ES2304785T3 - Procedimiento de fabricacion de un modulo solar. - Google Patents

Abstract

DURANTE LA FABRICACION DE UN MODULO SOLAR, QUE COMPRENDE UNA PLACA DE VIDRIO FRONTAL, UNA PLACA DE SOPORTE TRASERO, ASI COMO CELULAS SOLARES COLOCADAS ENTRE ESTAS DOS PLACAS, EL ESPACIO HUECO ENTRE ESTAS MISMAS PLACAS SE LLENA CON UNA RESINA COLADA APTA PARA ENDURECERSE, QUE COMPRENDE UNA MEZCLA POR REACCION DE UN PREPOLIMERO DE ISOCIANATO ALIFATICO Y DE UN POLIETEROPOLIOL.

Description

Procedimiento de fabricación de un módulo solar.

La invención se refiere a la fabricación de un módulo solar que comprende una placa de vidrio frontal, una placa-soporte trasera, así como células solares colocadas entre estas placas, estando lleno el espacio hueco entre estas mismas placas de una resina colada apta para endurecerse.

Los módulos solares de este tipo son conocidos bajo diferentes formas y pueden ser empleados igualmente en el sector de la construcción y del automóvil, con el fin de producir corriente eléctrica a partir de la energía solar. Aquí, las células solares se colocan entre las dos placas y se recubren con una capa de resina colada, con el fin de protegerlas de las influencias atmosféricas.

La resina colada debe cumplir toda una serie de exigencias. Así, por ejemplo, es preciso, al igual que la placa de vidrio frontal, que posea una fuerte transparencia a los rayos luminosos, especialmente en el dominio de los rayos infrarrojos próximos, con el fin de permitir un alto rendimiento para las células solares. Además, la resina colada debe mostrarse insensible a los rayos ultravioletas y a la humedad. Finalmente, debe estar asegurada una adherencia correcta y duradera a la placa de vidrio frontal y a las células solares. Además, la resina endurecida debe presentar una elasticidad tal que las tensiones mecánicas que intervienen en razón de que las diferencias de coeficientes de dilatación térmica de los diferentes materiales sean débiles en la capa de polímero y que no puedan causar por tanto la deformación del módulo ni la separación de las superficies adhesivas.

La patente DE 27 12 172 A1 presenta el medio de utilizar, como material de encapsulación de las células solares, policarbonatos, siliconas, epóxidos, poliésteres, resinas acrílicas y productos polimerizables de moléculas en cadena, principalmente con los hidrocarburos unidos por covalencia, sin átomo de halógeno añadido, como por ejemplo polipropileno, poliisopreno o polibutadieno.

La patente DE 28 25 034 A1 propone por su lado emplear, para recubrir las células solares entre las dos placas, una resina que contiene componentes de ácido acrílico. Este tipo de resina puede tener como componente principal una mezcla de metacrilmetacrilato y de prepolímero de poliuretano.

El documento DE 34 28 775 A1 aconseja en cambio el empleo de EVA, de EMA, de resinas acrílicas, de elastómeros de siliconas, de PVB, de resinas epoxídicas o de poli(éster-uretanos) alifáticos para fabricar módulos solares que tienen la estructura citada anteriormente, con el fin de insertar las células solares entre las dos placas.

El documento EP-A2-0 269 469 describe una capa de cobertura transparente en poliuretano, elástica, flexible, para sustratos transparentes de vidrio o de materia plástica.

El documento E.F CUDDIHY et Al "Encapsulation material for terrestrial photovoltaic modules" Extended Abstracts, vol 82-1, mai 1982, pages 84-85, Princeton, New Jersey US describe el empleo de una resina de poliéter-poliuretano para encapsular los módulos solares.

Las exigencias en lo que se refiere a las propiedades de la resina colada para la producción de módulos solares son tanto más elevadas cuando los módulos son de gran tamaño. Mientras que las resinas conocidas dan resultados completamente satisfactorios en cuanto a la realización de módulos solares de pequeño formato, la mayoría de las resinas conocidas para este objetivo presentan problemas cuando se trata de fabricar módulos más grandes, como es especialmente el caso en el sector de la construcción. Se ha podido constatar así que utilizando acrilatos, tales como los que se emplean en la práctica, la reducción en volumen de la resina, durante su endurecimiento, provocaba importantes tensiones que, al cabo del tiempo, causaban fenómenos de separación entre la resina y las células
solares.

En este caso, no es posible evitar tales fenómenos más que colando las resinas de acrilato muy plásticas, muy flexibles.

Pero entonces, la capa de resina no tiene más que una resistencia mecánica muy reducida, aunque el módulo solar no pueda presentar las propiedades del vidrio de seguridad, que sin embargo son recomendadas para la instalación en fachadas.

Otros materiales, tales como las siliconas, ya no son adaptados para uso en módulos solares de gran formato, igualmente en razón de sus propiedades mecánicas insuficientes (especialmente a causa de una menor resistencia al desgarre y de una mala compactibilidad). El uso de poli(éster-uretanos) alifáticos no se ha revelado más satisfactorio. Aunque es verdad que las resinas basadas en poli(éster-uretanos) son también conocidas por endurecerse sin sufrir prácticamente la menor reducción de volumen, se ha podido constatar sin embargo que los poliuretanos basados en poliéster-poliol se desintegran progresivamente por hidrólisis. Por eso los módulos solares que comprenden una capa intermedia hecha de poliéster-poliuretanos presentan el inconveniente de no poder ser utilizados sin proporcionar una estanquidad suplementaria de los bordes, pues en caso contrario, sería imposible evitar que a largo plazo, la región de los bordes del módulo sea deteriorada por la humedad.

La invención tiene por objetivo encontrar un material que se adapte, desde el punto de vista de los diferentes aspectos y más particularmente como resina colada, al recubrimiento de las células fotoeléctricas para los módulos solares. El material polimérico no deberá (entre otras cosas) causar variaciones de volumen después del endurecimiento, ni modificarse bajo el efecto de la humedad y deberá presentar, durante el proceso de fabricación del módulo solar, un comportamiento adaptado desde el punto de vista de la viscosidad, una alta adherencia a la superficie de las placas y de las células solares, una fuerte resistencia al desgarre, buenas propiedades de compactibilidad, así como propiedades particulares y marcadas desde el punto de vista de la elasticidad gomosa. Además, este material deberá presentar una fuerte transparencia a los rayos luminosos, mostrarse insensible a los rayos ultravioletas y conservar a largo plazo las propiedades mencionadas, es decir resistir en gran medida a la alteración.

Se ha podido constatar que los módulos solares que contienen un polieter-poliuretano como resina colada presentaban desde todos los puntos de vista las propiedades deseadas, al contrario que las demás resinas conocidas. Así, especialmente, no se observa ni el fenómeno de deslaminación, ni el amarilleo después de la realización de un ensayo de envejecimiento forzado, obtenido bajo el efecto del calor, del frío, de las variaciones de temperaturas, de las radiaciones y de la humedad. La humedad no provoca tampoco oscurecimiento en la zona de los bordes. La viscosidad de la resina puede en cuanto a ella variar según la elección de las dosis en la mezcla de los componentes de isocianato y de poliol, por supuesto respetando siempre los limites deseados. El procedimiento de la invención se define en la reivindicación 1.

Se emplean como resina colada, en conformidad con un aspecto de la invención, mezclas de reacción constituidas por uno o varios prepolímeros de isocianato alifáticos y por uno o varios poliéter-polioles. Ciertas mezclas de reacción han pasado especialmente sus pruebas, para las cuales los componentes de isocianato se han preparado de un poliisocianato alifático trifuncional basado en 1,6-diisocianato de hexametileno con estructura de biuret o isocianurato, con un contenido en grupos NCO que pueden representar de 12,8 a 28% del peso y un peso molecular medio de 450 a
1000 g/mol, mientras que los componentes de poliol consisten en un poliéter-poliol basado en trimetilolpropano y de óxido de propileno, con un contenido en grupos OH de 5,1 a 12,8% del peso y un peso molecular medio de aproximadamente 400 a 1000 g/mol.

Según un aspecto de la invención, se añaden a la mezcla de reacción, como aditivos, un catalizador para la aceleración de la reacción de endurecimiento, pudiendo ser este catalizador dilaurato de dibutilestaño, un producto que absorbe los rayos ultravioletas, en particular basado en una amina con impedimento estérico, así como un silano, con el fin de aumentar la adherencia de la capa de resina a la placa de vidrio, a la placa-soporte y a las células solares.

La reacción de endurecimiento se lleva a cabo con preferencia a una temperatura elevada, que puede estar comprendida entre aproximadamente 30º y 50ºC. Además se ha revelado ventajoso realizar según la invención esta reacción en un autoclave, bajo una ligera sobrepresión, del orden de 3\cdot10^{4} Pa a 1\cdot10^{5} Pa (0,3 a 1 bar). Por esta sobrepresión, durante la polimerización, se consigue suprimir totalmente una eventual formación de burbujas en la resina, que serían causadas por la emisión de dióxido de carbono.

Un ejemplo de realización interesante según el procedimiento conforme a la invención se presenta a continuación:

Se construye un módulo solar de 1 x 1 m^{2} : la placa-soporte trasera, como la placa frontal, son las dos de material transparente, aquí con las hojas de vidrio flotado de aproximadamente 5 mm de espesor. La placa de vidrio frontal está con preferencia constituida por un vidrio extra blanco, es decir capaz de una transmisión particularmente alta para los rayos luminosos y térmicos.

Se colocan y se fijan ante todo las células solares sobre la placa-soporte, colocada ella misma horizontalmente en la posición deseada, después se conectan eléctricamente las células entre ellas y se realizan las conexiones eléctricas hacia el exterior en el lado deseado, sobre el borde de la placa-soporte de vidrio. Se deposita a continuación una banda de goma a lo largo del borde de la lámina, por ejemplo por extrusión, sirviendo la banda por una parte para garantizar la estanqueidad de los bordes del módulo solar por otra parte para mantener una separación entre las dos
hojas.

Se instalan en dos esquinas, opuestas en diagonal, segmentos de tubo metálico, que permitirán posteriormente llenar el espacio hueco comprendido entre las dos hojas y vaciarle de aire. Se instala a continuación la placa frontal, y después estas dos hojas se aprietan una contra otra de manera que dejen entre ellas el espacio deseado.

Para producir la masa de resina colada, con la que se llena el espacio hueco comprendido entre las hojas de vidrio, se mezclan con agitación, durante 10 minutos y a temperatura ambiente, 500 gramos de un poliisocianato trifuncional (esencial), que contiene los grupos de biuret, basado en 1,6-diisocianato de hexametileno con un contenido en grupos NCO libres que constituyen el 23% del peso y que tiene un peso molecular medio de 550 g/mol, con 800 gramos de un poliol trifuncional basado en trimetilolpropano con un contenido en grupos OH que constituyen el 11,8% del peso y que tiene un peso molecular medio de 430 g/mol. Se utilizan como aditivos 0,5 g de dilaurato de dibutilestaño (como catalizador), 50 g de una amina con impedimento estérico (como medio de protección frente a la luz) y 5 g de un aminosilano (como promotor de adherencia). La relación NCO/OH en la mezcla es de 0,5. Después de homogenización, esta mezcla presenta una viscosidad de aproximadamente 1400 mPa.s (1400 CP), a una temperatura de 20ºC.

A continuación se vierte esta mezcla de resina en el espacio hueco comprendido entre las dos hojas de vidrio, estando colocado el módulo solar con preferencia en una posición casi vertical. La masa de resina se inyecta por el tubo inferior, mientras que el superior permite la evacuación del aire. Después de este llenado, se quitan los dos tubos metálicos y se cierran las aberturas por medio de una masa de cola.

El módulo solar lleno de esta manera y por tanto exento de burbujas, se pone a continuación en un autoclave. La temperatura de este último se lleva a aproximadamente 40ºC y la sobrepresión en el autoclave alcanza casi 60000Pa (0,6 bar). En estas condiciones, la resina se polimeriza y se endurece totalmente después de 60 minutos.

Cuando sale del autoclave, el módulo solar está listo para su empleo.

Claims (9)

1. Un procedimiento de fabricación de un módulo solar que comprende una placa frontal y una placa-soporte trasera, con preferencia de vidrio, y células solares colocadas entre ellas, estando lleno el espacio hueco creado entre la placa frontal y la placa-soporte con una resina de poliéter-poliuretano colada apta para endurecerse, caracterizado porque el módulo solar se somete, a lo largo de la reacción de endurecimiento de la resina, a una sobrepresión que puede variar de aproximadamente 3\cdot10^{4} Pa a 1\cdot10^{5} Pa (0,3 a 1 bar).

2. El procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se emplea como resina colada, una mezcla de reacción, compuesta de uno o varios prepolímeros de isocianato alifáticos y de uno o varios poliéter-polioles.

3. El procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque se emplea, como componente de isocianato, un poliisocianato alifático trifuncional basado en 1,6-diisocianato de hexametileno, una estructura de biuret o de isocianurato, con un contenido en grupos NCO de 12,6 a 28% del peso y un peso molecular medio de aproximadamente 450 a 1000 g/mol.

4. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se emplea, como componente de poliol, un poliéter-poliol basado en trimetilolpropano y óxido de propileno con un contenido en grupos OH que puede variar de 5,1 a 12,8% del peso y un peso molecular medio de aproximadamente 400 a 1000 g/mol.

5. El procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se emplea una mezcla de resina con una relación NCO/OH que puede variar de 0,3 a 0,8.

6. El procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque se emplea una mezcla de resina con una relación NCO/OH de 0,5.

7. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se añade a la resina colada un promotor de adherencia, tal como un silano, con preferencia un aminosilano, con el fin de aumentar la adherencia de la resina a la placa de vidrio frontal, a la placa-soporte y a las células solares.

8. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se añade a la resina un aditivo que protege de los rayos ultravioletas, aditivo que puede estar especialmente basado en una amina con impedimento estérico.

9. El procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque se añade a la mezcla de reacción dilaurato de dibutilestaño como catalizador, con el fin de acelerar la reacción de endurecimiento.