ES2554371T3 - Obtención de módulos de pila solar - Google Patents

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Abstract

Empleo de a) al menos un poli((met)acrilato de alquilo) y b) al menos un compuesto según la fórmula (I)**Fórmula** donde los restos R1 y R2, independientemente entre sí, representan un resto alquilo o cicloalquilo con 1 a 20 átomos de carbono, para la producción de módulos de pila solar.

Description

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Adhesivos de silano apropiados incluyen viniltriclorosilano, vinil-tris(β-metoxietoxi)silano, viniltriletoxisilano, viniltrimetoxisilano, ɣ-metacriloxipropiltrimetoxisilano, β-(3,4-epoxiciclohexil)etiltrimetoxisilano, ɣglicidoxipropilmetildietoxisilano, N-β-(aminoetil)-ɣ-aminopropiltrimetoxisilano, N-β-(aminoetil)-ɣaminopropilmetildimetoxisilano, ɣ-aminopropiltrietoxisilano, N-fenil-ɣ-aminopropiltrimetoxisilano, ɣmercaptopropiltrimetoxisilano y ɣ-cloropropiltrimetoxisilano.
Las fracciones relativas de POLI((MET)ACRILATO DE ALQUILO) ((met)acrilato de polialquilo) y de compuesto según la fórmula (I) se pueden seleccionar libremente en principio.
Éstas se presentan convenientemente en una masa de moldeo común. Las masas de moldeo especialmente preferentes comprenden, referido en cada caso a su peso total,
a) un 90 % en peso a un 99,999 % en peso de POLI((MET)ACRILATO DE ALQUILO) ((met)acrilato de polialquilo), y
b) un 0,001 % en peso a un 0,03 % en peso de compuesto según la fórmula (I).
La incorporación de compuestos en una masa de moldeo común se puede efectuar según los procedimientos conocidos por la literatura, a modo de ejemplo mediante mezclado con el polímero antes de la elaboración subsiguiente a temperatura más elevada, mediante adición a la fusión de polímero, o mediante adición al polímero suspendido o disuelto durante su elaboración. En caso dado, también se puede añadir los mismos ya a las sustancias de partida para la obtención del polímero, y no pierden su capacidad de absorción, tampoco en presencia de otros estabilizadores lumínicos y térmicos habituales, agentes oxidantes y reductores, y similares.
Una masa de moldeo especialmente preferente para los fines de la presente invención posee una temperatura de reblandecimiento no inferior a 80ºC (temperatura de reblandecimiento Vicat VET (ISO 306-B50)). Por lo tanto, en especial es apropiada como agente de solidificación para módulos de pila solar, ya que no comienza a fluir, incluso si el módulo se expone a temperaturas elevadas durante el empleo.
También son especialmente ventajosas masas de moldeo que presentan una transparencia total relativamente elevada, y que impiden de este modo un descenso del rendimiento de la pila solar, que podría ser causado por pérdida óptica del agente de solidificación, en especial en el caso de aplicación de la masa de moldeo como agente de solidificación en módulos de pila solar. Por encima del intervalo de longitudes de onda de 400 nm a menos de 500 nm, la transparencia total es, preferentemente, al menos de un 90 %. Por encima del intervalo de longitudes de onda de 500 nm a menos de 1000 nm, la transparencia total es, preferentemente, al menos de un 80 % (medida por medio del fotómetro espectral Lambda 19 de la firma Perkin Elmer).
Además, también son ventajosas masas de moldeo que poseen una resistencia de derivación de 1 – 500 kΩ x cm2. Se evita en lo posible un descenso de rendimiento de la pila solar debido a cortocircuitos.
Las masas de moldeo que contienen los citados componentes son apropiadas en especial como agente de solidificación para módulos de pila solar. Además, éstos se emplean preferentemente para la producción de los denominados concentradores lumínicos. En este caso se trata de componentes que concentran luz con eficiencia elevada en una superficie lo más reducida posible, es decir, alcanzan una intensidad de irradiación elevada. En este caso no es necesario generar una imagen de la fuente lumínica.
Concentradores lumínicos especialmente ventajosos para los fines de la presente invención son lentes convergentes, que recogen y concentran en el plano focal la luz irradiada en paralelo. En este caso se focaliza en el punto focal especialmente la luz irradiada en paralelo al eje óptico.
Las lentes convergentes pueden ser biconvexas (abombadas hacia fuera a ambos lados), planoconvexas (1 lado plano, 1 lado convexo), o cóncavo-convexas (1 lado abombado hacia dentro, 1 lado abombado hacia fuera), pudiendo estar el lado convexo preferentemente más abombado que el cóncavo. Lentes convergentes especialmente preferentes según la invención comprenden al menos una zona convexa, habiéndose mostrado muy especialmente ventajosas estructuras planoconvexas.
En el ámbito de una forma especialmente preferente de ejecución de la invención, los concentradores lumínicos presentan la estructura de una lente concéntrica de Fresnel. En este caso se trata de una lente óptica que, mediante el principio de construcción aplicado, conduce generalmente a una reducción de peso y volumen, lo cual tiene un impacto en especial en el caso de lentes grandes con amplitud focal corta.
La reducción de volumen se efectúa en la lente concéntrica de Fresnel mediante una división en zonas anulares. En cada una de estas zonas se reduce el grosor, de modo que la lente adquiere una serie de etapas anulares. Ya que la luz se refracta sólo en la superficie de la lente, el ángulo de refracción no es dependiente del grosor, sino sólo del
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ángulo entre ambas superficies de una lente. Por lo tanto, la lente mantiene su amplitud focal, aunque la calidad de imagen se reduce debido a la estructura gradual. En el ámbito de una primera forma especialmente preferente de ejecución de la presente invención se emplean lentes de simetría rotativa con una estructura tipo Fresnel respecto al eje óptico. Estas concentran la luz en una dirección sobre un punto.
En el ámbito de otra forma especialmente preferente de ejecución de la presente invención se emplean lentes lineales con estructura tipo Fresnel, que concentran la luz en un plano.
Por lo demás, el módulo de pila solar puede presentar una estructura conocida en sí. Este comprende preferentemente al menos un elemento fotovoltaico, que está insertado y laminado convenientemente entre una placa y una pared posterior, estando fijadas la placa y la pared posterior de modo conveniente al elemento fotovoltaico, en cada caso con un medio de fijación. En este caso, el módulo de pila solar, en especial la placa, la pared posterior y/o el medio de fijación, contienen preferentemente los componentes empleados según la invención, es decir, el (met)acrilato de polialquilo y el compuesto según la fórmula (I).
En el ámbito de una forma muy especialmente preferente de ejecución de la presente invención, el módulo de pila solar comprende
a) al menos un elemento fotovoltaico,
b) al menos un concentrador lumínico, que contiene al menos un POLI((MET)ACRILATO DE ALQUILO) ((met)acrilato de polialquilo), y
c) al menos una placa transparente, que contiene al menos un compuesto según la fórmula (I).
A continuación se describe una estructura especialmente ventajosa de un módulo de pila solar, bajo referencia ocasional a las figuras 1 a 2B.
El módulo de pila solar según la invención comprende preferentemente un elemento fotovoltaico 101, una placa 103, que cubre el lado delantero del elemento fotovoltaico 101, un primer medio de fijación 102 entre el elemento fotovoltaico 101 y la placa 103, una pared posterior 105, que cubre el lado posterior 104 del elemento fotovoltaico 101, y un segundo medio de fijación 104 entre el elemento fotovoltaico 101 y la pared posterior 105.
El elemento fotovoltaico comprende preferentemente una capa semiconductora fotoactiva sobre un sustrato conductor como un primer electrodo para la transformación de luz y una capa transparente conductora como segundo electrodo, que está formado sobre el mismo.
En este contexto, el sustrato conductor comprende preferentemente acero inoxidable, mediante lo cual se mejora adicionalmente la resistencia de adherencia del medio de fijación al substrato.
Un electrodo colector, que contiene cobre y/o plata como componente, se forma preferentemente sobre el lado fotosensible del elemento fotovoltaico, y se pone en contacto un POLI((MET)ACRILATO DE ALQUILO) ((met)acrilato de polialquilo), que contiene, de modo preferente, al menos un compuesto según la fórmula (I), particularmente con el electrodo colector.
La superficie fotosensible del elemento fotovoltaico se cubre de modo conveniente con un POLI((MET)ACRILATODE ALQUILO) ((met)acrilato de polialquilo), que contiene preferentemente al menos un compuesto según la fórmula (I), y después se dispone preferentemente una película delgada de polímero de fluoruro como capa más externa sobre el mismo.
El primer medio de fijación 102 protegerá el elemento fotovoltaico 101 de una acción externa, cubriendo irregularidades de la superficie fotosensible del elemento 101. Además, esto sirve también para unir la placa 103 al elemento 101. Por lo tanto, presentará una elevada estabilidad a la intemperie, una gran adhesión y una alta resistencia térmica, adicionalmente a una transparencia elevada. Además, mostrará una baja absorción de agua y no liberará ácido. Para satisfacer estos deseos se emplea preferentemente un (met)acrilato de polialquilo como primer medio de fijación, que contiene preferentemente al menos un compuesto según la fórmula (I).
Para minimizar una reducción de la cantidad de luz que alcanza el elemento fotovoltaico, la transparencia del primer medio de fijación 102 en el intervalo de longitud de onda de 400 nm a 800 nm se sitúa preferentemente al menos en un 80 %, de modo especialmente preferente al menos un 90 % en el intervalo de longitud de onda de 400 nm a menos de 500 nm (medida por medio del fotómetro espectral Lambda 19 de la firma Perkin Elmer). Además tiene preferentemente un índice de refracción de 1,1-2,0, ventajosamente de 1,1-1,6, para facilitar la incidencia de la luz del aire (medida según ISO 489).
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eléctrica. Ejemplos preferentes de material que forma el electrodo colector 205 son Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, Ni, Cu, Sn,
o una pasta conductora, que se denomina pasta de plata.
El electrodo colector 205 se forma preferentemente mediante bombardeo iónico en fase gasesosa bajo empleo de un modelo de enmascarado, mediante calentamiento de resistencia, mediante precipitación en fase gaseosa, mediante un procedimiento que comprende los pasos de formación de una película metálica sobre la capa total mediante precipitación de gases, y eliminación de partes de película no requeridas mediante corrosión, mediante un procedimiento en el que se forma un modelo de electrodo de rejilla mediante precipitación en fase gaseosa fotoquímica, mediante un procedimiento que comprende los pasos de formación de un modelo de marcaje negativo del electrodo de rejilla, y chapado de la superficie con dibujos, mediante un procedimiento en el que se aplica a presión una pasta conductora, mediante un procedimiento en el que se sueldan hilos metálicos sobre una pasta conductora impresa. Como pasta conductora se emplea preferentemente un polímero aglutinante, en el que se encuentra dispersada plata, oro, cobre, níquel, carbón o similares en forma de un polvo fino. El polímero aglutinante incluye preferentemente resinas de poliéster, resinas de etoxi, resinas acrílicas, resinas alquídicas, resinas de acetato de polivinilo, gomas, resinas de uretano y/o resinas de fenol.
Finalmente se fijan preferentemente extremos de derivación 206 al substrato conductor 201, o bien al electrodo colector 205, para derivar la fuerza electromotriz. La sujeción de los extremos de derivación 206 al substrato conductor se consigue preferentemente fijándose un cuerpo metálico, como por ejemplo un saliente de cobre, al substrato conductor mediante soldadura por puntos o soldadura indirecta, mientras que la sujeción de los extremos de derivación al electrodo colector se lleva a cabo de modo preferente sometiéndose a unión eléctrica un cuerpo metálico con el electrodo colector por medio de una pasta conductora o por medio de estaño para soldar 207 y 208.
Los elementos fotovoltaicos se conectan en serie o en paralelo según la tensión o intensidad de corriente deseada. Además, se puede controlar la tensión o intensidad de corriente insertándose los elementos fotovoltaicos en un substrato aislante.
La placa 103 en la figura 1 presentará una estabilidad a la intemperie lo más elevada posible, una acción repelente de suciedad lo mejor posible, y una resistencia mecánica lo mayor posible, ya que es la capa más externa del módulo de pila solar. Además, garantizará la fiabilidad a largo plazo del módulo de pila solar en el caso de aplicación en exterior. Las placas que se pueden emplear ventajosamente para los fines de la presente invención incluyen láminas de vidrio (reforzadas) y películas de polímero de fluoruro. Como lámina de vidrio se emplea preferentemente una lámina de vidrio con transparencia elevada. Las láminas de polímero de fluoruro apropiadas comprenden en especial copolímero de tetrafluoruro de etileno-etileno (ETFE), resina de poli(fluoruro de vinilo) (PVF), resina de poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF), resina de tetrafluoretileno (TFE), copolímero de fluoruro de tetraetilenohexafluoruro de propileno (FEP) y clorotrifluoretileno (CTFE). La resina de fluoruro de polivinilideno es especialmente apropiada con respecto a la estabilidad a la intemperie, mientras que el copolímero de tetrafluoruro de etileno-etileno es especialmente ventajoso con respecto a la combinación de estabilidad a la intemperie y resistencia mecánica. Para mejorar la adherencian) entre la lámina de polímero de fluoruro y el medio de fijación, es deseable someter la lámina a un tratamiento corona o a un tratamiento de plasma. Además, también se emplean preferentemente láminas estiradas, para mejorar adicionalmente la resistencia mecánica.
En el ámbito de una forma especialmente preferente de ejecución de la presente invención, la placa comprende al menos un poli((met)acrilato de alquilo), que además contiene preferentemente al menos un compuesto según la fórmula (I).
Además, la placa es preferentemente un concentrador lumínico, que concentra luz con eficiencia elevada sobre el elemento fotovoltaico, es decir, alcanza una intensidad de irradiación elevada. Son especialmente preferentes lentes convergentes que recogen y concentran en el plano focal la luz irradiada en paralelo. En este caso se focaliza en el punto focal especialmente la luz irradiada en paralelo al eje óptico.
Las lentes convergentes pueden ser biconvexas, planoconvexas o cóncavo-convexas. No obstante, son especialmente preferentes estructuras planoconvexas. Además, la placa presenta preferentemente la estructura de una lente concéntrica de Fresnel.
La pared posterior 105 sirve para el aislamiento eléctrico entre el elemento fotovoltaico 101 y el entorno y para la mejora de la estabilidad a la intemperie, y actúa como material reforzante. Está formada preferentemente por un material que asegura suficientes propiedades de aislamiento eléctrico, presenta una excelente estabilidad a largo plazo, puede resistir dilatación térmica y contracción térmica, y es flexible. Materiales especialmente apropiados para estos fines incluyen láminas de nylon, láminas de poli(tereftalato de etileno) (PET) y láminas de poli(fluoruro de vinilo). Si se requiere una resistencia a la humedad, se emplean preferentemente láminas de poli(fluoruro de vinilo) laminadas con aluminio, láminas de PET revestidas con aluminio, láminas de PET revestidas con óxido de silicio. Además se puede mejorar la resistencia al fuego del módulo empleándose una hoja de hierro laminada, galvanizada, o una lámina de acero inoxidable como pared posterior.
En el ámbito de una forma especialmente preferente de ejecución de la presente invención, la pared posterior comprende al menos un poli((met)acrilato de alquilo), que contiene además, preferentemente, al menos un compuesto según la fórmula (I).
Sobre la superficie externa de la pared posterior puede estar fijada una placa de apoyo, para mejorar adicionalmente
5 la resistencia mecánica del módulo de pila solar, o para evitar una abolladura o combadura de la pared posterior a consecuencia de modificaciones de temperatura. Paredes posteriores especialmente preferentes son chapas de acero inoxidable, chapas de material sintético y chapas de FRP (material sintético reforzado con fibras). Además, se puede fijar un material de construcción a la placa posterior.
La producción de tal módulo de pila solar se puede efectuar de modo conocido en sí. No obstante, es especialmente 10 conveniente un modo de proceder que se describe a continuación.
Para cubrir el elemento fotovoltaico con el medio de fijación se emplea preferentemente un procedimiento en el que el medio de fijación se funde por vía térmica y se extrude a través de una ranura, para formar una lámina que se fija entonces al elemento por vía térmica. La lámina de medio de fijación se introduce preferentemente entre el elemento y la placa, y se fija entonces entre el elemento y la pared posterior.
15 Para la puesta en práctica de la solidificación térmica se pueden emplear procedimientos conocidos, como por ejemplo laminado en vacío y laminado mediante rodillos.
El módulo de pila solar según la invención tiene preferentemente una temperatura de trabajo de hasta 80ºC o más elevada, pudiéndose utilizar de manera efectiva el efecto de resistencia térmica de los materiales según la invención, en especial a temperaturas elevadas.
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