ES2948836T3 - Módulo fotovoltaico ligero que incluye una capa delantera y una capa posterior en materiales compuestos - Google Patents
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Abstract
El objeto principal de la invención es un módulo fotovoltaico (1) ligero que comprende: una primera capa transparente (2) que forma la cara frontal, células fotovoltaicas (4), un conjunto que encapsula (3) las células fotovoltaicas (4), y un segundo capa (5) que forma la cara posterior del módulo fotovoltaico (1), estando situados entre la primera (2) y segunda (5) capas el conjunto encapsulante (3) y las células fotovoltaicas (4), caracterizado porque la primera La capa (2) comprende una primera capa compuesta (2c), una primera película amortiguadora intermedia (2b) y una primera película protectora (2a), y porque la segunda capa (5) comprende una segunda capa compuesta (5a). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Módulo fotovoltaico ligero que incluye una capa delantera y una capa posterior en materiales compuestos
Campo técnico
La presente invención se refiere al campo de los módulos fotovoltaicos, los cuales incluyen un conjunto de células fotovoltaicas conectadas entre sí eléctricamente, y preferentemente las células fotovoltaicas denominadas «cristalinas», es decir las cuales son a base de silicio monocristalino o policristalino.
La invención puede ser implementada para numerosas aplicaciones, especialmente civiles y/o militares, por ejemplo, aplicaciones autónomas y/o embarcadas, estando particularmente relacionada con aplicaciones las cuales requieren la utilización de módulos fotovoltaicos sin vidrio y ligeros, en particular con un peso por unidad de superficie inferior a 5 kg/m2, y de bajo espesor, especialmente inferior a 5 mm. Por tanto, se puede aplicar especialmente a edificios tales como viviendas o locales industriales (terciarios, comerciales, etc.), por ejemplo para la realización de sus techados, para el diseño de mobiliario urbano, por ejemplo para el alumbrado público, la señalización vial o incluso la recarga de coches eléctricos, o incluso ser utilizados también para aplicaciones nómadas (movilidad solar), en particular para la integración en vehículos, tales como coches, autobuses o barcos, drones, globos dirigibles, entre otros.
Por tanto, la invención propone un módulo fotovoltaico ligero que incluye una primera capa que forma la cara delantera del módulo, que comprende una primera capa compuesta, y una segunda capa que forma la cara posterior del módulo, que comprende una segunda capa compuesta, así como un procedimiento de realización de un tal módulo fotovoltaico.
Estado de la técnica anterior
Un módulo fotovoltaico es un conjunto de células fotovoltaicas dispuestas una al lado de la otra entre una primera capa transparente que forma una cara delantera del módulo fotovoltaico y una segunda capa que forma una cara posterior del módulo fotovoltaico.
La primera capa que forma la cara delantera del módulo fotovoltaico es ventajosamente transparente para permitir que las células fotovoltaicas reciban un flujo luminoso. Se realiza tradicionalmente de una sola placa de vidrio, especialmente del vidrio templado, que presenta un espesor típicamente comprendido entre 2 y 4 mm, convencionalmente del orden de 3 mm.
La segunda capa que forma la cara posterior del módulo fotovoltaico puede ser realizada de vidrio, de metal o de plástico, entre otros. A menudo está formada por una estructura polimérica a base de un polímero aislante eléctrico, por ejemplo, del tipo tereftalato de polietileno (PET) o poliamida (PA), que puede estar protegida por una o las capas a base de polímeros fluorados, como el fluoruro de polivinilo (PVF) o el fluoruro de polivinilideno (PVDF), y que tenga un espesor del orden de 400 μm.
Las células fotovoltaicas pueden estar conectadas eléctricamente entre sí por elementos de contacto eléctrico delantero y posterior, denominados conductores de conexión, y formados por ejemplo por bandas de cobre estañado, dispuestas respectivamente contra las caras delanteras (caras que se encuentran en frente de la cara delantera del módulo fotovoltaico destinadas para recibir un flujo luminoso) y posterior (caras que se encuentran en frente de la cara posterior del módulo fotovoltaico) de cada una de las células fotovoltaicas, o incluso únicamente en la cara posterior para las células fotovoltaicas de tipo IBC (para «Interdigitated Back Contact» en inglés).
Cabe señalar que las células fotovoltaicas de tipo IBC («Interdigitated Back Contact») son estructuras cuyos contactos se realizan en la cara posterior de la célula en forma de peines interdigitales. Se describen, por ejemplo, en la patente americana US 4,478,879A.
Por otra parte, las células fotovoltaicas, situadas entre las capas primera y segunda que forman respectivamente las caras delanteras y posterior del módulo fotovoltaico, pueden ser encapsuladas. De manera convencional, el encapsulante elegido corresponde a un polímero del tipo elastómero (o caucho), y puede consistir por ejemplo en la utilización de dos capas (o películas) de poli(etileno-acetato de vinilo) (EVA) entre las cuales están dispuestas las células fotovoltaicas y los conductores de conexión de las células. Cada capa encapsulante puede presentar un espesor de al menos 0,2 mm y un módulo de Young típicamente comprendido entre 2 y 400 MPa a temperatura ambiente.
Por tanto, se ha representado de manera parcial y esquemáticamente, respectivamente en sección en la Figura 1 y en vista en despiece en la Figura 2, un ejemplo convencional de módulo 1 fotovoltaico que incluye células 4 fotovoltaicas cristalinas.
Como se ha descrito anteriormente, el módulo 1 fotovoltaico incluye una cara 2 delantera, generalmente realizada en vidrio templado transparente de espesor de aproximadamente 3 mm, y una cara 5 posterior, por ejemplo, constituida por una lámina de polímero, opaca o transparente, monocapa o multicapa, que tiene un módulo de Young superior a 400 MPa a temperatura ambiente.
Entre las caras delantera 2 y posterior 5 del módulo 1 fotovoltaico se sitúan las células 4 fotovoltaicas, conectadas eléctricamente entre sí mediante conductores 6 de conexión e inmersas entre dos capas delantera 3a y posterior 3b de material de encapsulación formando las dos un conjunto 3 encapsulante.
La Figura 1A representa además una variante de realización del ejemplo de la Figura 1 en la cual las células 4 fotovoltaicas son de tipo IBC, estando los conductores 6 de conexión dispuestos únicamente contra las caras posteriores de las células 4 fotovoltaicas.
Por otra parte, las Figuras 1 y 2 también representan la caja 7 de conexiones del módulo 1 fotovoltaico, destinada para recibir el cableado necesario para el funcionamiento del módulo. Convencionalmente, esta caja 7 de conexiones está realizada de plástico o de caucho, y presenta una estanqueidad completa.
De manera habitual, el procedimiento de realización del módulo 1 fotovoltaico incluye una etapa denominada laminación al vacío de las diferentes capas descritas anteriormente, a una temperatura superior o igual a 120 °C, o incluso a 140 °C, o incluso a 150 °C, e inferior o igual a 170 °C, típicamente comprendida entre 145 y 165 °C, y con una duración del ciclo de laminación de al menos 10 minutos, o incluso 15 minutos.
Durante esta etapa de laminación, las capas de material 3a y 3b de encapsulación se funden y llegan a envolver las células 4 fotovoltaicas, al mismo tiempo que se crea la adherencia en todas las interfaces entre las capas, es decir, entre la cara 2 delantera y la capa delantera de material 3a de encapsulación, la capa de material 3a de encapsulación y las caras 4a delanteras de las células 4 fotovoltaicas, las caras 4b posteriores de las células 4 fotovoltaicas y la capa posterior de material 3b de encapsulación, y la capa posterior de material 3b de encapsulación y la cara 5 posterior del módulo 1 fotovoltaico. A continuación, se enmarca el módulo 1 fotovoltaico obtenido, típicamente por medio de un perfil de aluminio.
Una tal estructura se ha convertido ahora en un estándar que posee una importante resistencia mecánica gracias a la utilización de una cara 2 delantera de vidrio grueso y del marco de aluminio, lo que le permite, especialmente y en la mayoría de los casos, cumplir con las normas IEC 61215 y IEC 61730.
Sin embargo, un tal módulo 1 fotovoltaico según el diseño convencional de la técnica anterior presenta el inconveniente de tener un peso elevado, en particular un peso por unidad de superficie superior a 10 kg/m2, incluso 12 kg/m2, por tanto, no es adecuado para determinadas aplicaciones en las cuales la ligereza es una prioridad.
Este peso elevado del módulo 1 fotovoltaico proviene principalmente de la presencia del vidrio grueso, con un espesor de aproximadamente 3 mm, para formar la cara 2 delantera, siendo la densidad del vidrio, en efecto, elevada, del orden de 2,5 kg/m2/mm de espesor, y del marco de aluminio. Para poder resistir a los esfuerzos durante la fabricación y también por razones de seguridad, por ejemplo, debido al riesgo de corte, el vidrio es templado. Sin embargo, la infraestructura industrial de templado térmico está configurada para procesar vidrio de al menos 3 mm de espesor. Además, la elección de tener un espesor de vidrio de aproximadamente 3 mm también está relacionada con una resistencia mecánica a la presión estándar de 5,4 kPa. En definitiva, el vidrio solo representa así prácticamente el 70 % del peso del módulo 1 fotovoltaico, y más del 80 % con el marco de aluminio alrededor del módulo 1 fotovoltaico.
Asimismo, con el fin de obtener una reducción significativa del peso de un módulo fotovoltaico para permitir su utilización en nuevas aplicaciones exigentes en términos de ligereza y formato, existe la necesidad de encontrar una solución alternativa a la utilización de un vidrio grueso en la cara delantera del módulo. Por lo tanto, uno de los problemas consiste en sustituir la cara delantera de vidrio por nuevos materiales plásticos o compuestos manteniendo a la vez la arquitectura y el método de implementación habituales con el objetivo principal de una importante disminución del peso de la superficie, o gramaje.
Por tanto, las láminas de polímeros, como el policarbonato (PC), el polimetacrilato de metilo (PMMA), el fluoruro de polivinilideno (PVDF), el etileno tetrafluoroetileno (ETFE), el etileno clorotrifluoroetileno (ECTFE), o el etileno propileno fluorado (FEP), pueden representar una alternativa al vidrio. Sin embargo, cuando sólo se considera la sustitución del vidrio por una tal lámina delgada de polímeros, la célula fotovoltaica se vuelve muy vulnerable a los choques, a la carga mecánicas y a las dilataciones diferenciales.
Una alternativa es la utilización de materiales compuestos a base de fibras de vidrio en la cara delantera, en sustitución del vidrio estándar. El aumento de peso puede ser significativamente importante a pesar de una transparencia menos buena.
La sustitución del vidrio en la cara delantera de los módulos fotovoltaicos ha sido objeto de varias patentes o solicitudes de patente en la técnica anterior. Por tanto, se puede citar a este respecto la solicitud de patente FR 2955051 A1, la solicitud de patente americana US 2005/0178428 A1 o incluso las solicitudes internacionales WO 2008/019229 A2 y WO 2012/140585 A1. Otras patentes o solicitudes de patente han descrito la utilización de materiales compuestos, como, por ejemplo, la solicitud de patente europea EP 2 863 443 A1, o incluso las solicitudes internacionales WO 2018/076525 A1, WO 2019/006764 A1 y WO 2019/006765 A1.
Por otra parte, la solicitud internacional WO 2019/184242 A1 describe un conjunto de batería flexible de células solares que comprende capas reforzadas con fibras.
Exposición de la invención
Por tanto, existe la necesidad de diseñar una solución alternativa de módulo fotovoltaico previsto para ser ligero con el fin de adaptarse a determinadas aplicaciones, presentando a la vez propiedades mecánicas suficientes que le permitan ser resistente a los choques y a la carga mecánica, y en particular a las normas IEC 61215 y IEC 61730. Existe además la necesidad de reducir el espesor de los componentes constituyentes del módulo fotovoltaico de manera que reduzca el peso de superficie, o gramaje, conservando a la vez buenas propiedades mecánicas.
Por lo tanto, la invención tiene por objetivo remediar, al menos parcialmente, las necesidades mencionadas anteriormente y los inconvenientes relacionados con las realizaciones de la técnica anterior.
Por tanto, la invención tiene por objeto, según uno de sus aspectos, un módulo fotovoltaico según la reivindicación 1.
Por tanto, de manera ventajosa, el principio de la invención consiste especialmente tanto en sustituir el vidrio espeso estándar de un espesor de aproximadamente 3 mm, habitualmente utilizado en un módulo fotovoltaico convencional, por una primera capa en forma de multicapa que comprende un material compuesto de polímero/fibras, especialmente obtenido a partir de un preimpregnado, y modificar la cara posterior del módulo fotovoltaico, habitualmente formada por una multicapa de polímero de tipo TPT (Tedlar/PET/Tedlar) con un espesor del orden de 300 μm, para también prever la presencia de un material compuesto de polímero/fibras, especialmente obtenido a partir de un preimpregnado.
Por otra parte, la adición de una película intermedia amortiguadora en el módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención permite especialmente mejorar la adherencia entre la capa compuesta y la película de protección. En efecto, cuanto menor sea la tasa de impregnación del compuesto, menor será la adherencia directa de la película de protección, teniendo en cuenta la cantidad de resina. Sin embargo, esta adherencia puede ser problemática para tasas de resina comprendidas entre 30 y 50 %. Además, la adición de una película intermedia amortiguadora puede permitir mejorar la resistencia a lo largo del tiempo del conjunto de capa compuesta/película de protección. Teniendo en cuenta las dilataciones térmicas diferenciales y las tensiones en las interfaces asociadas durante la vida del módulo fotovoltaico, la película intermedia amortiguadora puede permitir absorber estas diferencias de dilataciones y evitar la delaminación prematura de la película de protección en la cara delantera y/o en la cara posterior.
También de manera más general, la estructura multicapa formada por la presencia de una película de protección, de una película intermedia amortiguadora y de una capa compuesta puede permitir filtrar las radiaciones ultravioleta (UV) con el fin de proteger la capa compuesta del envejecimiento prematuro.
Cabe señalar además que la primera capa se forma en varias partes, es decir, que es multicapa. La segunda capa se puede formar en una o más partes, es decir, puede ser monocapa o multicapa.
El término «transparente» significa que la primera capa que forma la cara delantera del módulo fotovoltaico es al menos parcialmente transparente a la luz visible, dejando pasar al menos aproximadamente el 80 % de esta luz.
En particular, la transparencia óptica, entre 300 y 1200 nm, de cada una de las capas compuestas primera y segunda puede ser superior al 80 %. Asimismo, la transparencia óptica, entre 300 y 1200 nm, de la primera película intermedia amortiguadora, y en su caso de la segunda película intermedia amortiguadora, puede ser superior al 90 %. Finalmente, la transparencia óptica, entre 300 y 1200 nm, de la primera película de protección, y en su caso de la segunda película intermedia amortiguadora, puede ser superior al 80 %.
Además, por el término «encapsulante» o «encapsulado», debe entenderse que la pluralidad de células fotovoltaicas está dispuesta en un volumen, por ejemplo, herméticamente cerrado frente a líquidos, formado al menos en parte por al menos dos capas de material(es) de encapsulación, unidos entre sí después de la laminación para formar el conjunto encapsulante.
En efecto, inicialmente, es decir antes de cualquier operación de laminación, el conjunto encapsulante está constituido por al menos dos capas de material(es) de encapsulación, denominadas capas de núcleo, entre las cuales la pluralidad
de células fotovoltaicas esta encapsulada. Sin embargo, durante la operación de laminación de las capas, las capas de material de encapsulación se funden para formar, después de la operación de laminación, una única capa (o conjunto) solidificada en la cual se sumergen las células fotovoltaicas.
Por otra parte, gracias a la invención, puede ser posible obtener un nuevo tipo de módulo fotovoltaico ligero el cual, mediante la utilización de materiales poliméricos y compuestos puede presentar un peso de superficie, o gramaje, inferior a 4 kg/m2. Además, mediante la utilización de una cara delantera y una cara posterior de compuesto, especialmente preimpregnada, de polímero/fibras, el módulo fotovoltaico según la invención presenta excelentes propiedades mecánicas y termomecánicas.
El módulo fotovoltaico según la invención puede incluir además una o más de las siguientes características tomadas de manera aislada o según cualquiera de las combinación técnicas posibles.
La primera capa compuesta y la segunda capa compuesta pueden presentar cada una un refuerzo, formado por las fibras, con un peso de superficie comprendido entre 25 y 600 g/m2.
En particular, la primera capa compuesta puede presentar un refuerzo, formado por las fibras, con un peso de superficie comprendido entre 300 y 600 g/m2, especialmente de manera estricta superior a 300 g/m2 y estrictamente inferior a 600 g/m2. La segunda capa compuesta puede presentar un refuerzo, formado por las fibras, con un peso de superficie comprendido entre 300 y 600 g/m2, especialmente de manera estricta superior a 300 g/m2 y estrictamente inferior a 600 g/m2.
Además, el segundo material compuesto de la segunda capa compuesta incluye una tasa de impregnación de material de polímero, especialmente de resina de polímero, comprendido entre el 30 y el 70 % en masa, preferentemente entre el 35 y el 55 % en masa. Preferentemente, la tasa de impregnación puede estar comprendida entre el 35 y el 50 %, siendo estrictamente inferior al 50 %. La tasa de impregnación puede, por ejemplo, estar determinada por una prueba de pérdida de fuego, cuyo principio es el siguiente: se pesa una muestra de material compuesto, luego se quema para degradar la parte de polímero, y finalmente se pesa lo que queda y lo que corresponde al refuerzo de fibras, especialmente de fibras de vidrio. Una tal prueba se basa en las normas NF T57-102 e ISO 1172, y más específicamente en la norma NF T57-518 para los preimpregnados con refuerzo de vidrio. El módulo de Young en tracción, medido según la norma EN ISO 527, de cada una de las capas compuestas primera y segunda puede ser superior a 1 GPa a temperatura ambiente, siendo especialmente inferior a 100 GPa.
Por otra parte, según una variante de la invención, la segunda capa también puede además incluir:
- una segunda película intermedia amortiguadora, estando la segunda capa compuesta situada entre la segunda película intermedia amortiguadora y el conjunto encapsulante,
- una segunda película de protección, estando la segunda película intermedia amortiguadora situada entre la segunda película de protección y la segunda capa compuesta.
Las capas compuestas primera y segunda pueden ser idénticas. Las posibles películas intermedias amortiguadoras primera y segunda pueden ser idénticas. Las posibles películas de protección primera y segunda pueden ser idénticas.
Además, la primera película intermedia amortiguadora y la posible segunda película intermedia amortiguadora pueden presentar un módulo de Young a 25 °C comprendido entre 2 y 300 MPa.
La primera película intermedia amortiguadora y la posible segunda película intermedia amortiguadora pueden presentar un espesor comprendido entre 15 y 200 μm, especialmente entre 20 y 200 μm, especialmente entre 50 y 100 μm.
Por otra parte, la primera película de protección y la posible segunda película de protección pueden presentar un espesor comprendido entre 15 y 300 μm.
Además, la primera película de protección y la posible segunda película de protección pueden presentar un filtro de corte UV («UV cutoff» en inglés) comprendido entre 320 y 450 nm, lo cual corresponde a la longitud de onda para la cual la tasa de transmisión es igual al 50 %. De esta manera, el primer material compuesto y el posible segundo material compuesto pueden protegerse del envejecimiento por la radiación ultravioleta (UV) y posiblemente de la hidrólisis, lo cual proporciona al módulo fotovoltaico una vida útil prolongada.
Además, el primer material compuesto de la primera capa compuesta y el segundo material compuesto de la segunda capa compuesta pueden ser cada uno a base de material de polímero y fibras, especialmente formado a partir de un preimpregnado, siendo el polímero elegido entre un poliéster, un epoxi (también denominado resina epoxi), un acrílico (también denominado resina acrílica), una poliamida y/o un poliuretano, entre otros, y siendo las fibras elegidas entre
las fibras de vidrio, de carbono, de aramida y/o las fibras naturales, especialmente el cáñamo, el lino y/o la seda, entre otros.
En particular, el primer material compuesto de la primera capa compuesta y el segundo material compuesto de la segunda capa compuesta pueden ser cada uno a base de material de polímero y de fibras, siendo la pareja polímero/fibras elegida entre epoxi/vidrio, acrílico/vidrio y/o acrílico/lino.
Además, la primera película de protección y la posible segunda película de protección pueden ser cada una elegida entre: el policarbonato (PC), el polimetacrilato de metilo (PMMA), el tereftalato de polietileno (PET), la poliamida (PA), un polímero fluorado, especialmente el fluoruro de polivinilo (PVF) o fluoruro de polivinilideno (PVDF), etileno tetrafluoroetileno (ETFE), etileno clorotrifluoroetileno (ECTFE), el politetrafluoroetileno (PTFE), el policlorotrifluoroetileno (PCTFE), el etileno propileno fluorado (FEP) y/o una película multicapa que comprende uno o más de los polímeros mencionados anteriormente, entre otros.
Ventajosamente, la primera película de protección puede elegirse entre: el fluoruro de polivinilideno (PVDF), el etileno tetrafluoroetileno (ETFE), el etileno clorotrifluoroetileno (ECTFE), y/o una multicapa de fluoruro de polivinilo (PVF)/ tereftalato de polietileno (PET)/fluoruro de polivinilo (PVF).
El conjunto encapsulante puede presentar un espesor comprendido entre 100 μm y 1200 μm, especialmente entre 200 μm y 600 μm.
Por otra parte, la primera película intermedia amortiguadora, la posible segunda película intermedia amortiguadora y el conjunto encapsulante pueden estar cada uno formados por al menos una capa que incluye al menos un material de encapsulación de tipo polímero elegido entre: los copolímeros de ácidos, los ionómeros, el poli(etileno-acetato de vinilo) (EVA), los acetales de vinilo, tales como los polivinil butirales (PVB), los poliuretanos, los cloruros de polivinilo, los polietilenos, tales como los polietilenos lineales de baja densidad, las poliolefinas elastómeros de copolímeros, los copolímeros de a-olefinas y a-, p-ésteres de ácido carboxílico a etileno, tales como los copolímeros de etileno-acrilato de metilo y los copolímeros de etileno-acrilato de butilo, los elastómeros de silicona, y/o los elastómeros a base de poliolefina termoplástica reticulada, entre otros.
El conjunto encapsulante puede estar formado por al menos una capa que incluye al menos un material de encapsulación de tipo polímero, y el dicho al menos un material de encapsulación de tipo polímero del conjunto encapsulante puede ser preferentemente diferente del material de polímero de la primera capa compuesta y/o del material de polímero de la segunda capa compuesta.
Preferentemente, la primera película amortiguadora y/o la segunda película amortiguadora pueden estar cada una formadas por al menos una capa que incluye al menos un material de encapsulación de tipo polímero elegido entre: los copolímeros de ácidos, los ionómeros y/o poliuretanos. Ventajosamente, la primera película amortiguadora y/o la segunda película amortiguadora pueden estar asociadas a un primer material compuesto de la primera capa compuesta y/o a un segundo material compuesto de la segunda capa compuesta cada uno a base de material de polímero y de fibras, siendo la pareja de polímero/fibras elegida entre epoxi/vidrio, acrílico/vidrio y/o acrílico/lino. Asimismo, ventajosamente, la primera película amortiguadora y/o la segunda película amortiguadora pueden estar asociadas con una primera película de protección elegida entre: el fluoruro de polivinilideno (PVDF), el etileno tetrafluoroetileno (ETFE), el etileno clorotrifluoroetileno (ECTFE), y/o una multicapa de fluoruro de polivinilo (PVF)/ tereftalato de polietileno (PET)/fluoruro de polivinilo (PVF).
De nuevo preferentemente, la primera capa incluye una primera capa compuesta que comprende al menos un primer material compuesto a base de resina epoxi y de fibras de vidrio, una primera película intermedia amortiguadora formada por al menos una capa que incluye al menos un ionómero, una primera película de protección que comprende el etileno clorotrifluoroetileno (ECTFE), comprendiendo también la segunda capa compuesta, especialmente, al menos un segundo material compuesto a base de resina epoxi y de fibras de vidrio.
En particular, el primer material compuesto y/o el segundo material compuesto pueden obtenerse a partir de un preimpregnado de tipo resina epoxi, tejido de vidrio satinado 8H 300 g/m2 impregnado al 37 %.
Además, las células fotovoltaicas pueden elegirse entre: las células fotovoltaicas de homounión o heterounión a base de silicio monocristalino (c-Si) y/o policristalino (mc-Si), y/o células fotovoltaicas de tipo IBC, y/o células fotovoltaicas que comprenden al menos un material entre el silicio amorfo (a-Si), el silicio microcristalino (pC-Si), el telururo de cadmio (CdTe), el seleniuro de cobre-indio (CIS) y el diseleniuro de cobre-indio/galio (CIGS), los perovskitas, entre otros.
Además, las células fotovoltaicas pueden presentar un espesor comprendido entre 1 y 300 μm, especialmente entre 1 y 200 μm, y ventajosamente entre 70 μm y 160 μm.
El módulo fotovoltaico puede comprender además una caja de conexiones, destinada para recibir el cableado necesario para el funcionamiento del módulo fotovoltaico, que puede estar posicionada en la cara delantera o en la cara posterior del módulo, preferentemente en la cara delantera.
Además, la distancia entre dos células fotovoltaicas vecinas, o incluso consecutivas o adyacentes, puede ser superior o igual a 1 mm, especialmente comprendido entre 1 y 30 mm, y de preferencia igual a 2 mm.
Además, la invención tiene aún por objeto, según otro de sus aspectos, un procedimiento de realización de un módulo fotovoltaico, tal como el definido anteriormente, caracterizado porque incluye la etapa de laminación en caliente, a una temperatura comprendida entre 130 °C y 180 °C, especialmente del orden de 150 °C, y para una duración del ciclo de laminación de al menos 5 minutos, especialmente comprendida entre 10 y 20 minutos, especialmente del orden de 10 minutos, de las capas constitutivas del módulo fotovoltaico,
siendo la primera capa compuesta y la segunda capa compuesta obtenidas respectivamente a partir de un primer preimpregnado y de un segundo preimpregnado destinados respectivamente para formar los materiales compuestos primero y segundo.
El primer preimpregnado y el segundo preimpregnado pueden presentar cada uno un refuerzo, formado por las fibras, con un peso de superficie comprendido entre 25 y 600 g/m2, especialmente comprendido entre 300 y 600 g/m2, especialmente de manera estricta superior a 300 g/m2 y estrictamente inferior a 600 g/m2.
El módulo fotovoltaico y el procedimiento de realización según la invención pueden incluir una cualquiera de las características enumeradas anteriormente, tomadas de manera aislada o según todas las combinaciones técnicamente posibles con otras características.
Breve descripción de los dibujos
La invención podrá comprenderse mejor con la lectura de la descripción detallada que sigue, de ejemplos de implementación no limitativos de esta última, así como con el examen de las figuras, esquemáticas y parciales, del dibujo adjunto, sobre el cual:
- La Figura 1 representa, en sección, un ejemplo convencional de módulo fotovoltaico que incluye células fotovoltaicas cristalinas,
- La Figura 1A representa una variante de realización del ejemplo de la Figura 1 en la cual las células fotovoltaicas son de tipo IBC,
- La Figura 2 representa, en vista en despiece, el módulo fotovoltaico de la Figura 1,
- La Figura 3 ilustra, en sección y en vista en despiece, un primer ejemplo de realización de un módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención, y
- La Figura 4 ilustra, en sección y en vista en despiece, un segundo ejemplo de realización de un módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención.
En todas estas figuras, las referencias idénticas pueden designar elementos idénticos o similares.
Además, las diferentes partes que se representan en las figuras no están necesariamente según una escala uniforme, para hacer que las figuras sean más legibles.
Exposición detallada de los modos de realización particulares
Las Figuras 1, 1A y 2 ya han sido descritas en la parte relativa al estado de la técnica anterior.
Las Figuras 3 y 4 ilustran, en sección y en vista en despiece, dos modos de realización distintos de módulos 1 fotovoltaicos de acuerdo con la invención.
Se considera, en este caso, que las células 4 fotovoltaicas, interconectadas por cintas de cobre estañado soldadas, similares a las representadas en las Figuras 1, 1A y 2, son células «cristalinas», es decir que incluyen el silicio mono o policristalino, y que presentan un espesor comprendido entre 1 y 250 μm.
Por supuesto, estas opciones no son de ninguna manera limitantes.
Se hace referencia en primer lugar a la Figura 3 la cual ilustra, en sección y en vista en despiece, un primer ejemplo de realización de un módulo 1 fotovoltaico de acuerdo con la invención.
Cabe señalar que la Figura 3 corresponde a una vista en despiece del módulo 1 fotovoltaico antes de la etapa de laminación del procedimiento según la invención. Una vez realizada la etapa de laminación, asegurando el prensado en caliente y al vacío, las diferentes capas están realmente superpuestas entre sí.
Por tanto, el módulo 1 fotovoltaico incluye una primera capa 2 que forma la cara delantera del módulo 1 fotovoltaico y destinada para recibir un flujo luminoso, una pluralidad de células 4 fotovoltaicas dispuestas una al lado de la otra y conectadas eléctricamente entre sí, un conjunto 3 encapsulante de la pluralidad de células 4 fotovoltaicas, y una segunda capa 5 que forma la cara posterior del módulo 1 fotovoltaico.
Además, cabe señalar que una caja 7 de conexiones pueda estar dispuesta en la cara delantera, como se representa en la Figura 3, o incluso en la cara posterior, del módulo 1 fotovoltaico.
De acuerdo con la invención, y de manera común a los ejemplos de las Figuras 3 y 4, la primera capa 2 es multicapa e incluye: una primera capa 2c compuesta, en contacto con el conjunto 3 encapsulante, que comprende un primer material compuesto, formado por un preimpregnado, a base de resina de polímero y de fibras; una primera película 2b intermedia amortiguadora; y una primera película 2a protectora.
Además, en este ejemplo de la Figura 3, la segunda capa 5 incluye únicamente una segunda capa 5a compuesta que comprende un segundo material compuesto, formado por un preimpregnado, a base de resina de polímero y de fibras.
La primera 2a película de protección es, por ejemplo, una película de etileno clorotrifluoroetileno (ECTFE), de espesor e2a de aproximadamente 25 μm. La primera película 2b intermedia amortiguadora es por ejemplo una película de ionómero, por ejemplo, una película de ionómero obtenida a partir de la gama Jurasol comercializada por la compañía Juraplast, de espesor e2b de aproximadamente 100 μm. La primera capa 2c compuesta y la segunda capa 5a compuesta son por ejemplo idénticas y cada una formada por un material compuesto, formado por un preimpregnado, a base de resina de polímero y de fibras de la gama HexPly® comercializado por la compañía Hexcel.
Además, el conjunto 3 encapsulante está formado, por ejemplo, a partir de una base de polietileno, en particular a partir de películas de la gama Quentys, especialmente BPO 8828, comercializado por la compañía Borealis Polyolefine GmbH. Su espesor e3, correspondiente a la suma de los espesores e3a y e3b de las dos capas constitutivas, es por ejemplo del orden de 1200 μm.
El módulo 1 fotovoltaico se obtiene por medio de una sola etapa de laminación en caliente al vacío a una temperatura de aproximadamente 150 °C durante aproximadamente 15 minutos. El peso de superficie obtenido, sin la presencia de la caja 7 de conexiones, es del orden de 3,6 kg/m2.
Por supuesto, este primer ejemplo de realización puede declinarse según diversas variantes utilizando uno o más de los materiales mencionados anteriormente para formar la primera capa 2 y la segunda capa 5. La primera película 2a de protección puede presentar un espesor e2a comprendido entre 15 y 300 μm. La primera película 2b intermedia amortiguadora puede presentar un espesor e2b comprendido entre 15 y 200 μm. El conjunto 3 encapsulante puede presentar un espesor e3 comprendido entre 100 y 1200 μm. La primera capa 2c compuesta y la segunda capa 5a compuesta pueden presentar cada una un refuerzo, formado por las fibras, con un peso de superficie comprendido entre 30 y 600 g/m2.
Además, la Figura 4 ilustra un segundo ejemplo de realización de acuerdo con la invención.
En este ejemplo, a diferencia del primer ejemplo descrito anteriormente con referencia a la Figura 3, la segunda capa 5 también es multicapa.
Por tanto, la segunda capa 5 incluye una segunda capa 5a compuesta, pero también una segunda película 5c de protección y una segunda película 5b intermedia amortiguadora.
Cabe señalar que, de manera ventajosa, las capas primera 2 y segunda 5 pueden ser idénticas. En particular, las capas compuestas primera 2c y segunda 5a pueden ser idénticas, las películas de protección primera 2a y segunda 5c pueden ser idénticas, y las películas intermedias amortiguadoras primera 2b y segunda 5b pueden ser idénticas.
Más particularmente, en este caso, las películas de protección primera 2a y segunda 5c pueden ser cada una, por ejemplo, una película de la gama dyMat comercializada por la compañía Coveme, con un espesor e2a, e5c del orden de 283 μm. Las películas intermedias amortiguadoras primera 2b y segunda 5b pueden ser, por ejemplo, cada una de ellas una película de ionómero, por ejemplo, una película de ionómero obtenida a partir de la gama Jurasol comercializada por la compañía Juraplast, de espesor e2b, e5b de aproximadamente 200 μm. Las capas compuestas primera 2c y segunda 5a pueden estar formadas cada una por un material compuesto, formado por un preimpregnado, a base de resina de polímero y de fibras de la gama HexPly® comercializado por la compañía Hexcel.
El módulo 1 fotovoltaico se obtiene por medio de una sola etapa de laminación en caliente al vacío a una temperatura de aproximadamente 150 °C durante aproximadamente 15 minutos. El peso de superficie obtenido, sin la presencia de la caja 7 de conexiones, es del orden de 2,0 kg/m2
Por supuesto, este segundo ejemplo de realización se puede declinar según diversas variantes utilizando uno o más de los materiales mencionados anteriormente para formar la primera capa 2 y la segunda capa 5. La primera película 2a de protección y la segunda película 5c de protección pueden presentar un espesor e2a, e5c comprendido entre 15 y 300 |jm. La primera película 2b intermedia amortiguadora y la segunda película 5b intermedia amortiguadora pueden presentar un espesor e2b, e5b comprendido entre 15 y 200 jm . El conjunto 3 encapsulante puede presentar un espesor e3 comprendido entre 100 y 1200 jm . La primera capa 2c compuesta y la segunda capa 5a compuesta pueden cada una presentar un refuerzo, formado por las fibras, con un peso de superficie comprendido entre 30 y 600 g/m2.
Por supuesto, la invención no se limita a los ejemplos de realización que se acaban de describir. Los expertos en la técnica pueden realizar diversas modificaciones. La invención se define en las reivindicaciones.
Claims (16)
1. Módulo (1) fotovoltaico que incluye:
- una primera capa (2) transparente que forma la cara delantera del módulo (1) fotovoltaico, destinada para recibir un flujo luminoso,
- una pluralidad de células (4) fotovoltaicas dispuestas una al lado de la otra y conectadas eléctricamente entre sí, - un conjunto (3) encapsulante de la pluralidad de células (4) fotovoltaicas,
- una segunda capa (5) que forma la cara posterior del módulo (1) fotovoltaico,
estando el conjunto (3) encapsulante y la pluralidad de células (4) fotovoltaicas situadas entre las capas primera (2) y la segunda (5),
incluyendo la primera capa (2) al menos:
- una primera capa (2c) compuesta que comprende al menos un primer material compuesto a base de material de polímero y de fibras,
- una primera película (2b) intermedia amortiguadora, estando la primera capa (2c) compuesta situada entre la primera película (2b) intermedia amortiguadora y el conjunto (3) encapsulante,
- una primera película (2a) de protección, estando la primera película (2b) intermedia amortiguadora situada entre la primera película (2a) de protección y la primera capa (2c) compuesta,
incluyendo la segunda capa (5) al menos:
- una segunda capa (5a) compuesta que comprende al menos un segundo material compuesto a base de material de polímero y de fibras,
caracterizado porque el primer material compuesto de la primera capa (2c) compuesta incluye una tasa de impregnación de material de polímero comprendida entre el 35 y 50 % en masa y porque el segundo material compuesto de la segunda capa (5a) compuesta incluye una tasa de impregnación de material de polímero comprendida entre el 30 y 70 % en masa.
2. Módulo según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera capa (2c) compuesta y la segunda capa (5a) compuesta presentan cada una un refuerzo, formado por las fibras, con un peso de superficie comprendido entre 25 y 600 g/m2, especialmente comprendido entre 300 y 600 g/m2
3. Módulo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el segundo material compuesto de la segunda capa (5a) compuesta incluye una tasa de impregnación de material de polímero comprendido entre 35 y 55 % en masa.
4. Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el módulo de Young en tracción de cada una de las capas compuestas primera (2c) y segunda (5a) es superior a 1 GPa a temperatura ambiente, siendo especialmente inferior a 100 GPa.
5. Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la segunda capa (5) incluye, además:
- una segunda película (5b) intermedia amortiguadora, estando la segunda capa (5a) compuesta situada entre la segunda película (5b) intermedia amortiguadora y el conjunto (3) encapsulante,
- una segunda película (5c) de protección, estando la segunda película (5b) intermedia amortiguadora situada entre la segunda película (5c) de protección y la segunda capa (5a) compuesta.
6. Módulo según la reivindicación 5, caracterizado porque las capas compuestas primera (2c) y segunda (5a) son idénticas, y/o porque las películas intermedias amortiguadoras primera (2b) y segunda (5b) son idénticas, y/o porque las películas de protección primera (2a) y segunda (5c) son idénticas.
7. Módulo según la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque la primera película (2b) intermedia amortiguadora y la segunda película (5b) intermedia amortiguadora presentan un espesor (e2b, e5b) comprendida entre 15 y 200 μm, especialmente entre 20 y 200 μm, especialmente entre 50 y 100 μm.
8. Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque la primera película (2a) de protección y la segunda película (5c) de protección presentan un espesor (e2a, e5c) comprendida entre 15 y 300 μm.
9. Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primer material compuesto de la primera capa (2c) compuesta y el segundo material compuesto de la segunda capa (5a) compuesta son basados cada uno a base de material de polímero y de fibras, siendo el polímero elegido entre un poliéster, un epoxi, un acrílico, una poliamida y/o un poliuretano, y siendo las fibras elegidas entre las fibras de vidrio, de carbono, de aramida y/o las fibras naturales, especialmente el cáñamo, el lino y/o la seda.
10. Módulo según la reivindicación 9, caracterizado porque el primer material compuesto de la primera capa (2c) compuesta y el segundo material compuesto de la segunda capa (5a) compuesta son cada uno a base de material de polímero y de fibras, siendo la pareja de polímero/fibras elegida entre epoxi/vidrio, acrílico/vidrio y /o acrílico/lino.
11. Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado porque la primera película (2a) de protección y la segunda película (5c) de protección se eligen cada una entre: el policarbonato (PC), el polimetacrilato de metilo (PMMA), el tereftalato de polietileno (PET), la poliamida (PA), un polímero fluorado, especialmente el fluoruro de polivinilo (PVF) o el fluoruro de polivinilideno (PVDF), el etileno tetrafluoroetileno (ETFE), el etileno clorotrifluoroetileno (ECTFE), el politetrafluoroetileno (PTFE), el policlorotrifluoroetileno (PCTFE), el etileno propileno fluorado (FEP) y/o una película multicapa que comprende uno o más de los polímeros antes mencionados.
12. Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 11, caracterizado porque la primera película (2b) intermedia amortiguadora, la segunda película (5b) intermedia amortiguadora y el conjunto (3) encapsulante están cada uno formados por al menos una capa que incluye al menos un material de encapsulación de tipo polímero elegido entre: los copolímeros de ácidos, los ionómeros, el poli(etileno-acetato de vinilo) (EVA), los acetales de vinilo, tales como los polivinil butirales (PVB), los poliuretanos, los cloruros de polivinilo, los polietilenos, tales como los polietilenos lineales de baja densidad, las poliolefinas elastoméricas de copolímeros, los copolímeros de a-olefinas y a-, pcarboxílico a ésteres de ácido etileno, tales como los copolímeros de etileno-acrilato de metilo y los copolímeros de etileno-acrilato de butilo, los elastómeros de silicona, y/o los elastómeros a base de poliolefina termoplástica reticulada.
13. Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conjunto (3) encapsulante está formado por al menos una capa que incluye al menos un material de encapsulación de tipo polímero diferente al material de polímero de la primera capa (2c) compuesta y/o al material de polímero de la segunda capa (5a) compuesta.
14. Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera capa (2) incluye una primera capa (2c) compuesta que comprende al menos un primer material compuesto a base de resina epoxi y de fibras de vidrio, una primera película (2b) intermedia amortiguadora formada por al menos una capa que incluye al menos un ionómero, una primera película (2a) de protección que comprende el etileno clorotrifluoroetileno (ECTFE), la segunda capa (5a) compuesta que especialmente también comprende al menos un segundo material compuesto a base de resina epoxi y de fibras de vidrio.
15. Procedimiento de realización de un módulo (1) fotovoltaico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye la etapa de laminación en caliente, a una temperatura comprendida entre 130 °C y 180 °C, especialmente del orden de 150 °C, y para una duración del ciclo de laminación de al menos 5 minutos, especialmente comprendida entre 5 y 20 minutos, especialmente del orden de 10 minutos, de las capas (2, 3, 4, 5) constitutivas del módulo (1) fotovoltaico, siendo la primera capa (2c) compuesta y la segunda capa (5a) compuesta obtenidas respectivamente a partir de un primer preimpregnado y un segundo preimpregnado destinados respectivamente para formar los materiales compuestos primero y segundo.
16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque el primer preimpregnado y el segundo preimpregnado presentan cada uno un refuerzo, formado por las fibras, con un peso de superficie comprendido entre 25 y 600 g/m2, especialmente comprendido entre 300 y 600 g/m2.
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