeros de ácido acrílico de etileno. O último é conhecido por conceder uma excelente resistência à adesão em substratos polares etileno. Os resultados dos testes são mostrados na Figura 1.

[0116] Os laminados que contêm grupo silano foramtratados mais adiante em água aquecida a 85°C por 37 horas e comparados a um laminado no qual o filme plástico era polietileno de baixa densidade tratado por corona (LDPE). Os resultados dos testes são mostrados na Figura 2. Os testes mostram que grupos silano de vinil trimetóxi tem um influência dramática na resistência à adesão que até mesmo aumenta após o tratamento na água.

Claims (12)

1. Módulo fotovoltaico caracterizado pelo fato de que compreende um elemento de célula solar e um material isolante laminado para pelo menos um lado do elemento de célula solar, em que o material isolante compreende um copolímero olefínico que compreende unidades de monômero que contêm grupo silano, em que a quantidade das unidades de monômero que contêm grupo silano no copolímero olefínico é de 0,1 a 10% em peso e a quantidade de unidades de comonômero adicionais no copolímero olefínico é de 5 a 60% em peso.

2. Módulo fotovoltaico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os grupos silano são pelo menos parcialmente reticulados.

3. Módulo fotovoltaico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteri zado pelo fato de que o copolímero olefínico compreende unidades de comonômero adicionais diferentes das unidades de monômero de olefina principais e das unidades de monômero que contêm grupo silano.

4. Módulo fotovoltaico, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as unidades de comonômero adicionais são unidades de comonômero polar.

5. Módulo fotovoltaico, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as unidades de comonômero polar são selecionadas a partir de ésteres de vinil carboxilato, acrilatos e alquiacrilatos, ácidos carboxílicos olefinicamente insaturados, ácido acrílico e derivados de ácido alquilacrílico, e éteres de vinila.

6. Módulo fotovoltaico, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as unidades de comonômero polar são selecionadas a partir de acrilatos de alquila C1- a C6, metacrilatos de alquila C1- a C6, ácido acrílico, ácido metacrílico e acetato de vinila.

7. Módulo fotovoltaico, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as unidades de comonômero polar compreendem um macrilato de etila e/ou um acrilato de metil alquil.

8. Módulo fotovoltaico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o copolímero olefínico é um copolímero de etileno.

9. Módulo fotovoltaico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o material isolante compreende adicionalmente um catalisador de condensação de silanol.

10. Módulo fotovoltaico, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o catalisador de condensação de silanol é um ácido sulfônico.

11. Processo para a produção de um módulo fotovoltaico conforme definido na reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que compreende a laminação de uma folha de um material isolante que compreende um copolímero olefínico que compreende unidades de monômero que contêm grupo silano para um elemento de célula solar.

12. Uso de um copolímero olefínico caracterizado pelo fato de que compreende unidades de monômero que contêm grupo silano como um material isolante para elementos de célula solar que estão presentes no módulo fotovoltaico conforme definido na reivindicação 1.

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