ES2943469T3 - Módulo fotovoltaico y composición encapsulante que tienen resistencia mejorada a la degradación inducida por potencial - Google Patents

Módulo fotovoltaico y composición encapsulante que tienen resistencia mejorada a la degradación inducida por potencial Download PDF

Info

Publication number
ES2943469T3
ES2943469T3 ES19710994T ES19710994T ES2943469T3 ES 2943469 T3 ES2943469 T3 ES 2943469T3 ES 19710994 T ES19710994 T ES 19710994T ES 19710994 T ES19710994 T ES 19710994T ES 2943469 T3 ES2943469 T3 ES 2943469T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
copolymer
weight
photovoltaic module
encapsulant
glass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES19710994T
Other languages
English (en)
Inventor
Richard T Chou
Jane Kapur
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dow Global Technologies LLC
Original Assignee
Dow Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dow Global Technologies LLC filed Critical Dow Global Technologies LLC
Application granted granted Critical
Publication of ES2943469T3 publication Critical patent/ES2943469T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L31/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an acyloxy radical of a saturated carboxylic acid, of carbonic acid or of a haloformic acid; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L31/02—Homopolymers or copolymers of esters of monocarboxylic acids
    • C08L31/04—Homopolymers or copolymers of vinyl acetate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B27/08—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08L23/08—Copolymers of ethene
    • C08L23/0846—Copolymers of ethene with unsaturated hydrocarbons containing other atoms than carbon or hydrogen atoms
    • C08L23/0853—Vinylacetate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H01L31/0481—Encapsulation of modules characterised by the composition of the encapsulation material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2203/00—Applications
    • C08L2203/20—Applications use in electrical or conductive gadgets
    • C08L2203/206—Applications use in electrical or conductive gadgets use in coating or encapsulating of electronic parts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Sealing Material Composition (AREA)

Abstract

En el presente documento se proporciona una composición encapsulante y módulos fotovoltaicos que tienen capacidad Anti-PID. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Módulo fotovoltaico y composición encapsulante que tienen resistencia mejorada a la degradación inducida por potencial
Campo de la invención
En el presente documento se proporciona una composición encapsulante para un módulo fotovoltaico. La composición encapsulante comprende un copolímero de etileno copolimerizado y acetato de vinilo y un copolímero anti-PID potenciador que tiene la estructura general E/X, donde E es etileno y X es el semiéster de anhídrido maleico, o un E/X/Y, donde E es etileno, X es semiéster de anhídrido maleico e Y es un acrilato de alquilo. Además, en el presente documento se proporciona un módulo fotovoltaico que comprende la composición encapsulante. El módulo fotovoltaico es menos susceptible a la degradación inducida por potencial que los módulos fotovoltaicos que usan encapsulantes que son principalmente copolímeros de etileno y acetato de vinilo.
Antecedentes de la invención
En esta descripción se citan varias patentes y publicaciones para describir más completamente el estado de la técnica a la que pertenece esta invención. La divulgación completa de cada una de estas patentes y publicaciones se incorpora por referencia en el presente documento.
Los módulos fotovoltaicos son una fuente importante de energía renovable. En particular, incluyen células solares que liberan electrones cuando se exponen a la luz solar. Estas células solares, que son normalmente materiales semiconductores que pueden ser frágiles, generalmente están encerradas o encapsuladas en materiales poliméricos que las protegen de los choques y arañazos físicos. Las células solares encerradas están generalmente protegidas por el vidrio o por otra capa externa que es resistente a la intemperie, abrasión u otros daños físicos.
Idealmente, el encapsulante, las capas de vidrio y los otros componentes del módulo fotovoltaico protegen las células solares y no limitan la eficiencia de la conversión de luz a electricidad. Sin embargo, el fenómeno de la degradación inducida por potencial (“ PID” ) es un problema conocido que hace que las células solares disminuyan o dejen de producir electricidad cuando un módulo fotovoltaico opera a un gran potencial entre sus células solares y otra porción del módulo, tal como un marco. Por tanto, un enfoque para el problema de PID es diseñar módulos en los que las células solares están aisladas eléctricamente de los marcos y otras partes del módulo, evitando así el desarrollo de estos grandes potenciales internos o “ polarización” . Véase, por ejemplo, la publicación de solicitud de patente US-20120266943, de Li. En otro enfoque, la patente US-7.554.031, expedida a Swanson y col, describe la provisión de rutas conductoras entre diversas partes del módulo fotovoltaico, de modo que se minimiza o evita la polarización dañina.
El documento US-A-2015/325729 se refiere a un módulo fotovoltaico que comprende una capa encapsulante y un conjunto de célula solar, comprendiendo dicha capa encapsulante una composición encapsulante, y comprendiendo dicha composición encapsulante un copolímero o un ionómero que es un producto neutralizado del copolímero; en donde el copolímero comprende residuos copolimerizados de etileno, residuos copolimerizados de acetato de vinilo y residuos copolimerizados de un tercer comonómero, y en donde el tercer comonómero se selecciona del grupo que consiste en monóxido de carbono, y ácido carboxílico a, p-etilénicamente insaturado que tiene de 3 a 8 átomos de carbono, anhídrido maleico y éster mono-metílico de anhídrido maleico (MAME). El documento US 2015/000739 A1 describe un material encapsulante que comprende una mezcla de un copolímero de EVA y un copolímero anti-PID que comprende etileno y una a-olefina.
Se cree que varios factores diferentes contribuyen a PID. Por ejemplo, en la publicación de solicitud de patente estadounidense n.° 2011/0048505, de Bunea y col, se afirma que la PID puede reducirse o eliminarse mediante la operación de las células solares bajo exposición a una mayor proporción de irradiación UV solar. Sin embargo, sin desear estar sujeto a la teoría, la migración de agua e iones a la superficie de las células solares parece ser el mecanismo principal de PID. Se cree que otros factores que afectan a la PID, tal como la tensión a la que se operan los módulos fotovoltaicos y el diseño de los circuitos eléctricos, son secundarios en que afectan a la magnitud o dirección del agua y la migración de iones.
En particular, se planteó la hipótesis de que el agua difundida y los iones provocan una reacción electroquímica perjudicial que desactiva las uniones p-n de las células solares. A este respecto, en la publicación de solicitud de patente n.° WO 2013/020128 de Aitken y col, se afirma que la PID puede reducirse o eliminarse sustituyendo el vidrio que está libre o sustancialmente libre de iones alcalinos, tales como iones de sodio, por vidrio convencional de sosacal en módulos fotovoltaicos. La importancia de seleccionar un recubrimiento antirreflectante químicamente apropiado se ha discutido en S. Pingel y col, “ Potential Induced Degradation of Solar Cells and Panels,” 35° IEEE PVSC, Honolulú, 2010, 2817-2822., por ejemplo. La tasa de PID puede controlarse variando la razón de Si con respecto N que es una función del índice de refracción y, por tanto, corresponde a las características ópticas. Además, la patente estadounidense n.° 8.188.363, expedida a Xavier y col, afirma que PID puede eliminarse interponiendo una capa de fluorocarbono eléctricamente aislante entre el vidrio y las células solares. Esta capa de fluorocarbono también puede ser una barrera para la migración de agua o iones.
Además, se sabe que otras propiedades importantes de los módulos fotovoltaicos se ven afectadas negativamente por la temperatura elevada y los niveles de humedad. Estas propiedades incluyen, por ejemplo, integridad mecánica, propiedades eléctricas tales como resistividad volumétrica, fuga de corriente y eficiencia de la célula global.
Por tanto, es importante comprender y controlar los factores que influyen en la tasa y la magnitud de la entrada de humedad y la migración de iones en encapsulantes. Un encapsulante que evita o reduce eficazmente el movimiento del agua y los iones dentro de un módulo fotovoltaico permitirá una mayor flexibilidad en las condiciones de diseño y funcionamiento del módulo. Además, este encapsulante aumentará la eficiencia del módulo y la vida útil reduciendo o evitando la PID.
Es evidente de lo anterior que existe la necesidad de materiales poliméricos que, cuando se usan como encapsulantes en módulos fotovoltaicos, eviten o reduzcan la degradación inducida por potencial de células solares.
Resumen de la invención
Por consiguiente, en una primera realización proporcionada en el presente documento es una composición encapsulante para un módulo fotovoltaico. La composición encapsulante que incluye un copolímero de etileno copolimerizado y acetato de vinilo (EVA) y un copolímero A anti-PID potenciador. El copolímero A anti-PID potenciador es un E/X, donde E es etileno y X es semiéster de anhídrido maleico, o un E/X/Y, donde E es etileno, X es semiéster de anhídrido maleico e Y es un acrilato de alquilo.
Además, en el presente documento se proporciona un módulo fotovoltaico que incluye la composición encapsulante. El módulo fotovoltaico es menos susceptible a la degradación inducida por potencial que los módulos fotovoltaicos que usan encapsulantes que son principalmente copolímeros de etileno y acetato de vinilo.
En otra realización, la invención se refiere a un método para reducir la degradación inducida por potencial de un módulo fotovoltaico que incluye las etapas de proporcionar un conjunto de célula solar, una capa de vidrio y una capa encapsulante. La capa encapsulante que tiene una composición encapsulante que incluye un copolímero de etileno copolimerizado y acetato de vinilo y un copolímero anti-PID potenciador. El copolímero A anti-PID potenciador es un E/X, donde E es etileno y X es semiéster de anhídrido maleico, o un E/X/Y, donde E es etileno, X es semiéster de anhídrido maleico e Y es un acrilato de alquilo. Fabricar un módulo fotovoltaico que tiene la estructura de capa de vidrio/capa encapsulante/conjunto de célula/capa encapsulante/lámina de respaldo y operar el módulo fotovoltaico. A continuación, observar la corriente generada por el módulo fotovoltaico en función del tiempo.
Descripción detallada
Las siguientes definiciones se usan en la presente descripción para definir y describir adicionalmente la descripción. Estas definiciones se aplican a los términos usados a lo largo de esta memoria descriptiva, a menos que se limite de otra manera en casos específicos.
A menos que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y científicos usados en el presente documento tienen el mismo significado que entiende comúnmente un experto en la técnica a la que pertenece esta invención. En caso de conflicto, la presente memoria descriptiva, incluyendo las definiciones expuestas en la presente memoria, regirá.
A menos que se indique explícitamente lo contrario en las circunstancias definidas, todos los porcentajes, partes, razones y cantidades similares usados en el presente documento se definen en peso.
Cuando los materiales, métodos o maquinaria se describen en el presente documento con el término “conocido por los expertos en la técnica” , “convencional” o una palabra o expresión sinónima, el término significa que los materiales, métodos y maquinaria que son convencionales en el momento de presentar la presente solicitud están abarcados por esta descripción. También se incluyen materiales, métodos y maquinaria que no son actualmente convencionales, pero que se habrán reconocido en la técnica como adecuados para un propósito similar.
Tal como se usa en el presente documento, los términos “comprende” , “que comprende” , “ incluye” , “que incluye” , “que contiene” , “caracterizado por” , “tiene” , “que tiene” o cualquier otra variación de los mismos, están destinados a cubrir una inclusión no exclusiva. Por ejemplo, un proceso, método, artículo o aparato que comprende una lista de elementos no se limita necesariamente a sólo esos elementos, sino que puede incluir otros elementos no expresamente enumerados o inherentes a tal proceso, método, artículo o aparato.
La expresión de transición “que consiste en” excluye cualquier elemento, etapa o ingrediente no especificado en la reivindicación, cerrando la reivindicación a la inclusión de materiales distintos de los mencionados, excepto por impurezas normalmente asociadas con el mismo. Cuando la expresión “consiste en” aparece en una cláusula del cuerpo de una reivindicación, en lugar de seguir inmediatamente el preámbulo, limita sólo el elemento expuesto en esa cláusula; otros elementos no están excluidos de la reivindicación en su conjunto.
La expresión de transición “que consiste esencialmente en” limita el alcance de una reivindicación a los materiales o etapas especificados y aquellos que no afectan materialmente a la(s) característica(s) básica(s) y novedosa(s) de la invención reivindicada. Una reivindicación “que consiste esencialmente en” ocupa un término medio entre las reivindicaciones cerradas que se redactan en un formato “que consiste en” y las reivindicaciones totalmente abiertas que se redactan en un formato “que comprende” . Los aditivos opcionales tal como se definen en la presente descripción, a niveles que son apropiados para tales aditivos, y las impurezas menores no se excluyen de una composición por el término “que consiste esencialmente en” .
Cuando una composición, un proceso, una estructura o una porción de una composición, un proceso o una estructura, se describe en el presente documento usando un término abierto tal como “que comprende” , a menos que se indique lo contrario, la descripción también incluye una realización que “consiste esencialmente en” o “consiste en” los elementos de la composición, el proceso, la estructura o la porción de la composición, el proceso o la estructura.
Además, a este respecto, se pueden proporcionar también determinadas características de la invención que, por claridad, se describen en el presente documento en el contexto de realizaciones independientes, en combinación en una única realización. Por el contrario, diversas características de la invención que, por brevedad, se describen en el contexto de una sola realización, también pueden proporcionarse por separado o en cualquier subcombinación.
Los artículos “un” y “una” pueden emplearse en relación con diversos elementos y componentes de composiciones, procesos o estructuras descritos en el presente documento. Esto es simplemente por conveniencia y para dar un sentido general de las composiciones, procesos o estructuras. Una descripción de este tipo incluye “uno o al menos uno” de los elementos o componentes. Además, tal como se usa en el presente documento, los artículos en singular también incluyen una descripción de una pluralidad de elementos o componentes, a menos que sea evidente a partir de un contexto específico que se excluye el plural.
Además, salvo que se indique expresamente lo contrario, la conjunción “o” se refiere a un o inclusivo y no a un o exclusivo. Por ejemplo, la condición “A o B” se satisface mediante cualquiera de las siguientes: A es verdadero (o presente) y B es falso (o no presente), a es falso (o no presente) y B es verdadero (o presente), y tanto A como B son verdaderos (o están presentes). La “o” exclusiva se designa en el presente documento con términos tales como “o A o B” y “una de A o B” , por ejemplo.
El término “aproximadamente” significa que las cantidades, tamaños, formulaciones, parámetros y otras cantidades y características no son ni necesitan ser exactas, sino que pueden ser aproximadas y/o mayores o menores, según se desee, reflejando tolerancias, factores de conversión, redondeos, errores de medición y similares, y otros factores conocidos por los expertos en la técnica. En general, una cantidad, tamaño, formulación, parámetro u otra cantidad o característica es “sobre” o “aproximada” , se indique o no expresamente que lo es.
Además, los intervalos expuestos en el presente documento incluyen sus puntos finales a menos que se indique expresamente lo contrario. Además, cuando una cantidad, concentración u otro valor o parámetro se proporciona como un intervalo, uno o más intervalos preferidos o una lista de valores preferibles superiores y valores preferibles inferiores, esto debe entenderse como que describe específicamente todos los intervalos formados a partir de cualquier par de cualquier límite de intervalo superior o valor preferido y cualquier límite de intervalo inferior o valor preferido, independientemente de si tales pares se describen por separado. El alcance de la invención no se limita a los valores específicos indicados cuando se define un intervalo.
El término “alquilo” , tal como se usa en el presente documento solo o en forma combinada, tal como, por ejemplo, “grupo alquilo” o “grupo alcoxilo” , se refiere a grupos de hidrocarburos saturados que tienen de 1 a 8 átomos de carbono con un sustituyente y que pueden ser ramificados o no ramificados.
Tal como se usa en el presente documento, el término “copolímero” se refiere a polímeros que comprenden unidades copolimerizadas resultantes de la copolimerización de dos o más comonómeros. A este respecto, un copolímero puede describirse en el presente documento con referencia a sus comonómeros constituyentes o a las cantidades de sus comonómeros constituyentes, por ejemplo, “ un copolímero que comprende etileno y el 18 % en peso de acetato de vinilo” , o una descripción similar. Una descripción de este tipo puede considerarse informal porque no se refiere a los comonómeros como unidades copolimerizadas; en que no incluye una nomenclatura convencional para el copolímero, por ejemplo, la nomenclatura de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC); en que no usa la terminología “ producto-subproducto” ; o por otro motivo. Sin embargo, tal como se usa en el presente documento, una descripción de un copolímero con referencia a sus comonómeros constituyentes o a las cantidades de sus comonómeros constituyentes significa que el copolímero contiene unidades copolimerizadas (en las cantidades especificadas cuando se especifica) de los comonómeros especificados. Como corolario se deduce que un copolímero no es el producto de una mezcla de reacción que contenga determinados comonómeros en determinadas cantidades, a menos que se indique expresamente que lo es en circunstancias limitadas. El término “copolímero” puede referirse a polímeros que consisten esencialmente en unidades copolimerizadas de dos monómeros diferentes (un dipolímero), o que consisten esencialmente en más de dos monómeros diferentes (un terpolímero que consiste esencialmente en tres comonómeros diferentes, un tetrapolímero que consiste esencialmente en cuatro comonómeros diferentes, etc.).
El término “ laminado” , tal como se usa en el presente documento solo o en forma combinada, tal como “ laminado” o “ laminación” , por ejemplo, se refiere a una estructura que tiene al menos dos capas que están adheridas o unidas firmemente entre sí, opcionalmente usando calor y/o vacío y/o presión positiva. Las capas pueden adherirse entre sí directa o indirectamente. En este contexto, el término “directamente” significa que no hay material adicional, tal como una capa intermedia, una capa encapsulante o una capa adhesiva, entre las dos capas, y el término “ indirectamente” significa que hay material adicional entre las dos capas.
En una primera realización, la invención se refiere a una composición encapsulante para un módulo fotovoltaico. La composición encapsulante incluye un copolímero de etileno copolimerizado y acetato de vinilo y un copolímero A anti-PID potenciador, donde el copolímero anti-PID potenciador es un E/X, donde E es etileno y X es el semiéster de anhídrido maleico, o un E/X/Y, donde E es etileno, X es semiéster de anhídrido maleico e Y es un acrilato de alquilo. Además, en el presente documento se proporciona un módulo fotovoltaico que comprende la composición encapsulante. El módulo fotovoltaico es menos susceptible a la degradación inducida por potencial que los módulos fotovoltaicos que usan encapsulantes que son principalmente copolímeros de etileno y acetato de vinilo.
Los módulos fotovoltaicos que comprenden una capa de la composición encapsulante descrita en el presente documento que comprende un copolímero A anti-PID potenciador son resistentes a la degradación inducida por potencial (PID). Sin desear estar sujeto a la teoría, se cree que la composición encapsulante tiene una baja permeabilidad de iones, tales como cationes de metales alcalinos y, en particular, cationes de sodio. Por tanto, se evita que los iones alcancen la superficie de la célula solar, donde provocarían que se produzca PID.
El copolímero A anti-PID potenciador está en el intervalo del 1-30 % en peso del peso total de EVA y copolímero A, preferentemente en el intervalo del 2-20 % en peso, y lo más preferentemente en el intervalo del 4-15 % en peso.
El EVA de la composición encapsulante es un etileno copolimerizado y acetato de vinilo, donde acetato de vinilo está en el intervalo del 15 % en peso a aproximadamente el 35 % en peso del peso del polímero, lo más preferiblemente del 25-32 % en peso, con una tasa de flujo de fusión de 0,5 a 100 g/10 min, según se determina de acuerdo con la norma ASTM D1238 a 190 0C y 2,16 kg.
El copolímero A anti-PID que sirve como modificador para potenciar el rendimiento anti-PID es un copolímero E/X, donde X es semiéster de anhídrido maleico. El copolímero E/X incluye éster monometílico de anhídrido maleico, éster monoetílico de anhídrido maleico (MAME), éster monopropílico de anhídrido maleico, éster monobutílico de anhídrido maleico o una combinación de los mismos, en el intervalo del 12 al 25 % en peso del peso del polímero, lo más preferiblemente del 15-20 % en peso.
En una variación de la realización actual, el copolímero A es un copolímero E/X/Y, en donde X es un éster monometílico de anhídrido maleico, éster monoetílico de anhídrido maleico (MAME), éster monopropílico de anhídrido maleico, éster monobutílico de anhídrido maleico o una combinación de los mismos, en el intervalo del 6 al 20 % en peso del peso del polímero, lo más preferiblemente del 8-15 % en peso; e Y es acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de n-butilo o acrilato de iso-butilo, en el intervalo del 1 al 30 % en peso, el peso del polímero, lo más preferiblemente del 5-15 % en peso.
Los módulos fotovoltaicos que contienen la composición encapsulante de la presente realización pasan 1000-1500 voltaje en tal condición según el método de la Comisión Electrotécnica Internacional: especificación técnica IEC TS 62804-1.
El copolímero A anti-PID adecuado debe tener propiedades físicas que se ajustan para su uso en la composición encapsulante. En particular, la composición encapsulante tiene deseablemente una tenacidad y resiliencia apropiadas, para amortiguar las células solares y otros componentes eléctricos del módulo fotovoltaico del choque físico. También deseablemente, la composición encapsulante es fácilmente procesable, por ejemplo, capaz de formación en láminas y capaz de laminación en condiciones convencionales. Además, deseablemente, la composición encapsulante tiene propiedades ópticas adecuadas, tales como transparencia a radiación solar cuando se usa en el lado incidente de luz de un módulo fotovoltaico.
La composición encapsulante puede añadir otro polímero B o más, diferente del EVA y el copolímero A, en el intervalo del 0-20 % en peso de la combinación de EVA y copolímero A, siempre que el polímero B no obstaculice el rendimiento anti-PID y reduzca el rendimiento PV. El polímero B puede ser una poliolefina o un copolímero de etileno distinto del EVA y el copolímero A empleado en la composición encapsulante. Un experto en la técnica reconocería la adición de estos polímeros adicionales dentro del alcance de la presente invención.
La composición encapsulante también puede contener aditivos para efectuar y controlar la reticulación tales como peróxidos orgánicos, inhibidores e iniciadores. Los ejemplos adecuados de aditivos de reticulación y los niveles de estos aditivos se exponen con detalle en la patente estadounidense n.° 6.093.757, expedida a F.-J. Pern, en las publicaciones de patente estadounidense n.os 2012/0168982, de J.W. Cho y col, y 2012/0301991, de S. Devisme y col, y en Holley, W.W., y Agro, S.C. “Advanced EVA-Based Encapsulants - Final Report January 1993-June 1997” , NREL/SR-520-25296, sept. 1998, apéndice D.
Además, cuatro aditivos particularmente útiles para su uso en las composiciones encapsulantes son estabilizadores térmicos, absorbentes de UV, estabilizadores de luz de amina impedida (HALS) y agentes de acoplamiento de silano. Los ejemplos adecuados de los cuatro aditivos y niveles de estos aditivos se exponen con detalle en la patente estadounidense 8.399.096, expedida a Hausmann, y col.
La composición encapsulante también puede incluir uno o más de otros aditivos adecuados, otros aditivos pueden incluir, pero no se limitan a, plastificantes, auxiliares de procesamiento, aditivos potenciadores de flujo, lubricantes, pigmentos, colorantes, retardantes de llama, modificadores de impacto, agentes nucleantes, agentes antibloqueo (por ejemplo, sílice), dispersantes, tensioactivos, agentes quelantes, agentes de acoplamiento, adhesivos, imprimaciones, aditivos de refuerzo (por ejemplo, fibra de vidrio), otras cargas, y similares. Otros aditivos, niveles de aditivos y métodos adecuados para incorporar los aditivos en las composiciones de copolímero pueden encontrarse en Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 5a edición, John Wiley & Sons (Nueva Jersey, 2004). En general, la cantidad total de estos otros aditivos, si está presente, es inferior al 5 % en peso, inferior al 3 % en peso, inferior al 2 % en peso, o inferior al 1 % en peso, basado en el peso total de la composición encapsulante.
La composición encapsulante puede realizarse mediante cualquier proceso adecuado, tal como mezclado en estado fundido en una extrusora con mezclado en estado fundido de alta cizalladura. El equipo de mezclado de alta cizalladura adecuado incluye mezcladores estáticos, molinos de caucho, mezcladores Brabender, amasadoras Buss, extrusoras de un solo husillo, extrusoras de doble husillo, molinos de dos rodillos calientes o no calientes, y similares. Los ejemplos adicionales de procesos y condiciones de composición adecuados también pueden encontrarse en Kirk-Othmer Encyclopedia y Modern Plastics Encyclopedia, McGraw-Hill (Nueva York, 1995).
La composición encapsulante puede formarse en películas o láminas mediante cualquier proceso adecuado. Información acerca de estos procesos puede encontrarse en textos de referencia tales como, por ejemplo, Kirk Othmer Encyclopedia, the Modern Plastics Encyclopedia o Wiley Encyclopedia of Packaging Technology, 2a edición, A.L. Brody y K.S. Marsh, eds., Wiley-Interscience (Hoboken, 1997). Por ejemplo, las láminas pueden formarse a través de recubrimiento por inmersión, fundición en disolución, moldeo por compresión, moldeo por inyección, laminación, extrusión en estado fundido, película soplada, recubrimiento por extrusión, recubrimiento por extrusión en tándem o cualquier otro procedimiento adecuado. Preferiblemente, las láminas se forman mediante un proceso de extrusión por fusión, coextrusión por fusión, recubrimiento por extrusión por fusión o recubrimiento por extrusión por fusión en tándem.
A este respecto, los términos “película” y “ lámina” , tal como se usan en el presente documento, se refieren a artículos continuos sustancialmente planos. El término “continuo” , tal como se usa en este contexto, significa que la película o lámina tiene una longitud de al menos aproximadamente 3 m, al menos aproximadamente 10 m, al menos aproximadamente 50 m, al menos aproximadamente 100 m o al menos aproximadamente 250 m. Además, la lámina tiene una razón de aspecto, es decir, una razón de longitud con respecto a ancho, de al menos 5, al menos 10, al menos 25, al menos 50, al menos 75 o al menos 100.
Además, la diferencia entre una película y una lámina es el grosor; sin embargo, no existe una norma industrial sobre el grosor exacto que distingue entre una película y una lámina. Sin embargo, tal como se usa en el presente documento, una película generalmente tiene un grosor de 10 mils (0,254 mm) o menos. Una lámina generalmente tiene un grosor superior a aproximadamente 10 mils (0,254 mm). Las descripciones en el presente documento se refieren igualmente a películas y a láminas, a menos que se limite de otra manera en casos específicos. Por conveniencia, sin embargo, sólo uno de estos términos puede usarse en un contexto dado.
Además, las láminas que comprenden la composición encapsulante pueden tener una superficie lisa o rugosa en uno o ambos lados. Preferiblemente, las láminas tienen superficies rugosas en ambos lados para facilitar la desaireación durante el proceso de laminación. Las superficies rugosas pueden producirse mediante procesos convencionales tales como estampado mecánico. Por ejemplo, la lámina ya extruida puede pasarse por una superficie especialmente preparada de un rodillo de troquel colocado muy cerca de la salida del troquel. Este rodillo de troquel imparte las características de superficie deseadas a un lado del polímero fundido. Por tanto, cuando la superficie de un rodillo texturizado de este tipo tiene picos y valles minutos, la lámina de polímero aún impresa moldeada sobre el rodillo texturizado tendrá una superficie rugosa en el lado que está en contacto con el rodillo. La superficie rugosa generalmente se ajusta respectivamente a los valles y los picos de la superficie del rodillo. Los rodillos texturizados se describen en, por ejemplo, la patente estadounidense n.° 4.035.549 y la publicación de solicitud de patente estadounidense 2003/0124296.
Los módulos fotovoltaicos que comprenden una capa de la composición encapsulante descrita en el presente documento son resistentes a la degradación inducida por potencial (PID). Sin desear estar sujeto a la teoría, se cree que la composición encapsulante tiene una baja permeabilidad de iones, tales como cationes de metales alcalinos y en particular cationes de sodio. Por tanto, se evita que los iones alcancen la superficie de la célula solar, donde pueden provocar daños a la célula solar.
Por consiguiente, en el presente documento se proporcionan además módulos fotovoltaicos que comprenden la composición encapsulante. Las estructuras de módulos fotovoltaicos que pueden incluir adecuadamente la composición encapsulante incluyen, sin limitación, las estructuras que se describen con detalle en la patente estadounidense 8.399.081, expedida a Hayes y col. Una capa de la composición encapsulante puede sustituirse por cualquier capa polimérica descrita por Hayes y col. Preferiblemente, una capa de la composición encapsulante descrita en el presente documento está sustituida por cualquier capa encapsulante descrita por Hayes y col, incluyendo capas encapsulantes frontales u orientadas al sol y capas encapsulantes posteriores o no orientadas al sol. Más preferiblemente, una capa de la composición encapsulante descrita en el presente documento está sustituida por una capa encapsulante que está dispuesta entre las células solares y una lámina de vidrio que contiene iones de sodio. Todavía más preferiblemente, una capa de la composición encapsulante descrita en el presente documento está sustituida por una capa encapsulante que está dispuesta entre las células solares y una lámina de vidrio que contiene iones sodio en el lado frontal u orientado al sol del módulo fotovoltaico.
Además, una capa de la composición encapsulante descrita en el presente documento se usa junto con cualquier capa encapsulante descrita por Hayes y col. Más específicamente, un módulo fotovoltaico preferido tiene la estructura vidrio/primera capa encapsulante/conjunto de células solares/segunda capa encapsulante/hoja posterior flexible o vidrio, en la que una de las primeras o segundas capas encapsulantes comprende el EVA y el copolímero A E/X descritos en el presente documento y la otra de las primeras o segundas capas encapsulantes puede ser cualquier capa encapsulante descrita por Hayes y col. En este módulo fotovoltaico preferido, las primeras y segundas capas encapsulantes pueden ser capas encapsulantes frontal o posterior. Además, cualquier módulo fotovoltaico que comprende una capa encapsulante que está dispuesta entre el conjunto de células solares y una lámina de vidrio que contiene iones de sodio es un módulo fotovoltaico preferido, cuando la capa encapsulante así dispuesta está sustituida con una primera y una segunda capa encapsulante en la que una de las primeras o segundas capas encapsulantes comprende el EVA y el copolímero A E/X descritos en el presente documento y la otra de las primeras o segundas capas encapsulantes puede ser cualquier capa encapsulante descrita por Hayes y col.
Los módulos fotovoltaicos también comprenden conjuntos de células solares. Estos conjuntos comprenden una o más células solares. Los dos tipos más comunes de módulos fotovoltaicos incluyen células solares a base de oblea o células solares de película delgada. Los módulos fotovoltaicos que incluyen células solares basadas en obleas tienen generalmente una estructura que incluye las siguientes capas: vidrio/encapsulante/célula(s) solar(es)/encapsulante/vidrio o vidrio/encapsulante/célula(s) solar(es)/encapsulante/ lámina posterior flexible.
Las células solares de película delgada son una alternativa a las células solares basadas en oblea. Los materiales comúnmente usados para tales células incluyen silicio amorfo (a-Si), silicio microcristalino (pc-Si), teluro de cadmio (CdTe), seleniuro de cobre e indio (CuInSe2 o CIS), diseleniuro de cobre, indio y galio (CuInxGa(i-x)Se2 o CIGS), colorantes absorbentes de luz, semiconductores orgánicos y similares. A modo de ejemplo, las células solares de película fina se describen en las patentes estadounidenses n.os 5.507.881; 5.512.107; 5.948.176; 5.994.163; 6.040.521; 6.123.824; 6.137.048; 6.288.325; 6.258.620; 6.613.603; y 6.784.301; y las publicaciones de patente estadounidense n.os 20070298590; 20070281090; 20070240759; 20070232057; 20070238285; 20070227578; 20070209699; 20070079866; 20080223436; y 20080271675, por ejemplo.
Un conjunto de célula solar de película delgada comprende normalmente un sustrato. Se depositan múltiples capas de materiales de absorción de luz y semiconductores sobre el sustrato. El sustrato puede ser vidrio o una película flexible. El sustrato también puede denominarse superestrato en aquellos módulos en los que está orientado hacia la luz solar entrante. Los conjuntos de células solares de película delgada pueden comprender además recubrimientos conductores, tales como óxidos conductores transparentes (TCO) o cables eléctricos, que generalmente se depositan en los materiales semiconductores. De manera similar a los conjuntos de células solares basados en oblea, el conjunto de célula solar de película delgada puede estar intercalado o laminado entre capas encapsulantes poliméricas, y esta estructura a su vez puede estar intercalada o laminada entre capas protectoras externas.
El conjunto de célula solar de película delgada puede tener sólo una superficie, específicamente la superficie opuesta al sustrato o superestrato, que está laminada a una capa encapsulante polimérica. En estos módulos de células solares, la capa encapsulante está lo más a menudo en contacto con y laminada con una capa protectora exterior. Por ejemplo, el módulo de célula solar de película delgada puede tener una estructura de laminación que comprende, en orden de posición desde el lado frontal u orientado al sol hasta el lado posterior o no orientado al sol, (1) un conjunto de célula solar de película delgada que tiene un superestrato en su lado frontal orientado al sol, (2) una capa encapsulante posterior polimérica y (3) una capa protectora posterior o “ lámina posterior.” En esta estructura, el superestrato realiza las funciones de la capa protectora frontal.
Alternativamente, el módulo de células solares de película fina puede tener una estructura laminada que comprenda, en orden de posición desde la cara frontal u orientada al sol hasta la cara posterior o no orientada al sol, (1) una capa protectora frontal o “ lámina frontal” , (2) una lámina encapsulante polimérica frontal, y (3) un conjunto de células solares de película fina que tenga un sustrato en su cara posterior o no orientado al sol. En esta estructura, el sustrato también realiza las funciones de la capa protectora posterior.
Las capas de película plástica adecuadas para las láminas posteriores incluyen, sin limitación, polímeros tales como poliésteres (por ejemplo, poli(tereftalato de etileno) y poli(naftalato de etileno)), policarbonatos, poliolefinas (por ejemplo, polipropileno, polietileno y poliolefinas cíclicas), polímeros de norborneno, poliestirenos (por ejemplo, poliestireno sindiotáctico), copolímeros de estireno-acrilato, copolímeros de acrilonitrilo-estireno, polisulfonas (por ejemplo, polietersulfona, polisulfona, etc.), nailon, poli(uretanos), acrílicos, acetatos de celulosa (por ejemplo, acetato de celulosa, triacetato de celulosa, etc.), celofanos, poli(cloruro de vinilo) (por ejemplo poli(cloruro de vinilideno)), fluoropolímeros (por ejemplo, poli(fluoruro de vinilo), poli(fluoruro de vinilideno), politetrafluoroetileno, copolímeros de etileno-tetrafluoroetileno y similares) y combinaciones de dos o más de los mismos. La película plástica también puede ser una película de poliéster orientada biaxialmente (preferiblemente película de poli(tereftalato de etileno) o una película de fluoropolímero (por ejemplo, películas Tedlar®, Tefzel® y Teflon®, de E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, DE (DuPont). Además, las películas usadas en el presente documento pueden estar en forma de una película multicapa, tal como una película multicapa de fluoropolímero/poliéster/fluoropolímero (por ejemplo, película laminada de Tedlar®/PET/Tedlar® o TPT disponible de Isovolta AG., Austria o Madico, Woburn, MA). Estos mismos materiales, cuando son transparentes, también son adecuados para su uso en láminas frontales flexibles.
El término “vidrio” , tal como se usa en el presente documento, incluye vidrio para ventanas, vidrio de placa, vidrio de silicato, vidrio plano, vidrio de bajo contenido en hierro, vidrio templado, vidrio templado de bajo contenido en hierro, vidrio templado sin CeO, vidrio flotado, vidrio coloreado, vidrio especial (tal como el que contiene componentes para controlar el calentamiento solar), vidrio recubierto (tal como el que se pulveriza con compuestos metálicos (por ejemplo, plata u óxido de indio y estaño) con fines de control solar), vidrio de baja E, vidrio Toroglas™ (Saint-Gobain N.A. Inc., Trumbauersville, PA), vidrio Solexia™ (PPG Industries, Pittsburgh, PA) y vidrio Starphire™ (PPG Industries). Estos y otros vidrios especiales se describen en las patentes estadounidenses n.os 4.615.989; 5.173.212; 5.264.286; 6.150.028; 6.340.646; 6.461.736; y 6.468.934, por ejemplo.
Otros materiales, tales como películas poliméricas, pueden sustituirse por una o más de las capas de vidrio en ambos tipos de módulo fotovoltaico. Sin embargo, los módulos fotovoltaicos de la invención incluyen preferiblemente al menos una capa de vidrio. Cuando la composición encapsulante descrita en el presente documento se usa en una capa encapsulante, estos módulos fotovoltaicos proporcionan una estabilidad significativamente mayor con respecto a la PID, en comparación con los módulos fotovoltaicos que incluyen encapsulantes de EVA convencionales. La mejora en la estabilidad es mayor en módulos fotovoltaicos en los que el módulo fotovoltaico comprende vidrio. Preferiblemente, el vidrio no es un vidrio de bajo contenido en sodio o bajo contenido en álcali, tal como los vidrios descritos en la publicación de solicitud de patente internacional n.° WO 2013/020128.
Cuando el módulo fotovoltaico comprende más de una capa encapsulante, la(s) capa(s) encapsulante(s) adicional(es) puede(n) comprender la composición encapsulante tal como se describe en el presente documento. Alternativamente, la(s) capa(s) encapsulante(s) adicional(es) puede(n) comprender otros materiales poliméricos, tales como copolímeros ácidos, ionómeros de copolímeros ácidos, copolímeros de etileno/acetato de vinilo, poli(vinil acetales) (incluyendo poli(vinil acetales) de calidad acústica), poliuretanos, poli(cloruros de vinilo), polietilenos (por ejemplo, polietilenos lineales de baja densidad), elastómeros de copolímero de bloque de poliolefina, copolímeros de a-olefinas y ésteres de ácido carboxílico a, p-etilénicamente insaturado) (por ejemplo, copolímeros de acrilato de etileno-metilo y copolímeros de acrilato de etileno-butilo), elastómeros de silicona, resinas epoxídicas, cualquier capa encapsulante descrita por Hayes y col, y combinaciones de dos o más de estos materiales.
Cada capa encapsulante en el módulo fotovoltaico tiene un grosor que puede variar independientemente entre aproximadamente 5 y aproximadamente 40 mils (de aproximadamente 0,125 a aproximadamente 1 mm), o de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 mils (de aproximadamente 0,250 a aproximadamente 0,625 mm), o de aproximadamente 15 a aproximadamente 20 mils (de aproximadamente 0,381 a aproximadamente 0,505 mm). Cuando la capa encapsulante está en forma multicapa, el grosor total del encapsulante multicapa se sitúa dentro de los intervalos establecidos anteriormente. Adicionalmente, los módulos fotovoltaicos descritos en el presente documento pueden tener más de una capa encapsulante, por ejemplo, una capa encapsulante delantera (delante de la célula solar) y una capa encapsulante posterior (detrás de la célula solar). Cada una de estas capas encapsulantes tiene un grosor total tal como se expuso anteriormente.
Los módulos fotovoltaicos que comprenden la composición encapsulante pueden realizarse mediante cualquier proceso adecuado. Los módulos fotovoltaicos se realizan con mayor frecuencia mediante procesos de laminación a vacío, tales como los descritos en la patente n.° US-5.593.532. Alternativamente, los módulos fotovoltaicos pueden fabricarse mediante procesos de laminación en autoclave, tales como los descritos con respecto a los laminados de vidrio en la patente US-7.763.360 y en la publicación de patente US-2007/0228341. Sin embargo, también pueden usarse procesos de laminación sin autoclave. Algunos ejemplos de procesos de laminación sin autoclave adecuados también se describen en las patentes US-7.763.360 y u S-8.637.150.
Se cree que un experto en la técnica podrá realizar cualquier ajuste al proceso de laminación que pueda ser necesario. Por ejemplo, si el índice de fusión de la composición encapsulante descrita en el presente documento aumenta con respecto a la de una capa encapsulante convencional, los ajustes razonables al proceso incluyen disminuir la temperatura de laminación o el tiempo del ciclo.
Los siguientes ejemplos se proporcionan para describir la invención con más detalle. Estos ejemplos, que exponen realizaciones específicas y un modo preferido contemplado actualmente para llevar a cabo la invención, pretenden ilustrar y no limitar la invención.
Ejemplos
Materiales y métodos
Los siguientes materiales se usaron a lo largo de los ejemplos enumerados en la tabla 1, 2 y 3, a menos que se especifique lo contrario:
• Vidrio flotado recocido - AGC Solite 145 x 155 x 3,2 mm, AGC Flat Glass North America, Alpharetta, GA • Láminas posteriores - Dun-Solar 1200TPT, Dunmore Corp., Bristol, PA
• Células solares - Motech monocristalino XS125-165R, Motech Industries, Tainan City, Taiwán
• Cables, cinta tabulada, barras conductoras - Wuxi Sveck Technology, Wuxi, China
° Composición - 62 % de estaño, 36 % de plomo, 2 % de plata
° Cinta tabulada - 0,16 x 2 mm
° Barras conductoras - 0,2 x 5 mm
• Caja de conexión - Renhe Solar, modelo n. ° PV-RH06-60, Renhe Solar, Zhejiang, China
• Encapsulantes (usados tal como se muestra en la tabla 1 y la tabla 2)
° STR15420P, un encapsulante de EVA comercial, de STR Holdings, Enfield, CT
° HZ 406P, un encapsulante de EVA comercial de Hangzhou First Applied Materials, Hangzhou, China ° EN1 a EN4 que contiene EVA y E/MAME tal como sigue:
EVA - un copolímero de etileno/acetato de vinilo que comprende un 28 % en peso de unidades copolimerizadas de acetato de vinilo, basado en el peso total del copolímero, y que tiene una velocidad de flujo del fundido de 3,0 g/10 min, tal como se determina según la norma ASTM D1238 a 190 °C y 2,16 kg;
E/MAME - un copolímero de etileno/maleato de monoetilo que comprende un 15 % en peso de unidades copolimerizadas del éster monoetílico de ácido maleico, basado en el peso total del copolímero, y que tiene una velocidad de flujo del fundido de 400 g/10 min, tal como se determina según la norma ASTM D1238 a 190 0C y 2,16 kg; La formulación específica para E/MAME que contiene encapsulantes EN1-EN4 se proporciona en la tabla 1. El agente de reticulación es 2-etilhexil carbonato de terc-butilperoxilo (TBEC) (Luperox® TBEC, Arkema). El coagente reticulante, isocianurato de trialilo (TAIC, Ciba). El estabilizador de luz es sebaceato de bis(2,2,6,6,-tetrametil-4-piperidilo) (Tinuvin 770, Ciba). El agente de acoplamiento de silano es 3-metacriloxipropil trimetoxisilano (KBM-503, Shin-Etsu Chemical). El absorbente de UV es [2-hidroxi-4-(octiloxi)fenil]fenil metanona (Chimassorb 81, Ciba). Todos los aditivos se usaron sin purificación adicional y la formulación aditiva se basa en 100 partes de la mezcla de copolímeros EVA y EMAME. Las láminas fundidas ENN1 a EN4 usadas como encapsulante en la tabla 2 y la tabla 3 se prepararon tal como sigue. El EVA se empapó con el agente de acoplamiento de silano durante toda la noche durante un mínimo de ocho horas. Un concentrado que contiene el resto de los aditivos, es decir, el agente de reticulación, el coagente de reticulación, el estabilizador de luz y el absorbedor de UV, se fabrica con la resina de EVA para aumentar la uniformidad del compuesto formulado final. El EVA empapado con silano, el concentrado y la resina de EMAME se mezclan uniformemente y se alimentan a la tolva de una extrusora de doble husillo con temperaturas establecidas inferiores a 110 0C para evitar la reticulación prematura de la matriz de resina.
Tabla 1. Formulación encapsulante de EVA con EMAME
Figure imgf000010_0002
Los módulos fotovoltaicos de la tabla 2 y la tabla 3 se formaron por laminación según el siguiente método. El vidrio flotado recocido (AGC Solite 145x155x3,2 mm, AGC Flat Glass North America, Alpharetta, GA) se enjuagó con agua desionizada y se secó. La construcción del módulo fue la siguiente: vidrio/encapsulante frontal/una célula solar/encapsulante posterior/lámina posterior. Los encapsulantes frontales y los encapsulantes posteriores que se usaron se describen en los ejemplos de la tabla 2 y la tabla 3. Las células solares (XS125-165R, Motech Industries, Inc., Tainan City, Taiwán) eran monocristalinas y tabicadas con cinta de 0,16 x 2 mm (Wuxi Sveck Technology, Wuxi, China). Las barras conductoras de 0,2 x 5 mm (Wuxi Svectk Technology, Wuxi, China) se aislaron eléctricamente con la lámina de posterior Dunsolar 1200TPT (Dunmore Corporation, Bristol, PA).
El ciclo de laminación a vacío estaba a una temperatura establecida de 150 0C con un tiempo de procesamiento de 18 minutos en el que el tiempo de vacío fue de 4 minutos y el tiempo de prensado fue de 13 minutos a una presión constante de 1000 mbar. La laminadora de vacío era una Meier Icolam modelo 2515 (NPC-Meier GMBH, Bocholt, Alemania). El minimódulo se retiró del laminador a vacío y se dejó enfriar hasta temperatura ambiente. Las barras conductoras se soldaron a la caja de conexiones, que se unió al módulo con un sellador.
Los módulos fotovoltaicos se probaron para determinar PID según el siguiente método. Los módulos se pegaron en los cuatro bordes del cubreobjetos con cinta adhesiva 3M de 1 pulgada con base de aluminio (3M Company, Saint Paul, MN). La superficie frontal de los módulos se cubrió completamente con papel de aluminio sin tratar. Los módulos con lámina de aluminio se mantuvieron a 60 0C y el 85 % de humedad relativa en una cámara ambiental (modelo SE-3000-4, Thermotron Industries, Holland, MI) durante 96 horas mientras se aplicaba un potencial de voltaje de -1 kV entre la lámina de aluminio y las células solares durante 96 horas según la especificación técnica, IEC TS 62804-1.
Después del periodo de prueba de 96 h, los módulos se monitorizaron mediante mediciones de potencia. La salida de potencia de los módulos se midió con un simulador Spire SPI-SUN 4600SLP (Spire Group LLC, Ridgefield, CT) con una fuente de luz AMI 1,5 según el método IEC 16215.
Los módulos solares elaborados con encapsulantes basados en EVA disponibles comercialmente en los ejemplos comparativos EC1 y EC2 perdieron el 90 % y el 78 %, respectivamente, de su potencia del módulo. Por tanto, el potencial de un kilovoltio o 1000 V degrada significativamente la potencia, dando como resultado una PID en estos dos módulos en EC1 y EC2. Los módulos solares elaborados con encapsulantes compuestos por copolímeros de EMAME y EVA en los ejemplos EJ1 (el encapsulante que contiene el 5 % en peso de EMAME), EJ2 (el encapsulante que contiene el 10 % en peso de EMAME), EJ3 (el encapsulante que contiene el 15 % en peso de EMAME) y EJ4 (el encapsulante que contiene el 20 % en peso de EMAME) perdieron todos menos del 5 % de su potencia inicial o se mantuvo más del 95 % de su potencia inicial. Por tanto, la presencia de EMAME, incluso al 5 % en peso en el ejemplo EJ1, mejora significativamente la retención de energía y reduce significativamente el efecto de PID.
Tabla 2. Condiciones de PID: 60 0C/85 % de HR/-1000 V (con lámina de aluminio)
Figure imgf000010_0001
La tabla 3 enumera otro conjunto de módulos fotovoltaicos y resume la potencia retenida después de la exposición del módulo a -1500 V y 85 0C/el 85 % de humedad relativa (HR). Estos módulos se montaron con marcos de aluminio y no se usó papel de aluminio en este potencial de tensión superior. Por tanto, el vidrio del módulo se expuso al 85 % de HR. Los ejemplos comparativos EC3 a EC4 tenían encapsulantes de EVA comerciales, STR Solar 15420P y Hangzhou First 406P, respectivamente. Los ejemplos EJ5 a EJ8 tenían encapsulantes basados en EVA y E/MAME, EN1 a EN4. Los resultados de retención de potencia de las pruebas de 1500 V y 85 0C/el 85 % de HR a las 48 y 96 horas en demuestran que los módulos fotovoltaicos que tienen del 5 al 20 % de EMAME que contienen encapsulantes EN1 a EN4 mostraron todos menos de un 5 % de reducción de la PID, es decir, retuvieron la potencia por encima del 95 % durante el periodo de prueba. Por el contrario, los módulos fotovoltaicos que tienen encapsulantes de EVA convencionales en los ejemplos comparativos EC3 y EC4, respectivamente, perdieron el 30 % y el 65 % de la potencia inicial de los módulos por PID en el plazo de 96 horas en las condiciones de prueba.
Tabla 3. Condiciones de PID: 85 0C/el 85 % de HR/-1500 V (sin lámina de aluminio)
Figure imgf000011_0001
Aunque algunas de las realizaciones preferidas de esta invención se han descrito y ejemplificado específicamente anteriormente, no se pretende que la invención se limite a tales realizaciones. Pueden realizarse diversas modificaciones sin apartarse del alcance de la invención, tal como se expone en las siguientes reivindicaciones.

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Un módulo fotovoltaico que comprende una capa encapsulante y un conjunto de célula solar, comprendiendo dicha capa encapsulante una composición encapsulante, que comprende una mezcla de un copolímero de etileno y acetato de vinilo (EVA) y un copolímero A potenciador anti-degradación inducida por potencial (PID), caracterizado porque la composición encapsulante proporciona estabilidad de salida de potencia>90 % de la salida de potencia inicial después de una exposición a calor húmedo (85 0C/85 % de HR) y potencial de tensión de 1500 V durante hasta 96 horas,
    en donde el copolímero A es un copolímero E/X, en donde E es etileno y X es semiéster de anhídrido maleico y el copolímero E/X incluye éster monometílico de anhídrido maleico, éster monoetílico de anhídrido maleico (MAME), éster monopropílico de anhídrido maleico, éster monobutílico de anhídrido maleico o una combinación de los mismos, en el intervalo del 12 al 25 % en peso del peso del polímero;
    o en donde el copolímero A es un copolímero E/X/Y, en donde E es etileno, X es semiéster de anhídrido maleico y X es éster monometílico de anhídrido maleico, éster monoetílico de anhídrido maleico (MAME), éster monopropílico de anhídrido maleico, éster monobutílico de anhídrido maleico o una combinación de los mismos, en el intervalo del 6 al 20 % en peso del peso del polímero, e Y es acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de n-butilo o acrilato de isobutilo, o una mezcla de esos en el intervalo del 1 al 30 % en peso, del peso del polímero.
  2. 2. El módulo fotovoltaico según la reivindicación 1, en donde el copolímero A está en el intervalo del 1 -30 % en peso del peso total de EVA y copolímero A, preferentemente en el intervalo del 2-20 % en peso, y lo más preferentemente en el intervalo del 4-15 % en peso.
  3. 3. Un método para reducir la degradación inducida por potencial (PID) de un módulo fotovoltaico, comprendiendo dicho método las etapas de proporcionar un conjunto de célula solar, una capa de vidrio y una capa encapsulante que comprende la composición encapsulante según la reivindicación 1; fabricar un módulo fotovoltaico que comprende la estructura capa de vidrio/capa encapsulante/conjunto de células solares; operar el módulo fotovoltaico; y observar la corriente generada por el módulo fotovoltaico en función del tiempo.
  4. 4. El módulo fotovoltaico según la reivindicación 1, en donde la composición encapsulante pasa 1000 potencial de tensión en dicha condición según la especificación técnica IEC TS 62804-1.
  5. 5. El módulo fotovoltaico según la reivindicación 1, en donde la composición encapsulante pasa 1500 potencial de tensión en dicha condición según la especificación técnica IEC TS 62804-1.
  6. 6. El módulo fotovoltaico según la reivindicación 1, en donde el copolímero de la composición encapsulante es etileno copolimerizado y acetato de vinilo, donde acetato de vinilo está en el intervalo del 15 % en peso a aproximadamente el 35 % en peso del peso del polímero, lo más preferiblemente del 25-32 % en peso.
  7. 7. El módulo fotovoltaico según la reivindicación 1, en donde el copolímero A es el copolímero E/X.
  8. 8. El módulo fotovoltaico según la reivindicación 1, en donde el copolímero A es el copolímero E/X, y X está presente en el intervalo del 15-20 % en peso del peso del polímero.
  9. 9. El módulo fotovoltaico según la reivindicación 1, en donde el copolímero A es el copolímero E/X/Y.
  10. 10. El módulo fotovoltaico según la reivindicación 1, en donde el copolímero A es el copolímero E/X/Y y X está presente en el intervalo de y 8-15 % en peso del peso del polímero; y en donde Y está presente en el intervalo del 5-15 % en peso del peso del polímero.
  11. 11. El módulo fotovoltaico según la reivindicación 1, en donde la composición encapsulante comprende otro u otros polímeros, y/u otros aditivos, siempre que aquellos no incurran en un efecto adverso sobre el rendimiento del módulo fotovoltaico.
  12. 12. El módulo fotovoltaico según la reivindicación 1, que comprende además una o más capas de vidrio, una o más capas de lámina trasera flexibles, o una segunda capa encapsulante que puede ser igual o diferente de la capa encapsulante.
  13. 13. El módulo fotovoltaico según la reivindicación 1, que consiste en una estructura seleccionada del grupo de:
    vidrio/encapsulante/conjunto de células solares/capa encapsulante/vidrio; vidrio/encapsulante/conjunto de células solares/encapsulante/lámina posterior flexible; vidrio/encapsulante/conjunto de células solares/vidrio; y vidrio/encapsulante/conjunto de células solares/encapsulante/lámina posterior flexible.
  14. 14. El módulo fotovoltaico según la reivindicación 1, en donde el conjunto de células solares comprende una célula solar de película delgada.
  15. 15. El módulo fotovoltaico según la reivindicación 1, en donde la capa encapsulante está en forma multicapa.
ES19710994T 2018-03-08 2019-03-05 Módulo fotovoltaico y composición encapsulante que tienen resistencia mejorada a la degradación inducida por potencial Active ES2943469T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862640073P 2018-03-08 2018-03-08
PCT/US2019/020643 WO2019173262A1 (en) 2018-03-08 2019-03-05 Photovoltaic module and encapsulant composition having improved resistance to potential induced degradation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2943469T3 true ES2943469T3 (es) 2023-06-13

Family

ID=65763925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES19710994T Active ES2943469T3 (es) 2018-03-08 2019-03-05 Módulo fotovoltaico y composición encapsulante que tienen resistencia mejorada a la degradación inducida por potencial

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20210115239A1 (es)
EP (1) EP3762973B1 (es)
JP (1) JP7447007B2 (es)
KR (1) KR102664108B1 (es)
CN (1) CN112055894A (es)
ES (1) ES2943469T3 (es)
WO (1) WO2019173262A1 (es)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3890032A1 (en) 2020-03-31 2021-10-06 Borealis AG Photovoltaic module with increased resistance against potential induced degradation
EP3890031A1 (en) * 2020-03-31 2021-10-06 Borealis AG Photovoltaic module with increased resistance against potential induced degradation

Family Cites Families (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4035549A (en) 1975-05-19 1977-07-12 Monsanto Company Interlayer for laminated safety glass
DE3414682C2 (de) 1984-04-18 1986-04-24 Schott Glaswerke, 6500 Mainz Alkali- und erdalkalireiches Phosphatglas mit CuO als färbender Komponente für optisches Farb- und Filterglas
US5264286A (en) 1988-03-03 1993-11-23 Asahi Glass Company Ltd. Laminated glass structure
DE4031469C1 (es) 1990-10-05 1992-02-06 Schott Glaswerke, 6500 Mainz, De
US5507881A (en) 1991-09-30 1996-04-16 Fuji Electric Co., Ltd. Thin-film solar cell and method of manufacturing same
US5512107A (en) 1992-03-19 1996-04-30 Siemens Solar Gmbh Environmentally stable thin-film solar module
WO1994029106A1 (de) 1993-06-11 1994-12-22 ISOVOLTA Österreichische Isolierstoffwerke Aktiengesellschaft Verfahren zur herstellung fotovoltaischer module sowie eine vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens
SE508676C2 (sv) 1994-10-21 1998-10-26 Nordic Solar Energy Ab Förfarande för framställning av tunnfilmssolceller
US6093757A (en) 1995-12-19 2000-07-25 Midwest Research Institute Composition and method for encapsulating photovoltaic devices
FR2753700B1 (fr) 1996-09-20 1998-10-30 Feuille de verre destinees a la fabrication de vitrages
US6137048A (en) 1996-11-07 2000-10-24 Midwest Research Institute Process for fabricating polycrystalline semiconductor thin-film solar cells, and cells produced thereby
JP3527815B2 (ja) 1996-11-08 2004-05-17 昭和シェル石油株式会社 薄膜太陽電池の透明導電膜の製造方法
US6123824A (en) 1996-12-13 2000-09-26 Canon Kabushiki Kaisha Process for producing photo-electricity generating device
JPH1146006A (ja) 1997-07-25 1999-02-16 Canon Inc 光起電力素子およびその製造方法
US5948176A (en) 1997-09-29 1999-09-07 Midwest Research Institute Cadmium-free junction fabrication process for CuInSe2 thin film solar cells
US6258620B1 (en) 1997-10-15 2001-07-10 University Of South Florida Method of manufacturing CIGS photovoltaic devices
EP1029827A4 (en) 1997-11-13 2003-07-09 Nippon Sheet Glass Co Ltd ULTRAVIOLET / INFRARED ABSORBENT GLASS, ULTRAVIOLET / INFRARED ABSORBENT GLASS PANEL, ULTRAVIOLET / INFRARED ABSORBENT GLASS PANEL COATED WITH A COLORED FILM, AND VEHICLE GLAZING
US6077722A (en) 1998-07-14 2000-06-20 Bp Solarex Producing thin film photovoltaic modules with high integrity interconnects and dual layer contacts
WO2000014021A1 (fr) 1998-09-04 2000-03-16 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Verre clair a facteur de transmission eleve et son procede de production, plaque de verre a couche electro-conductrice et son procede de production, et article de verre
DE10013188A1 (de) 2000-03-17 2001-09-20 Basf Ag Kristallisationsmodifikatoren auf der Basis von Perylenderivaten
US20030124296A1 (en) 2000-10-26 2003-07-03 Smith Charles Anthony Glass laminates for threat resistant window systems
JP5252923B2 (ja) 2004-10-29 2013-07-31 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 透明なラミネートでの使用に好適な熱可塑性樹脂組成物
US7554031B2 (en) 2005-03-03 2009-06-30 Sunpower Corporation Preventing harmful polarization of solar cells
US20070079866A1 (en) 2005-10-07 2007-04-12 Applied Materials, Inc. System and method for making an improved thin film solar cell interconnect
US20070228341A1 (en) 2005-12-30 2007-10-04 Hayes Richard A Solar control laminates
US7671271B2 (en) 2006-03-08 2010-03-02 National Science And Technology Dev. Agency Thin film solar cell and its fabrication process
US20070227578A1 (en) 2006-03-31 2007-10-04 Applied Materials, Inc. Method for patterning a photovoltaic device comprising CIGS material using an etch process
US7547570B2 (en) 2006-03-31 2009-06-16 Applied Materials, Inc. Method for forming thin film photovoltaic interconnects using self-aligned process
US7718347B2 (en) 2006-03-31 2010-05-18 Applied Materials, Inc. Method for making an improved thin film solar cell interconnect using etch and deposition process
KR20110118183A (ko) 2006-04-11 2011-10-28 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 솔라 패널 형성을 위한 시스템 아키텍쳐 및 방법
US20070240759A1 (en) 2006-04-13 2007-10-18 Applied Materials, Inc. Stacked thin film photovoltaic module and method for making same using IC processing
US7655542B2 (en) 2006-06-23 2010-02-02 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for depositing a microcrystalline silicon film for photovoltaic device
US20080223436A1 (en) 2007-03-15 2008-09-18 Guardian Industries Corp. Back reflector for use in photovoltaic device
US20080271675A1 (en) 2007-05-01 2008-11-06 Applied Materials, Inc. Method of forming thin film solar cells
US8637150B2 (en) 2007-10-01 2014-01-28 E I Du Pont De Nemours And Company Multilayer acid terpolymer encapsulant layers and interlayers and laminates therefrom
FR2927332B1 (fr) * 2008-02-13 2010-04-30 Arkema France Liant a base de copolymere ethylene-ester vinylique d'acide carboxylique et de polyolefine contenant un monomere fonctionnel
US8399096B2 (en) 2008-10-31 2013-03-19 E I Du Pont De Nemours And Company High-clarity ionomer compositions and articles comprising the same
US8080727B2 (en) * 2008-11-24 2011-12-20 E. I. Du Pont De Nemours And Company Solar cell modules comprising an encapsulant sheet of a blend of ethylene copolymers
FR2941887B1 (fr) * 2009-02-06 2011-03-25 Arkema France Utilisation d'un film a base de polyolefine dans un module photovoltaique
WO2010077425A1 (en) 2008-12-31 2010-07-08 E. I. Du Pont De Nemours And Company Solar cell modules comprising encapsulant sheets with low haze and high moisture resistance
US8188363B2 (en) 2009-08-07 2012-05-29 Sunpower Corporation Module level solutions to solar cell polarization
US20110048505A1 (en) 2009-08-27 2011-03-03 Gabriela Bunea Module Level Solution to Solar Cell Polarization Using an Encapsulant with Opened UV Transmission Curve
FR2953525B1 (fr) 2009-12-03 2013-01-25 Arkema France Composition utile comme melange-maitre de reticulation comprenant une polyolefine fonctionnelle
KR101213389B1 (ko) 2010-08-12 2012-12-18 삼성토탈 주식회사 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법
US20120266943A1 (en) 2011-04-20 2012-10-25 Bo Li Solar cell module structure and fabrication method for preventing polarization
EP3633740A1 (en) 2011-08-04 2020-04-08 Corning Incorporated Photovoltaic module package
CN104081536B (zh) * 2012-01-05 2016-09-21 三井化学东赛璐株式会社 太阳能电池密封材及太阳能电池模块
CN103173145B (zh) * 2013-03-19 2015-01-14 广州鹿山新材料股份有限公司 双玻太阳能组件封装专用eva胶膜及其制备方法
CN106232724A (zh) 2014-04-29 2016-12-14 纳幕尔杜邦公司 具有改善的背板的太阳能电池模块
WO2015171575A1 (en) * 2014-05-09 2015-11-12 E. I. Du Pont De Nemours And Company Encapsulant composition comprising a copolymer of ethylene, vinyl acetate and a third comonomer
CN105086097A (zh) 2014-05-09 2015-11-25 杜邦公司 可交联的乙烯/乙酸乙烯酯共聚物的组合物及包含该组合物的太阳能电池封装材料
JP2017188577A (ja) 2016-04-06 2017-10-12 株式会社 シリコンプラス 太陽電池モジュール
CN108034372B (zh) 2017-12-27 2020-06-23 杭州福斯特应用材料股份有限公司 一种抗电势诱导衰减的光伏封装材料eva胶膜

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019173262A1 (en) 2019-09-12
EP3762973A1 (en) 2021-01-13
JP2021515390A (ja) 2021-06-17
KR20200130321A (ko) 2020-11-18
JP7447007B2 (ja) 2024-03-11
EP3762973B1 (en) 2023-03-29
BR112020017145A2 (pt) 2020-12-22
US20210115239A1 (en) 2021-04-22
KR102664108B1 (ko) 2024-05-09
CN112055894A (zh) 2020-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
de Oliveira et al. The causes and effects of degradation of encapsulant ethylene vinyl acetate copolymer (EVA) in crystalline silicon photovoltaic modules: A review
US8609980B2 (en) Cross-linkable ionomeric encapsulants for photovoltaic cells
US8609777B2 (en) Cross-linkable encapsulants for photovoltaic cells
JP5639930B2 (ja) 太陽電池封止材及びそれを用いて作製された太陽電池モジュール
EP0998524A2 (en) Uv light stabilization additive package for solar cell module and laminated glass applications
US20220389282A1 (en) Adhesive film, anti-PID encapsulation adhesive film, composition forming adhesive film, and photovoltaic module and laminated glass
ES2943469T3 (es) Módulo fotovoltaico y composición encapsulante que tienen resistencia mejorada a la degradación inducida por potencial
US20120199193A1 (en) Amorphous silicon solar cell module
US20180233613A1 (en) Encapsulant composition comprising a copolymer of ethylene, vinyl acetate and a third comonomer
KR20140138741A (ko) 태양전지 모듈용 밀봉 필름 및 이를 이용한 태양전지 모듈
JP2015162498A (ja) 太陽電池封止材用積層体、太陽電池封止材及び太陽電池モジュール
US20110139218A1 (en) Encapsulant material for photovoltaic modules
KR20110122121A (ko) 태양 전지 모듈에 대한 킬레이트제를 포함하는 폴리(비닐 부티랄) 밀봉제
KR101162101B1 (ko) 태양전지용 밀봉재 및 이를 포함하는 태양전지용 밀봉 시트
US20130255745A1 (en) Thin layered solar module having a composite wafer structure
KR20130067389A (ko) 발전효율이 향상된 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법
BR112020017145B1 (pt) Módulo fotovoltaico
KR101514028B1 (ko) 태양전지 모듈
KR20120024515A (ko) 박막 태양전지용 접착시트 조성물, 이를 이용한 박막 태양전지용 접착시트 및 박막 태양전지
KR101955622B1 (ko) 태양전지용 백 시트
JP2011228530A (ja) 太陽電池用封止材、及びこれを用いた太陽電池用裏面側保護部材
NL2008841C2 (en) Multilayer backsheet for photovoltaic modules.
CN116917119A (zh) 包含聚烯烃层的光伏模块背板
KR20170107209A (ko) 태양전지용 봉지재 시트 및 이를 사용한 태양전지 모듈
JP2012160550A (ja) 太陽電池用表面保護材及びそれを用いて作製された太陽電池モジュール