ITMI20102461A1 - Pannello fotovoltaico, in vetro strutturale di sicurezza, per la copertura di serre destinate alle coltivazioni agricole - Google Patents

Pannello fotovoltaico, in vetro strutturale di sicurezza, per la copertura di serre destinate alle coltivazioni agricole Download PDF

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Abstract

La presente invenzione concerne un pannello fotovoltaico (1), in vetro strutturale di sicurezza, per la copertura di serre destinate alle coltivazioni agricole, del tipo comprendente una pluralità di celle fotovoltaiche (6) inserite tra due lastre di vetro (2, 3) unite tra loro mediante due lastre di materiale polimerico trasparente (4, 5), dette celle fotovoltaiche (6) essendo posizionate tra dette due lastre di materiale polimerico trasparente (4, 5), caratterizzato dal fatto che detto materiale polimerico trasparente non è additivato con sostanze stabilizzanti per i raggi ultravioletti.

Description

Descrizione
“PANNELLO FOTOVOLTAICO, IN VETRO STRUTTURALE DI SICUREZZA, PER LA COPERTURA DI SERRE DESTINATE ALLE COLTIVAZIONI AGRICOLEâ€
La presente invenzione concerne un pannello fotovoltaico, in vetro strutturale di sicurezza, per la copertura di serre destinate alle coltivazioni agricole.
Negli ultimi decenni, sia in seguito alle crisi energetiche dovute alla scarsità di petrolio per motivi politici, sia per contrastare l'inquinamento atmosferico, sono state effettuate numerose ricerche nel campo delle energie rinnovabili. Tra queste, l'energia solare sta diventando sempre più importante per la sua ampia disponibilità e per l'assenza di emissioni nocive. In particolare il solare fotovoltaico sta attraversando un periodo di forte crescita in seguito ai continui progressi delle celle fotovoltaiche, sempre più performanti ed economiche. Detti pannelli fotovoltaici sono ottenuti accoppiando due lastre di vetro e sistemando al loro interno delle celle fotovoltaiche. Si ottengono così dei pannelli che possono essere installati sui tetti degli edifici ed anche per la realizzazione di pensiline e tettoie.
L'accoppiamento delle lastre viene effettuato mediante lastre di polimeri termoplastici quali, ad esempio, l'etilene vinil acetato (EVA), il polivinilbutirrale (PVB),il Sentry Glass<®>e il Sentry Glass Plus<®>della Dupont<TM>(SG<®>, SGP<®>). Qualora si volesse utilizzare detti pannelli fotovoltaici per la copertura di serre, si potrebbero distanziare opportunamente tra loro le celle fotovoltaiche, in modo da lasciar passare la quantità di luce necessaria alle coltivazioni. La sperimentazione ha mostrato che con le celle che occupano il 40% della superficie vetrata, la quantità di luce che passa à ̈ sufficiente a garantire una buona qualità dei prodotti coltivati, tuttavia à ̈ necessario permettere il passaggio dei raggi ultravioletti, allo scopo di garantire una crescita naturale alle piante, come richiesto dai botanici.
Secondo le conoscenze attuali, non si potrebbero utilizzare quindi il né EVA, né PVB, in quanto detti polimeri devono necessariamente essere additivati di stabilizzanti UV per prevenirne la degradazione, detti stabilizzanti fungendo anche da filtri che impediscono il passaggio dei raggi ultravioletti.
Il problema à ̈ stato risolto mediante l'utilizzo di speciali lampade, che emettono raggi ultravioletti, all'interno della serra coperta con pannelli fotovoltaici che non permettono il passaggio dei raggi ultravioletti. Ovviamente, non si tratta di una soluzione particolarmente soddisfacente.
Si cita una realizzazione, la serra tropicale del Giardino Botanico di Berlino. In questo caso à ̈ stato necessario ricorrere all'utilizzo del Sentry Glass Plus<®>della Dupont in quanto, essendo stabile ai raggi ultravioletti, non richiede uno stabilizzatore UV per la sua protezione. Il Sentry Glass Plus<®>della Dupont garantisce, fra l'altro, anche una resistenza meccanica del pannello nettamente superiore rispetto agli altri polimeri.
Tuttavia, a causa dell'estrema fragilità delle celle fotovoltaiche, non à ̈ possibile realizzare pannelli fotovoltaici utilizzando il Sentry Glass Plus<®>che, a causa del suo modulo elastico troppo elevato, provocherebbe la rottura delle celle durante la fase di accoppiamento dei vetri.
La domanda di brevetto MI2007A001576, a nome della stessa richiedente, descrive il processo di fabbricazione di un pannello fotovoltaico, da utilizzare nel caso sia richiesta elevata resistenza meccanica del pannello unita ad un peso contenuto. Detto pannello viene realizzato accoppiando due lastre di vetro mediante Sentry Glass Plus<®>, ed una terza lastra di vetro mediante PVB o EVA, le celle fotovoltaiche essendo inserite tra la terza lastra e le prime due. In questo modo le prime due lastre, unite con Sentry Glass Plus<®>, conferiscono al pannello la necessaria resistenza meccanica, mentre la terza, unita con PVB o EVA, consente di inglobare le celle fotovoltaiche. Tuttavia permane il grave inconveniente di impedire il passaggio dei raggi ultravioletti dovuto all'uso del PVB o dell'EVA.
È possibile realizzare pannelli fotovoltaici utilizzando il Sentry Glass<®>, che non richiede l'impiego di additivi anti UV, superando in questo modo il problema dell'opacità ai raggi ultravioletti. Tuttavia tale prodotto à ̈ eccessivamente costoso, sia per il costo particolarmente elevato del polimero, sia per il costo del processo di produzione.
La ricerca à ̈ attualmente rivolta all'utilizzo di vernici fotovoltaiche, cioà ̈ dei rivestimenti in grado di produrre energia elettrica. In tal caso, ricoprendo dei vetri per il 40% della superficie, si ottengono dei pannelli che hanno sia il grado di oscuramento richiesto, sia la trasparenza ai raggi ultravioletti. Allo stato attuale, tuttavia, lo sviluppo di questa tecnologia à ̈ ancora nella fase preliminare.
La presente invenzione si propone di superare almeno in parte gli inconvenienti esposti mediante un pannello fotovoltaico, conforme alla rivendicazione 1, realizzato inglobando una pluralità di celle fotovoltaiche tra due lastre di vetro unite con polimeri termoplastici non additivati con sostanze stabilizzanti nei confronti dei raggi ultravioletti, la degradazione di detti polimeri essendo contenuta entro valori che consentono elevati rendimenti delle celle, nonché una elevata trasparenza ai raggi ultravioletti, per un periodo di tempo sufficientemente lungo per l'ammortamento dell'investimento.
La ricerca effettuata dalla richiedente ha sorprendentemente mostrato che l'impiego di detti polimeri termoplastici senza aggiunta di sostanze stabilizzanti nei confronti dei raggi ultravioletti consente di ottenere pannelli fotovoltaici idonei alla copertura di serre, in cui il degrado dovuto al raggi ultravioletti à ̈ contenuto entro limiti assai ristretti che consentono l'utilizzo di detti pannelli per numerosi anni, con una perdita di efficienza contenuta (10÷15%).
In sostanza la ricerca ha rivelato che il non uso di polimeri EVA e PVB non additivati era dovuto ad un mero pregiudizio tecnico, cui la presente invenzione pone termine.
L'invenzione consiste dunque in un pannello fotovoltaico per la copertura di serre destinate alle coltivazioni agricole, del tipo comprendente una pluralità di celle fotovoltaiche inserite tra due lastre di vetro unite tra loro mediante materiale polimerico trasparente, dette celle essendo disposte in modo tale da coprire una percentuale della superficie vetrata idonea a lasciar passare la quantità di luce necessaria per la coltivazione, caratterizzato dal fatto che detto materiale polimerico à ̈ un polimero termoplastico non additivato con sostanze stabilizzanti nei confronti dei raggi ultravioletti. Il polimero che ha rivelato il comportamento migliore à ̈ il PVB, in quanto maggiormente resistente alle elevate temperature che si sviluppano per il riscaldamento delle celle dovuto, sia all'irraggiamento solare, sia al passaggio della corrente elettrica.
L'invenzione comprende anche un metodo, conforme alla rivendicazione 6, per la produzione di detti pannelli fotovoltaici, detto metodo comprendendo le seguenti fasi:
preparazione dei vetri da assemblare;
assemblaggio dei vetri mediante dette lastre di materiale polimerico trasparente non additivato con sostanze stabilizzanti nei confronti dei raggi ultravioletti, avendo inserito le celle fotovoltaiche fra dette due lastre di materiale polimerico trasparente;
attuazione del procedimento di laminazione, sul pannello assemblato, in modo da ottenere l'adesione tra i vari elementi costituenti il pannello fotovoltaico.
Il procedimento di laminazione per la realizzazione di pannelli fotovoltaici costituiti da due vetri, prevede di unire due lastre di vetro mediante due lastre di polimero a basso modulo (PVB o EVA), avendo inserito fra queste ultime le celle fotovoltaiche, e di inserire il tutto in un sacco a vuoto, allo scopo di estrarre l'aria che rimane intrappolata fra le lastre di vetro e quelle di polimero. Successivamente viene inserito il tutto in una autoclave all'interno della quale viene fatta salire la temperatura fino a che il polimero raggiunge le condizioni per cui si crea il legame adesivo tra il polimero stesso, le celle fotovoltaiche ed i vetri.
A questo punto viene fatta salire la temperatura e la pressione all'interno dell'autoclave. L'effetto combinato della pressione, applicata sulle superfici dello stratificato, unita alla depressione applicata al sacco a vuoto, provoca la totale fuoriuscita dell'aria intrappolata nel pannello.
Dopo la permanenza dei valori di temperatura, pressione e depressione per il periodo necessario ad ottenere il legame tra vetro e polimero, la temperatura viene fatta scendere gradualmente, secondo una opportuna rampa di discesa, mentre la pressione e la depressione vengono mantenute praticamente fino alla fine del ciclo di cura.
L'utilizzo di pannelli fotovoltaici secondo l'invenzione consente quindi di realizzare delle serre energeticamente autosufficienti, in quanto le celle fotovoltaiche producono l'energia elettrica necessaria al funzionamento dei vari impianti presenti nella serra e non c'Ã ̈ nessun consumo di energia per la produzione di raggi ultravioletti con apposite lampade.
L'invenzione verrà ora descritta a scopo esemplificativo e non limitativo, secondo un forma preferita di attuazione e con riferimento alle figure allegate in cui:
la figura 1 mostra la sequenza dei vari strati che compongono il pannello fotovoltaico secondo l'invenzione;
le figure 2 (a, b) mostrano l'attrezzatura per la realizzazione del pannello fotovoltaico;
Con riferimento alla fig.1, con (1) Ã ̈ indicato un pannello fotovoltaico secondo l'invenzione.
Secondo una forma preferita di attuazione, detto pannello fotovoltaico (1) comprende un primo vetro (2) e un secondo vetro (3), collegati tra loro mediante una prima (4) ed una seconda (5) lastra di un polimero termoplastico a basso modulo, non additivato con sostanze anti raggi ultravioletti, tra le quali sono inserite delle celle fotovoltaiche (6). Detto polimero termoplastico a basso modulo comprende vantaggiosamente il polivinilbutirrale (PVB) e l'etilene vinil acetato (EVA, EVA+). A causa delle elevate temperature che si sviluppano, à ̈ preferibile, soprattutto in presenza di forte irraggiamento solare, l'utilizzo del PVB, grazie alla sua migliore resistenza alle elevate temperature, rispetto all'EVA. Nel seguito si farà riferimento al PVB, tuttavia il tecnico esperto del settore non avrà alcuna difficoltà ad utilizzare gli insegnamenti contenuti nella presente esposizione, per il trattamento di altri polimeri termoplastici.
Le celle fotovoltaiche (6) sono collegate tra loro mediante conduttori elettrici (7), secondo la tecnica nota, che portano all'esterno del pannello fotovoltaico (1) la corrente elettrica prodotta.
La realizzazione del pannello fotovoltaico (1) secondo l'invenzione prevede le seguenti fasi:
preparazione dei vetri (2, 3) da assemblare;
assemblaggio dei vetri (2) e (3) mediante dette lastre di PVB (4, 5), avendo inserito le celle fotovoltaiche (6) fra dette due lastre di PVB (4, 5); attuazione del procedimento secondo l'invenzione, o laminazione, sul pannello (1) assemblato, in modo da ottenere l'adesione tra i vari elementi costituenti il pannello fotovoltaico (1).
La preparazione dei vetri comprende le seguenti fasi:
taglio a misura dei due vetri (2, 3);
tempra o indurimento di detti vetri (2, 3);
eventuale esecuzione dell'HST (Heat Sook Test) per i vetri temprati, per rivelare l'eventuale presenza di inclusioni di solfuro di nichel;
lavaggio dei vetri.
Alla preparazione dei vetri segue il loro assemblaggio, che include l'inserimento delle celle fotovoltaiche (6). Detta operazione di assemblaggio prevede le seguenti fasi:
posizionamento del primo vetro (2), preferibilmente con il lato stagno a contatto con la prima lastra di PVB (4);
stesura della prima lastra (4) di PVB;
stesura delle celle fotovoltaiche (6) con un ricoprimento della superficie in funzione della schermatura che si vuole ottenere, ad esempio il 40%;
predisposizione dei conduttori elettrici di uscita (7);
stesura della seconda lastra di PVB (4);
posizionamento del secondo vetro (3);
rifilatura del materiale plastico in eccesso;
inserimento del pannello (1) assemblato in un sacco a vuoto (8) (fig. 2a) preparato, secondo la tecnica nota, predisponendo adeguati tessuti di ventilazione (9) e distaccanti, nonché una valvola di ritenuta (10) per la depressione, detto sacco a vuoto (8) venendo chiuso con del sigillante (11);
inserimento in autoclave (12) del sacco a vuoto (8) contenente il pannello assemblato (1), avendo collegato, mediante tubi flessibili (13), la valvola di ritenuta (10) all'impianto a vuoto dell'autoclave (12) (fig.2b);
esecuzione del ciclo termico e applicazione della pressione e della depressione, secondo tempistiche appositamente studiate per il processo; apertura del sacco a vuoto (8) e rifilatura del materiale plastico fuoriuscito; controllo di qualità sul pannello (1) ottenuto secondo il procedimento descritto.
Il sacco a vuoto (8) può essere realizzato con dei semplici fogli di plastica monouso o con membrane, ad esempio in gomma di silicone, riusabili più volte.
Il ciclo di cura, a partire dalla temperatura ambiente di circa 20°C, prevede una fase di crescita della temperatura, una fase di mantenimento ed una fase di discesa della stessa. Il sacco a vuoto (8) viene posto in depressione, mentre viene fatta aumentare la pressione all'interno dell'autoclave (12).
La regolazione della temperatura viene fatta sull'aria presente all'interno dell'autoclave (12), tuttavia ciò che importa per la riuscita dell'operazione à ̈ la temperatura dei vetri, in quanto à ̈ quella che determina la temperatura delle lastre di PVB. Stabilito quindi il ciclo termico dei vetri, occorre calcolare, utilizzando tecniche note, quale deve essere il ciclo termico dell'aria presente all'interno dell'autoclave, in funzione delle masse termiche dell'aria e dei vetri e delle condizioni di scambio termico tra aria e vetri, detto scambio termico variando in funzione della ventilazione e della pressione dell'aria, che varia durante il ciclo di cura.
L'invenzione à ̈ stata descritta a scopo esemplificativo e non limitativo secondo una forma di attuazione preferita. Il tecnico esperto del settore potrà trovare numerose altre forme di attuazione, tutte ricadenti nell'ambito di protezione delle rivendicazione che seguono.

Claims (8)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Pannello fotovoltaico (1) in vetro strutturale di sicurezza per la copertura di serre destinate alle coltivazioni agricole, del tipo comprendente una pluralità di celle fotovoltaiche (6) inserite tra due lastre di vetro (2, 3) unite tra loro mediante due lastre di materiale polimerico trasparente (4, 5), dette celle fotovoltaiche (6) essendo posizionate tra dette due lastre di materiale polimerico trasparente (4, 5), caratterizzato dal fatto che detto materiale polimerico trasparente non à ̈ additivato con sostanze stabilizzanti per i raggi ultravioletti.
  2. 2. Pannello fotovoltaico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto materiale polimerico trasparente non additivato con sostanze stabilizzanti per i raggi ultravioletti, Ã ̈ polivinilbutirrale (PVB).
  3. 3. Pannello fotovoltaico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto materiale polimerico trasparente non additivato con sostanze stabilizzanti per i raggi ultravioletti, Ã ̈ etilene vinil acetato (EVA, EVA+).
  4. 4. Pannello fotovoltaico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette celle fotovoltaiche (6) coprono solo una parte della superficie di dette lastre di vetro (2, 3).
  5. 5. Pannello fotovoltaico (1) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che dette celle fotovoltaiche (6) coprono circa il 40% della superficie di dette lastre di vetro (2, 3).
  6. 6. Metodo per la realizzazione di pannelli fotovoltaici (1), caratterizzato dal fatto di prevedere le seguenti fasi: preparazione dei vetri (2, 3) da assemblare; assemblaggio dei vetri (2) e (3) mediante dette lastre di materiale polimerico trasparente non additivato con sostanze stabilizzanti nei confronti dei raggi ultravioletti (4, 5) avendo inserito le celle fotovoltaiche (6) fra dette due lastre di materiale polimerico trasparente (4, 5); attuazione del procedimento di laminazione, sul pannello (1) assemblato, in modo da ottenere l'adesione tra i vari elementi costituenti il pannello fotovoltaico (1).
  7. 7. Metodo per la realizzazione di pannelli fotovoltaici (1), secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la preparazione dei vetri comprende le seguenti fasi: taglio a misura dei due vetri (2, 3); tempra o indurimento di detti vetri (2, 3); eventuale esecuzione dell'HST (Heat Sook Test) per i vetri temprati, per rivelare l'eventuale presenza di inclusioni di solfuro di nichel; lavaggio di detti vetri (2, 3).
  8. 8. Metodo per la realizzazione di pannelli fotovoltaici (1), secondo le rivendicazioni 6 e 7, caratterizzato dal fatto che l'operazione di assemblaggio prevede le seguenti fasi: posizionamento del primo vetro (2); stesura della prima lastra (4) di materiale polimerico trasparente; stesura delle celle fotovoltaiche (6) con un ricoprimento della superficie in funzione della schermatura che si vuole ottenere; predisposizione dei conduttori elettrici di uscita (7); stesura della seconda lastra di materiale polimerico trasparente (4); posizionamento del secondo vetro (3); rifilatura del materiale plastico in eccesso; inserimento del pannello (1) assemblato in un sacco a vuoto (8) preparato, secondo la tecnica nota, predisponendo adeguati tessuti di ventilazione (9) e distaccanti, nonché una valvola di ritenuta (10) per la depressione, detto sacco a vuoto (8) venendo chiuso con del sigillante (11); inserimento in autoclave (12) del sacco a vuoto (8) contenente il pannello assemblato (1), avendo collegato, mediante tubi flessibili (13), la valvola di ritenuta (10) all'impianto a vuoto dell'autoclave (12); esecuzione del ciclo termico e applicazione della pressione e della depressione, secondo tempistiche appositamente studiate per il processo; apertura del sacco a vuoto (8) e rifilatura del materiale plastico fuoriuscito.
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