ITTO20121034A1 - Pannello fotovoltaico flessibile innovativo ad efficientamento energetico. - Google Patents
Pannello fotovoltaico flessibile innovativo ad efficientamento energetico.Info
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Pannello fotovoltaico flessibile innovativo ad efficientamento energetico"
DESCRIZIONE
Il presente trovato si riferisce ad un pannello fotovoltaico flessibile comprendente:
- una pluralità di celle fotovoltaiche di silicio cristallino, posizionate secondo una disposizione planare a maglia quadrata o rettangolare;
- almeno uno strato incapsulante di materiale plastico flessibile atto a contenere in esso dette celle fotovoltaiche, detto strato incapsulante essendo formato da un primo e da un secondo strato disposti su lati opposti di detta pluralità di celle fotovoltaiche e fusi attorno a dette celle fotovoltaiche;
- almeno uno strato frontale di materiale plastico flessibile unito e sovrapposto a detto strato incapsulante su una sua prima superficie, detto strato frontale essendo esposto in uso alla luce solare, ed essendo almeno in parte di materiale resistente agli ultravioletti; ed
- almeno uno strato posteriore di materiale flessibile unito e sovrapposto a detto strato incapsulante su una sua seconda superficie, opposta a detta prima superficie.
Un pannello flessibile di questo tipo è descritto ad esempio nel brevetto italiano n.
1362085.
È noto che la presenza di umidità, sale marino trasportato dall'aria, o di ammoniaca prodotta da serre o da animali (fattorie e stalle) costituisce un fattore ambientale che aumenta in maniera considerevole la rapidità di invecchiamento dei moduli fotovoltaici. Tali agenti hanno un effetto deteriorante sulla cella fotovoltaica perché la loro presenza provoca la corrosione dei conduttori posti sulla superficie della cella fotovoltaica (i cosiddetti "fingers"); di conseguenza, con l'andare del tempo la cella non è più in grado di permettere alla corrente di uscire. Questo fenomeno è noto a tutti i produttori di moduli fotovoltaici, e per prevenirlo ogni modulo ha sul lato posteriore un foglio di isolante che deve prevenire l'ingresso di umidità. Tale componente del modulo è correntemente noto come "back sheet".
Nella produzione tradizionale di pannelli flessibili in silice cristallina si utilizzano back sheet tendenzialmente in Tediar® e PET o policarbonato, materiali che hanno una certa permeabilità all'umidità, al vapore acqueo ed alla nebbia salina, soprattutto con temperature superiori ai 50°C; tale inconveniente limita la durata nel tempo dei pannelli fotovoltaici, aggravando il fenomeno della cosiddetta PID (Potential Induced Degradation).
Uno scopo del trovato è pertanto quello di rendere disponibile un pannello flessibile che permetta di risolvere almeno in parte i problemi suddetti.
Tale scopo è raggiunto secondo il trovato da un pannello flessibile del tipo definito all'inizio, in cui detto almeno uno strato posteriore comprende un foglio di alluminio, ed almeno uno strato di materiale plastico unito e sovrapposto a ciascuna di superfici opposte del foglio di alluminio.
Secondo tale idea di soluzione, l'uso di un back sheet con anima in alluminio permette di limitare il fenomeno della PID aumentando pertanto l'attesa di vita del pannello; inoltre questa soluzione consente di ampliare il campo di utilizzo dei pannelli in quei contesti dove temperatura umidità, nebbia salina possono coesistere. Questa soluzione permette di ampliare l'uso dei pannelli anche in quei settori in cui l'ammoniaca nell'aria ha percentuali elevata, come ad esempio in fattorie ed allevamenti.
L'uso di un back sheet in alluminio consente pertanto di ottenere una elevatissima impermeabilità, con la conseguente protezione delle celle e dei fingers dagli agenti atmosferici o dalla presenza di "aria marina" o dall'ammoniaca causata dalla vicinanza, ad esempio, di serre o fattorie.
Nel complesso, un back sheet a più strati con foglio di alluminio consente di conseguire i seguenti vantaggi:
- maggiore potenza elettrica prodotta nel tempo e lunga durata delle celle;
- impedire all'umidità di penetrare nel modulo ed ossidare i contatti tra i fingers ed i bus-bar;
- protezione ottimale nelle regioni costiere e negli ambienti più aggressivi come serre e fattorie;
- affidabilità e protezione da raggi ultravioletti che deteriorano il back sheet, resistenza a temperature estreme e corrosione ambientale;
- la tecnologia di incapsulamento riduce la sollecitazione termica della cella grazie all'anima di alluminio che migliora la dispersione termica.
In particolare, l'uso di un back sheet con anima in alluminio migliora la conduzione termica quando il pannello viene abbinato, mediante biadesivo specifico, a lastre di alluminio od acciaio, migliorandone la dispersione termica.
Tale soluzione è particolarmente utile anche per la realizzazione di pannelli fotovoltaici termici in cui la conduzione termica permette di migliorare l'efficienza termica del sistema. Questa soluzione permette di realizzare pannelli fotovoltaici termici estremamente leggeri e performanti, in cui la radianza solare che non si è trasformata in energia elettrica viene parzialmente recuperata sotto forma di calore per scaldare un liquido di scambio termico.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del pannello secondo il trovato risulteranno evidenti dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata con riferimento all'unico disegno annesso, fornito a puro titolo di esempio non limitativo, in cui la figura 1 è una vista in sezione di un segmento di un pannello fotovoltaico secondo il trovato.
Secondo lo schema di stratificazione rappresentato in figura 1, un pannello fotovoltaico flessibile, indicato complessivamente con 1, comprende essenzialmente
- una pluralità di celle fotovoltaiche 2, in particolare di silicio mono- o policristallino, posizionate secondo una disposizione planare a maglia quadrata o rettangolare;
- almeno uno strato incapsulante 3 di materiale plastico flessibile atto a contenere in esso le celle fotovoltaiche 2, tale strato incapsulante essendo formato da un primo e da un secondo strato 3a, 3b disposti su lati opposti delle celle fotovoltaiche 2 e fusi attorno ad esse;
- almeno uno strato frontale 4 unito e sovrapposto allo strato incapsulante 3 su una sua prima superficie, tale strato frontale 4 essendo esposto in uso alla luce solare, tale almeno uno strato frontale 4 essendo di materiale plastico flessibile, ed essendo almeno in parte di materiale resistente agli ultravioletti; ed
- almeno uno strato posteriore 5 di materiale plastico flessibile unito e sovrapposto a tale strato incapsulante 3 su una sua seconda superficie, opposta a tale prima superficie.
Nella presente descrizione, i termini "frontale" e "posteriore" sono riferiti alla condizione d'uso del pannello fotovoltaico. Uno strato "frontale" è orientato verso la luce solare, trovandosi fra la sorgente di luce e lo strato incapsulante contenente le celle fotovoltaiche. Uno strato "posteriore" si trova invece sul lato opposto dello strato incapsulante.
Lo strato incapsulante 3 suddetto può essere ad esempio di tecnopolimero, poliuretano o di olefina termoplastica avente basso coefficiente di permeabilità al vapore acqueo.
Lo strato frontale 4 può essere ad esempio di policarbonato o di polietilentereftalato (PET). Detto almeno uno strato posteriore 5 comprende un foglio di alluminio 51, ed almeno uno strato di materiale plastico 52, 53 unito e sovrapposto a ciascuna di superfici opposte del foglio di alluminio 51. Preferibilmente, ciascuno degli strati di materiale plastico 52, 53 suddetti comprende uno strato di polietilentereftalato unito e sovrapposto a ciascuna di superfici opposte del foglio di alluminio 51. In questo caso, fra lo strato di materiale plastico 52 più interno e lo strato incapsulante 3 può essere previsto uno strato di primer (non illustrato), per agevolare l'adesione fra tali strati.
Preferibilmente, detto almeno uno strato posteriore 5 comprende inoltre uno strato esterno 54 di materiale plastico resistente alla radiazione ultravioletta. Nell'ambito della presente invenzione, con il termine "esterno" si intende che tale strato definisce una faccia esterna del laminato complessivo che costituisce il pannello fotovoltaico. Considerando come riferimento il foglio di alluminio 51, lo strato esterno 54 è disposto dal lato opposto di esso rispetto allo strato incapsulante 3.
Lo strato esterno 54 può essere composto ad esempio da PET resistente alla radiazione ultravioletta, Tediar® o PVDF.
Il pannello sopra descritto è ottenuto mediante processi a caldo di tipo convenzionale, ad esempio laminazione a vuoto, calandratura, ecc..
L'uso di un back sheet con anima in alluminio permette inoltre di realizzare sul pannello cuciture di materiali per creare delle cerniere di congiunzione tra diversi moduli. A tal proposito, in figura 1 sono rappresentati due diversi moduli 1', 1 del pannello 1, disposti affiancati l'uno all'altro, ed una striscia di materiale di congiunzione 7, ciascuno dei cui lembi opposti è unito, ad esempio incollato, saldato o cucito, ad almeno un lato di bordo di un rispettivo modulo 1', 1''. Si può ipotizzare che tale striscia di materiale di congiunzione sia provvista di fastener, ad esempio una chiusura lampo, per poter unire in maniera non permanente i moduli 1', 1'' tra di loro al fine di creare metodologie di installazione removibili.
A questa soluzione si aggiunge la possibilità di inserire occhielli (non illustrati) lungo il bordo dei moduli 1', 1'' o lungo la striscia di materiale di congiunzione 7, da utilizzare per sistemi di ancoraggio del pannello non fissi.
Secondo una forma preferita di realizzazione dell'invenzione, il materiale polimerico di cui è costituito lo strato incapsulante 3 è un tecnopolimero contenente una carica di materiale in grado di attivare il fenomeno della fluorescenza e/o della fosforescenza. L'emissione di fluorescenza o fosforescenza della carica dell 'incapsulante rende possibile, nel primo caso, un aumento dell'efficienza del pannello fotovoltaico e, nel secondo caso, un'emissione di luce nelle ore di oscurità.
Il fenomeno della fluorescenza consiste nel catturare la radiazione del primo UV (con lunghezza d'onda all'incirca minore di 450 nm) e riemetterla nel primo visibile (luce blu). Il bilancio è positivo in termini di efficienza del sistema incapsulante/cella per il fatto che nella regione del primo visibile la cella lavora con una efficienza migliore.
Il fenomeno della fluorescenza deriva dalla proprietà di alcune sostanze, come rodocrosite e fluorite (materiali classificati come terre rare), di riemettere, a lunghezza d'onda maggiore e quindi ad energia minore, le radiazioni elettromagnetiche ricevute, in particolare di assorbire radiazioni nell'ultravioletto ed emetterla nel visibile.
Come sopra anticipato, nel caso di un incapsulante caricato con materiale con proprietà di fluorescenza si ottiene come effetto che l'incapsulante è in grado di migliorare l'efficienza di conversione in elettricità della cella (effetto fotovoltaico), in quanto portando nel visibile la radiazione del primo UV permette alla cella di lavorare con efficienza maggiore.
Convenzionalmente il silicio delle celle fotovoltaiche cristalline è infatti drogato ad un livello tale da far lavorare la cella nel visibile. Alcune metodologie per far migliorare l'efficienza della cella consistono nel realizzare dei drogaggi multi-layer per avere di fatto delle celle multigiunzione che lavorano con frequenze di attivazione differenti e quindi con efficienze maggiori. Con l'utilizzo di una carica fluorescente all'interno dell'incapsulante si interviene invece sulla lunghezza d'onda della luce incidente per variarla in modo da lavorare nella zona di maggior efficienza della cella, sfruttando quindi un principio opposto rispetto a quello delle metodologie sopra menzionate.
Si realizzano quindi pannelli che hanno a parità di cella efficienze superiori rispetto a quelli con incapsulante senza carica fluorescente.
Mediante la combinazione di un incapsulante con carica fluorescente con un back sheet con anima in alluminio possono essere realizzati dei sistemi fotovoltaici termici in cui la frequenza della luce che non viene convertita in corrente (tendenzialmente le frequenze dell'infrarosso) viene trasformata in calore creando di fatto un sistema energetico ad altissima efficienza che può essere abbinato a sistemi di riscaldamento che lavorano col principio della pompa di calore.
Nel caso di un incapsulante caricato con materiale con proprietà di fosforescenza è possibile realizzare dei pannelli che all'imbrunire emettono luce; la durata del fenomeno dipenderà dalla quantità di materiale fluorescente miscelata nella matrice polimerica.
La fosforescenza è un fenomeno di emissione radiativa, caratteristica di alcune sostanze chimiche come ad esempio il fosforo bianco, a seguito di eccitazione elettronica, derivante dal decadimento degli elettroni a livelli quantici di minore energia. A differenza della fluorescenza, in cui l'effetto è immediato e si interrompe appena viene interrotta la fonte di energia, per la fosforescenza l'effetto continua anche dopo. Il principio si attiva grazie ad una fonte di energia, luce visibile o radiazione ultravioletta, che eccita gli atomi, facendo saltare alcuni elettroni su un'orbita più esterna. Quando questi tornano sull'orbita interna emettono luce.
La realizzazione di pannelli con incapsulanti con proprietà fosforescenti permette di realizzare dei prodotti che posso diventare dei punti luce di riferimento durante la notte. Per esempio se vengono montati su imbarcazioni, pensiline, abitazioni rurali, tende, ecc. queste possono essere facilmente individuabili durante la notte. Inoltre questo fenomeno può essere utilizzato per creare degli effetti di luci di design.
Claims (6)
- RIVENDICAZIONI 1. Pannello fotovoltaico flessibile (1) comprendente: - una pluralità di celle fotovoltaiche (2) di silicio cristallino, posizionate secondo una disposizione planare a maglia quadrata o rettangolare; - almeno uno strato incapsulante (3) di materiale plastico flessibile atto a contenere in esso dette celle fotovoltaiche, detto strato incapsulante essendo formato da un primo e da un secondo strato (3a, 3b) disposti su lati opposti di detta pluralità di celle fotovoltaiche e fusi attorno a dette celle fotovoltaiche; - almeno uno strato frontale (4) di materiale plastico flessibile unito e sovrapposto a detto strato incapsulante su una sua prima superficie, detto strato frontale essendo esposto in uso alla luce solare, ed essendo almeno in parte di materiale resistente agli ultravioletti; ed - almeno uno strato posteriore (5) di materiale flessibile unito e sovrapposto a detto strato incapsulante su una sua seconda superficie, opposta a detta prima superficie; caratterizzato dal fatto che detto almeno uno strato posteriore comprende un foglio di alluminio, ed almeno uno strato di mate riale plastico unito e sovrapposto a ciascuna di superfici opposte del foglio di alluminio.
- 2. Pannello secondo la rivendicazione 1, in cui detto almeno uno strato posteriore comprende uno strato di polietilentereftalato unito e sovrapposto a ciascuna di superfici opposte del foglio di alluminio.
- 3. Pannello secondo la rivendicazione 2, in cui detto almeno uno strato posteriore comprende inoltre uno strato esterno di materiale plastico resistente alla radiazione ultravioletta.
- 4. Pannello secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale plastico di detto strato incapsulante è un tecnopolimero caricato con materiale con proprietà di fluorescenza e/o materiale con proprietà di fosforescenza.
- 5. Pannello secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente una striscia di materiale di congiunzione (7) unita ad almeno un lato del bordo di detto pannello, tramite la quale detto pannello è congiunto o congiungibile ad un altro pannello secondo una delle rivendicazioni precedenti.
- 6. Pannello secondo la rivendicazione 5, in cui detta striscia di materiale di congiunzione è provvista di fastener
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