CZ291553B6

CZ291553B6 - Způsob výroby solárního modulu

Info

Publication number: CZ291553B6
Application number: CZ19961161A
Authority: CZ
Inventors: Ingrid Vaverka; Udo Gelderie; Karin Broering; Guenter Mattes; Bernhard Reul
Original assignee: Saint-Gobain Vitrage
Priority date: 1995-04-22
Filing date: 1996-04-22
Publication date: 2003-04-16
Also published as: MX9601498A; JPH0918047A; JP3803419B2; KR100493998B1; PT739042E; ES2304785T3; DE69637477T2; US5667595A; EP0739042A1; CZ116196A3; DE19514908C1; DE69637477D1; IN190081B; EP0739042B1; PL181139B1; TR199600333A3; KR960039448A; TR199600333A2

Abstract

Zp sob v²roby sol rn ho modulu, tvo°en ho p°edn deskou a zadn deskou, kter jsou v²hodn vytvo°eny ze skla, a sol rn mi l nky ulo en²mi mezi p°edn a zadn deskou, jeho podstata spo v v tom, e zb²vaj c dut² prostor mezi p°edn a zadn deskou se vypln reaktivn sm s schopnou reagovat za vzniku polyetherpolyurethanov prysky°ice, na e se reaktivn sm s vytvrd .\

Description

Způsob výroby solárního modulu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby solárního modulu, tvořeného přední deskou a zadní deskou, které jsou výhodně vytvořeny ze skla, a solárními články uloženými mezi přední a zadní deskou.

Dosavadní stav techniky

Solární moduly výše definovaného typu jsou známé a jejich různé formy se využívají ve stavebnictví a v průmyslu výroby motorových vozidel, kde se využívají za účelem převedení energie slunečního záření na elektrickou energii. Solární články jsou uloženy mezi přední a zadní deskou a fixovány zde zalitím reaktivní směsí schopnou reagovat za vzniku pryskyřice, která takto chrání solární články před působením povětrnostních vlivů.

Pryskyřice fixující solární články v sestavě solárního modulu musí splňovat celou řadu požadavků. Musí být například, stejně jako přední deska, vysoce propustná pro světelné paprsky, zejména v oblasti blízké infračervené části spektra, což je nezbytným předpokladem pro dosažení vysoké účinnosti solárních článků. Tato pryskyřice musí být rovněž odolná vůči působení ultrafialových paprsků a vlhkosti a konečně musí být zaručena její trvalá přilnavost k přední desce a k solárním článkům. Po vytvrzení musí tato pryskyřice mít pružnost, která eliminuje mechanická pnutí vznikající v důsledku rozdílných koeficientů teplotní roztažnosti jednotlivých materiálů použitých pro výrobu solárního modulu, čímž se zabrání deformaci solárního modulu a postupné ztrátě přilnavosti mezi jednotlivými povrchy prvků solárního modulu.

Podle patentového dokumentu DE 27 12 172 je možné pro zapouzdření solárních článků v sestavě solárního modulu použít materiály, jakými jsou například polykarbonáty, silikony, polyestery, akrylové pryskyřice a polymerovatelné produkty molekulových řetězců zejména s kovalentně vázanými uhlovodíky neobsahující naadované atomy halogenů, jako například polypropylen, polyizopren nebo polybutadien.

V patentovém dokumentu DE 28 25 034 se pro fixování solárních článků mezi přední a zadní deskou solárního modulu navrhuje použití pryskyřice obsahující složky na bázi kyseliny akrylové. Tento typ pryskyřice může obsahovat jak hlavní složku směs methakrylmethakrylátu a polyurethanového předpolymeru.

V patentovém dokumentu DE 34 28 775 se zase pro výrobu solárního modulu výše definované struktury, tvořené solárními články uloženými mezi přední a zadní deskou solárního modulu doporučuje použití EVA, EMA, akrylových pryskyřic, silikonových elastomerů, PVB, epoxidových pryskyřic nebo alifatických polyesterurethanů.

Požadavky kladené na uvedenou pryskyřici jsou v rámci výroby solárních článků tím náročnější, čímž větší je velikost solárního modulu. Zatímco známé pryskyřice poskytují zcela uspokojivé výsledky při výrobě solárních modulů malých rozměrů, poskytuje většina těchto pryskyřic málo uspokojivé výsledky v případě, že se jedná o výrobu větších modulů, určených zejména pro stavebnictví. V této souvislosti je třeba uvést, že při použití akrylátů, které se v praxi běžně používají pro výrobu malých solárních modulů, vyvolává zmenšování objemu, ke kterému dochází při vytvrzování pryskyřice v případě výroby velkých solárních modulů, velká pnutí, která mají v průběhu času za následek, ztrátu pojící schopnosti pryskyřice a vznik trhlin na rozhraní mezi pryskyřicí a solárními články a přední a zadní deskou solárního modulu.

V takovém případě je možné vyhnout se těmto nežádoucím jevům pouze použitím vysoce plastických a pružných akrylátových pryskyřic.

Vrstva pryskyřice má však v tomto případě pouze velmi nízkou mechanickou pevnost, takže solární moduly nesplňují pevnostní parametry bezpečnostního skla, kteréžto parametry se doporučují pro fasádové instalace skleněných prvků.

Ostatní materiály, jako například silikony, nejsou rovněž vhodné pro výrobu solárních modulů větších rozměrů a to mezi jinými i z důvodu nedostatečné mechanické pevnosti, zejména z důvodu nižší pevnosti v přetržení a malé tuhosti. Pokud jde o použití alifatických polyesterurethanů, bylo prokázáno, že toto použití není pro výrobu solárních modulů rovněž vhodné. I když je známo, že pryskyřice na bázi polyesterurethanů se vytvrzují prakticky bez zmenšení jejich objemu, bylo zjištěno, že polyurethany na bázi polyesterpolyolů postupně podléhají stárnutí mechanismem hydrolýzy. Vzhledem ktomu mají solární moduly obsahující jako pryskyřici polyesterpolyurethan nedostatek spočívající vtom, že je není možné použít bez utěsnění jejich okrajů. Jinak by totiž nebylo možné dlouhodobě zabránit poškozování okrajových částí solárního modulu působením zejména atmosférické vlhkosti.

Cílem vynálezu je proto nalezení materiálu, který by byl vhodný pro fixování solárních článků v sestavě solárního modulu. U takového materiálu by nemělo při vytvrzování docházet ke změně objemu tohoto materiálu a vlastnosti tohoto materiálu by neměly být zhoršeny působením vlhkosti. Při výrobě solárního modulu by tento materiál měl mít vhodné viskozitní chování, měl by mít vysokou adhezi k povrchu solárních článků a přední a zadní desky, měl by mít vysokou pevnost v roztržení, dobrou mechanickou pevnost, jakož i dostatečnou pružnost. Tento materiál by navíc měl mít vysekou propustnost pro světelné paprsky, měl by být odolný proti působení ultrafialového záření a měl by si uvedené vlastnosti zachovávat po dlouhou dobu a tedy by měl být dlouhodobě odolný proti poškození.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je způsob výroby solárního modulu, tvořeného přední deskou a zadní deskou, které jsou výhodně vytvořeny ze skla, a solárními články uloženými mezi přední a zadní deskou, jehož podstata spočívá vtom, že zbývající dutý prostor mezi přední a zadní deskou se vyplní reaktivní směsí schopnou reagovat za vzniku polyetherpolyurethanové pryskyřice, načež se reaktivní směs vytvrdí.

Výhodně se jako reaktivní směs použije směs tvořená jedním alifatickým izokyanátovým předpolymerem a alespoň jedním polyetherpolyolem. Výhodně se jako alifatický izokyanátový předpolymer použije trifunkční alifatický polyizokyanát na bázi 1,6-hexamethylendiizokyanátu, mající strukturu biuretu nebo izokyanurátu, obsah skupin NCO v rozmezí 12,6 až 28 % hmotnosti a střední molekulovou hmotnost v rozmezí 450 až 1000 g/mol. Výhodně se jako polyetherpolyol použije polyetherpolyol na bázi trimethylolpropanu a propylenoxidu v obsahem skupin OH v rozmezí 5,1 až 12,8% hmotnosti a střední molekulovou hmotností v rozmezí 400 až 1000 g/mol. Výhodně se použije reaktivní směs s poměrem skupin NCO/OH v rozmezí 0,3 až 0,8. Výhodně se použije reaktivní směs s poměrem skupin NCO/OH rovným 0,5. Výhodně se k reaktivní směsi přidá přísada zlepšující přilnavost finální polyetherpolyurethanové pryskyřice k přední a zadní desce a k solárním článkům, jakou je například silan, výhodněji aminosilan. Výhodně se k reaktivní směsi přidá přísada chránící proti účinkům ultrafialového záření, výhodněji stéricky bráněný amin. Výhodně se k reaktivní směsi přidá katalyzátor urychlující vytvrzení pryskyřice, tvořený dibutylcíndilaurátem. Výhodně se vytvrzení reaktivní směsi provádí za přetlaku v rozmezí 0,03 až 0,1 MPa.

Solární moduly obsahující polyetherpolyurethan jako pryskyřici fixující solární články v sestavě solárního modulu vykazují na rozdíl od ostatních známých pryskyřic požadované vlastnosti v každém ohledu. Zejména u nich nebyla pozorována ztráta pojící schopnosti a ani nebyla pozorována ztráta pojící schopnosti a ani nebylo pozorováno její žloutnutí po provedení náročné

-2CZ 291553 B6 zkoušky stárnutí, provedené působením tepla, chladu, teplotních změn, záření a vlhkosti. Vlhkost rovněž nezpůsobila tmavnutí okrajových částí solárního modulu. Pokud jde o viskozitu uvedené pryskyřice, lze tuto viskozitu regulovat volbou množství uvedených složek ve směsi izokyanátu a polyolu, přičemž hodnota viskozity musí být samozřejmě v rámci požadovaných mezí. Prováděním vytvrzení reaktivní směsi za přetlaku v rozmezí 0,03 až 0,10 MPa je možné zcela potlačit tvorbu bublin v pryskyřici, ke které by jinak docházelo v důsledku uvolňování oxidu uhličitého.

Příklady provedení vynálezu

V rámci tohoto příkladu byl zkonstruován solární modul o velikosti 1 x 1 m. Zadní a přední deska byla vyrobena z tabulí plavného skla mající tloušťku 5 mm. Přední deska je vytvořena z flintového skla, které má mimořádně vysokou propustnost světelného a tepelného záření. Nejprve byly na zadní desku nacházející se v horizontální poloze rozmístěny a upevněny solární články, načež byly tyto články elektricky propojeny a vývody tohoto elektrického propojení byly vyvedeny podél okrajů zadní desky na požadované místo nacházející se na vnější straně získané sestavy. Potom byl podél okraje zadní desky nanesen, například vytlačením pruh přilnavé hmoty, který zajišťuje jedna utěsnění okrajů budoucího solárního modulu a jednak představuje distanční prvek zachovávající mezeru mezi zadní a posléze přiloženou i přední deskou. Ve dvou diagonálně protilehlých rozích byly instalovány kovové trubice, které jsou určeny pro zavedení reaktivní směsi do prostoru mezi přední a zadní deskou a pytlačení vzduchu z tohoto prostoru. Následně se uloží i přední deska a zadní a přední deska se vzájemně sepnou tak, aby mezi nimi byla zachována požadovaná vzdálenost.

V rámci přípravy reaktivní směsi se 500 mg trifunkčního polyizokyanátu, obsahujícího biuretové skupiny na bázi 1,6-hexamethylendiizolkyanátu a s průměrnou molekulovou hmotností 550g/mol, smísí v průběhu lOminutového míchání při okolní pokojové teplotě s 800 g trifunkčního polyolu na bázi trimethylolpropanu s obsahem skupin OH tvořícím 11,8% hmotnostních a průměrnou molekulovou hmotností 430 g/mol. Jako přísady bylo použito 0,5 g, dibutylcíndilaurátu ve funkci katalyzátoru, 50 g stéricky bráněného aminu jako prostředku chránícího před účinky světla a 5 g aminosilanu ve funkci prostředku zlepšujícího přilnavost. Poměr NCO/OH v této směsi byl roven 0,5. Po homogenizaci měla tato směs viskozitu 1400 mPa.s při teplotě 20 °C.

Získaná reaktivní směs byla potom zavedena do prostoru mezi přední a zadní deskou při poloze solárního modulu ve vertikální poloze a to prostřednictvím dole se nacházející kovové trubice, přičemž vzduch vytlačovaný zaváděnou reaktivní směsí opouštěl prostor mezi přední a zadní deskou kovovou trubicí nacházející se vhodní části solárního modulu. Po naplnění vnitřního prostoru solárního modulu se obě kovové trubice odstraní a otvory po nich se uzavřou přilnavou hmotou.

Takto vyplněný solární modul se potom uloží do autoklávu, ve kterém je teplota 40 °C a přetlak 0,06 MPa. Za těchto podmínek reaktivní směs zcela zpolymeruje a vytvrdí se v průběhu 60 minut. Po vyjmutí z autoklávu a vychladnutí je solární modul připraven k použití.

Claims

1. Způsob výroby solárního modulu, tvořeného přední deskou a zadní deskou, které jsou výhodně vytvořeny ze skla, a solárními články uloženými mezi přední a zadní deskou, vyznačený tím, že zbývající dutý prostor mezi přední a zadní deskou se vyplní reaktivní směsí schopnou reagovat za vzniku polyetherpolyurethanové pryskyřice, načež se reaktivní směs vytvrdí.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že jako reaktivní směs použije směs tvořená alespoň jedním alifatickým izokyanátovým předpolymerem a alespoň jedním polyetherpolyolem.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že se jako alifatický izokyanátový předpolymer použije trifunkční alifatický polyizokyanát na bázi 1,6-hexamethylendiizokyanátu mající strukturu biuretu nebo izokyanurátu, obsah skupin NCO v rozmezí 12,6 až 28 % hmotnosti a střední molekulovou hmotnost v rozmezí 450 až 1 000 g/mol.

4. Způsob podle nároku 2 nebo 3, vy z n a č e n ý tím, že se jako polyetherpolyol použije polyetherolyol na bázi trimethylolpropanu a propylenoxidu s obsahem skupin OH v rozmezí 5,1 až 12,8 % hmotnosti a střední molekulovou hmotností v rozmezí 400 až 1 000 g/mol.

5. Způsob podle některého z nároků laž4, vyznačený tím, že se použije reaktivní směs s poměrem skupin NCO/OH v rozmezí 0,3 až 0,8.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačený tím, že se použije reaktivní směs s poměremskupin NCO/OH rovným 0,5.

7. Způsob podle některého z nároků laž6, vyznačený tím, žesek reaktivní směsi přidá přísada zlepšující přilnavost finální polyetherpolyurethanové pryskyřice k přední a zadní desce a k solárním článkům, jakou je například sílán, vhodně aminosilan.

8. Způsob podle některého z nároků laž7, vyznačený tím, žesek reaktivní směsi přidá přísada chránící proti účinkům ultrafialového záření, výhodně stéricky bráněný amin.

9. Způsob podle některého z nároků laž8, vyznačený tím, žesek reaktivní směsi přidá katalyzátor urychlující vytvrzení pryskyřice tvořený dibutylcíndilaurátem.

10. Způsob podle některého z nároků 1 až 9, vyznačený tím, že se vytvrzení reaktivní směsi provádí za přetlaku v rozmezí 0,03 až 0,1 MPa.