MX2008000861A

MX2008000861A - Procedimiento para fabricar laminados resistentes a la intemperie para encapsular sistemas de celulas solares.

Info

Publication number: MX2008000861A
Application number: MX2008000861A
Authority: MX
Inventors: Nicole Depine
Original assignee: Isovolta
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2008-03-07
Also published as: CR9732A; EP1904300A1; IL187314A0; EA012305B1; AR057079A1; EA200800385A1; AT502234B1; BRPI0613651A2; AU2006272417A1; NO20080898L; CA2611594A1; SG164377A1; US20090151774A1; CN101203379A; MA29699B1; JP2009502030A; CA2611594C; ZA200800306B; TNSN07421A1; ECSP077911A

Abstract

Procedimiento para fabricar laminados resistentes a la intemperie (1, 1??) para encapsular sistemas de celulas solares (7). El procedimiento de la invencion se caracteriza porque, sobre un material de base (4, 4??) se aplica al menos una capa de un material plastico resistente a la intemperie (2, 2??). El procedimiento de recubrimiento de la invencion tiene la ventaja que es posible reducir el espesor y la proporcion de los productos de partida que son relativamente caros y que habitualmente se usan en forma de laminas. Gracias al ajuste controlado del espesor de la capa resistente a la intemperie (2, 2??) de esta invencion se hace posible una multiplicidad de aplicaciones de los laminados fabricados segun la invencion, especialmente en combinacion con los modulos fotovoltaicos terminados. Estas aplicaciones van desde plantas de energia pequenas para columnas de telefonos de socorro o casas rodantes hasta equipos para techos y fachadas de gran superficie asi como instalaciones grandes y plantas generadores de energia solar (Figura 1).

Description

PROCEDIMIENTO PARA FABRICAR LAMINADOS RESISTENTES A LA INTEMPERIE PARA ENCAPSULAR SISTEMAS DE CÉLULAS SOLARES ANTECEDENTES Y CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un procedimiento para fabricar laminados resistentes a la intemperie para encapsular sistemas de células solares y con su uso para la obtención de módulos fotovoltaicos . Los módulos fotovoltaicos están destinados a generar energía eléctrica a partir de la luz solar y comprenden un laminado cuya capa de núcleo contiene un sistema de células solares, como p. ej . células solares de silicio. Esta capa de núcleo está rodeada de materiales de encapsulado a fin de asegurar su protección contra la acción de agentes mecánicos o climáticos. Estos materiales pueden comprender una o varias capas de láminas de vidrio y/o de material plástico y/o de materiales plásticos compuestos A partir de las patentes WO-A-94/29106, WO-A-01/67523 y WO-A-00/02257 se conocen procedimientos para obtener laminados de láminas resistentes a la intemperie para encapsular células fotovoltaicas . En estos módulos, el sistema de células solares no solamente está protegido contra daños mecánicos sino también contra la acción del vapor de agua y particularmente contra la acción de la intemperie. De allí que el material de encapsulado contiene primordialmente materiales plásticos resistentes a la intemperie, como láminas de polímeros de flúor. Estas láminas de polímeros de flúor se obtienen con un procedimiento separado, por ejemplo, por extrusión o fusión de lámina. Sin embargo, estos procedimientos son gravosos en cuanto al consumo de energía y su costo. Además, sólo es posible fabricar láminas de polímeros de flúor de determinados espesores mínimos, debido a su limitada resistencia al desgarramiento. La invención se propone poner remedio a esta situación. El objeto de la presente invención es, por lo tanto, un procedimiento del tipo mencionado más arriba, con el cual se puedan fabricar laminados resistentes a la intemperie, aún de espesores pequeños, con menos energía y costos. Además, deben tener una satisfactoria resistencia a la intemperie para el uso exterior a pesar de los pequeños espesores de las láminas. Según la invención se propone un procedimiento para fabricar laminados resistentes a la intemperie para el encapsulado de sistemas de células solares caracterizados porque se aplica al menos una capa de material plástico resistente a la intemperie sobre un material de base. En las reivindicaciones secundarias se revelan formas de realización ventajosas del procedimiento de la invención.

La invención se relaciona también con el uso de al menos dos laminados fabricados según el procedimiento de la invención para obtener un módulo fotovoltaico, donde el sistema de células solares se aplica en uno de los laminados. Este procedimiento de laminado puede realizarse de manera continua o discontinua. A continuación se explica más detalladamente la invención con referencia a representaciones ejemplificativas - véase las figuras 1 a 4 - y posibles formas de realización.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 muestra un ejemplo de realización de un módulo fotovoltaico 18 con el material de encapsulado obtenido con el procedimiento de la invención 1, 1'. El material de encapsulado 1, l1 comprende sustancialmente una capa resistente a la intemperie 2, 2' y un material de base 4, 'adyacente de una capa adhesiva 5, 5' como intermediario de adhesión con la capa de sello 6, 6' del sistema de células solares 7. La figura 2 presenta un ejemplo de realización de un material de encapsulado 1, como el de la figura. 1, en el cual se prevé una capa de óxido 8 depositado por la fase de vapor para mejorar aún más las propiedades de resistencia a la intemperie.

La figura 3 ilustra un dispositivo posible para aplicar la capa resistente a la intemperie 2,2' consistente en una solución de polímero. La figura 4 muestra un dispositivo de laminado posible para preparar un material compuesto previo 17 para un módulo fotovoltaico.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Para obtener un material de encapsulado 1 de acuerdo con la figura 1 o 2, en un primer paso se aplica una capa resistente a la intemperie 2, 2' y una capa adhesiva 5, 5' sobre el material de base 4, 4'. Los ejemplos a) - d) presentan variantes posibles para la selección de los componentes de las respectivas capas: Ejemplo a) : Capa resistente a la intemperie 2, 2': polímeros de flúor o copolímeros de flúor, acrilatos, poliuretanos, siliconas, así como mezclas de los mismos solubles selectivos, para el recubrimiento directo de los materiales de base 4, 4 ' ; Capa de pegamento 3, 3': poliuretano, poliéster; Material de base 4, 4': tereftalato de polietileno (PET), naftenato de polietileno (PEN), copolímero de etilentetrafluoroetileno (ETFE) , así como co-extrudados de los mismos en forma de láminas o láminas compuestas, láminas de aluminio de diferentes espesores; Capa adhesiva 5, 5': poliuretano, poliacrilato o capa de polímeros de flúor con superficie tratada; Capa de sello 6, 6': acetato de etilenvinilo (EVA), polivinilbutiral (PVB) , ionómeros, polimetilmetacrilato (PMMA), poliuretano, poliéster o hot melt. Ejemplo b) : Capa resistente a la intemperie 2, 2': polímeros de flúor o copolímeros de flúor, acrilatos, poliuretanos, siliconas y mezclas de los mismos solubles selectivos, para el recubrimiento directo del material de base 4, 4 ' ; Material de base 4, 4': tereftalato de polietileno (PET), naftenato de polietileno (PEN), copolímero de etilentetrafluoroetileno (ETFE) así como co-extrudados de los mismos en forma de láminas o materiales compuestos de láminas, láminas de aluminio de diferentes espesores; Capa adhesiva 5, 5': poliuretano, poliacrilato o capa de polímeros de flúor con superficie tratada; Capa de sello 6, 6': acetato de etilenvinilo (EVA), polivinilbutiral (PVB), ionómeros, polimetilmetacrilato (PMMA), poliuretano, poliéster o hot melt. Ejemplo c) : Capa resistente a la intemperie 2, 2': polímeros de flúor o copolímeros de flúor solubles o dispersables selectivos, con punto de fusión inferior a la temperatura de laminado para el recubrimiento directo del material de base 4, 4 ' ; Capa de pegamento: poliuretano, poliéster; Material de base 4, 4': tereftalato de polietileno (PET), naftenato de polietileno (PEN), copolímero de etilentetrafluoroetileno (ETFE) así como co-extrudados de los mismos en forma de láminas o materiales compuestos de láminas, láminas de aluminio de diferentes espesores; Capa adhesiva 5, 5': poliuretano, poliacrilato o capa de polímeros de flúor con superficie tratada; Capa de sello 6, 6': acetato de etilenvinilo (EVA), polivinilbutiral (PVB), ionómeros, polimetilmetacrilato (PMMA), poliuretano, poliéster o hot melt. Ejemplo d) : Capa resistente a la intemperie 2, 2': polímeros de flúor o copolímeros de flúor solubles/dispersables selectivos, con un punto de fusión inferior a la temperatura de laminación para el recubrimiento directo de un material de base pretratado 4a, 4a'; Material de base 4a, 4a': tereftalato de polietileno (PET), polietilennaftenato (PEN), copolímero de etilentetrafluoroetileno (ETFE) así como co-extrudados de los mismos en forma de láminas o materiales compuestos de láminas, láminas de aluminio de diferentes espesores; Capa adhesiva 5, 5': poliuretano, poliacrilato o capa de polímeros de flúor con superficie tratada; Capa de sello 6, 6': acetato de etilenvinilo (EVA), Polivinilbutiral (PVB) , ionómeros, polimetilmetacrilato (PMMA), poliuretano, poliéster o hot melt. Un material de base 4, 4', que se selecciona de los ejemplos a) - d) se provee de una capa resistente a la intemperie 2, 2'. Los polímeros para la obtención de la capa resistente a la intemperie 2, 2' se seleccionan de los ejemplos a) - d) . Si, como se describe en los ejemplos c) y d) , se usa principalmente un polímero de flúor o cópolímero de flúor como capa resistente a la intemperie, se forma una lámina unitaria en cuanto a su constitución química. Si en cambio se utilizan polímeros químicamente diferentes, como en los ejemplos a) y b) , también es posible utilizar mezclas de polímeros para la capa resistente a la intemperie 2, 2'. Para ello se varía la proporción de las materias primas polímeras de manera tal que las propiedades físicas y/o químicas de la capa resistente a la intemperie terminada 2, 2' pueda ser modificada u optimizada según se desee. Para aumentar la resistencia a la intemperie y mejorar también la adhesión con las capas compuestas adyacentes, el material de base puede ser sometida a un tratamiento previo antes de recubrirla con la capa resistente a la intemperie 2, 2'. Por una parte, el tratamiento previo puede comprender la aplicación de un pegamento adicional y por otra, la aplicación de una capa de óxido inorgánico separado de la fase de vapor, preferentemente una capa de óxido de silicio. También es posibles, cómo se aprecia en la figura 3, llevar a cabo el tratamiento previo del material de base 4, 4' por medios físicos en el equipo 10. A continuación se conduce el material de base 4, 4' a recubrir a un dispositivo de aplicación 11, en el cual los materiales plásticos resistentes a la intemperie se encuentran presentes en forma disuelta o dispersada. Por razones de protección ambiental y de disposición definitiva, se usan solventes Í orgánicos libres de halógeno. La solución o dispersión puede contener otras sustancias colorantes. Se ha comprobado que resulta ventajoso usar dispersiones para el recubrimiento, ya que para preparar una dispersión la proporción de solvente puede ser reducida sustancialmente. Por ejemplo, se disuelve en 2-butanona, al reflujo, un polímero de flúor a 40-100 °C y una velocidad de agitación de al menos 2800 rpm en un agitador veloz o dissolver. Se puede agregar diferentes materiales de relleno o colorantes, como óxido de titanio o negro de humo a la solución, hasta 35% -referido al polímero de flúor usado-, de manera que se forme una dispersión. Este material se aplica sobre el material de base 4, 4', por ejemplo una lámina de PET tratada previamente, con el dispositivo de aplicación 11. Graduando la separación del cilindro del dispositivo de aplicación 11 se controla el espesor de la capa resistente a la intemperie 2, 2', cuyo espesor es de por ejemplo entre 5 y 50 µm. Luego, el material así recubierto 4, 4' pasa por un rodillo de desviación 9a hacia un secador 12, donde se evapora el solvente utilizado a temperaturas de entre 80 y 180°C. El aire de escape y el ajuste de la temperatura de secado se seleccionan de manera tal que se forme un recubrimiento seco sin burbujas. El contenido de solvente residual de 0,3 - 0,6 % se usa como criterio para el ajuste exacto de la temperatura. El material de base 4,4' provisto de la capa 2, 2' se transporta al cilindro de depósito 13 pasando por un cilindro de desviación 9b y se enrolla en aquél. En otro paso del procedimiento, el material de base 4, 4' ahora provisto unilateralmente de la capa resistente a la intemperie 2, 2', puede ser recubierto en su lado no recubierto con la capa adhesiva 5, 5'. Esto ocurre utilizando el equipo que se ilustra en la figura 3, donde los productos de partida son poliuretanos y polímero de flúor. Después de ser recubiertas, las superficies de los polímeros de flúor pueden ser tratados química o físicamente . Para obtener el material de encapsulado 1, 1' que se muestra en la figura 1, se corta el material enrollado en forma discontinua y se une con la capa de sello 6 que se puede seleccionar de los ejemplos a) - d) en un "proceso de laminado convencional. Si bien gracias al proceso de laminado se obtiene un material compuesto con las capas 2, 4, 5 y 6 o 2', 4', 5' y 6', el endurecimiento definitivo de los materiales plásticos usados en el material compuesto tiene lugar durante la confección final del módulo fotovoltaico 17 que se muestra en la figura 4, que se puede realizar, por ejemplo, por medio de una procedimiento denominado cilindro contra cilindro. Para ello el sistema de células solares 7 que comprende tipos de células solares flexibles, se coloca, por ejemplo, en el material de encapsulado 1'. Desde el cilindro de depósito enfrentado 9 se retira otra capa de material de encapsulado 1 y se lleva hasta el sistema de células solares 7. Las bandas de material retiradas de los cilindros de depósito 9 o 9a se conducen a sendas estaciones de calefacción 14 o 14a, donde el material de encapsulado 1, 1' es calentado al menos hasta la. temperatura de ablandamiento de la capa de sello 6, 6'. De esta manera se asegura la formación de un material compuesto entre las capas 1, 1' y el sistema de células solares 7 en la separación de los cilindros de la estación de calandrado 15. Para lograr el endurecimiento de este material compuesto y el reticulado completo de los polímeros usados para el material de encapsulado, se lleva el material compuesto preparado previamente a una estación de calefacción 16. El material compuesto 17 destinado a un módulo fotovoltaico puede almacenarse sobre el cilindro de depósito 9b y retirarse del mismo según convenga. Gracias al procedimiento de recubrimiento de la invención, en un módulo fotovoltaico 18, cuya estructura de capas se muestra en la figura 1, se pueden lograr capas de material relativamente delgadas, particularmente en cuanto a la capa resistente a la intemperie 2, 2'. Esto tiene la ventaja que en el momento de la disposición definitiva del módulo fotovoltaico la parte de polímeros de flúor es más reducida que en los módulos convencionales. El procedimiento de la invención permite, no solamente producir una única lámina de polímero químicamente uniforme para el recubrimiento 2, 2', sino también preparar una mezcla de diferentes materias primas polímeras en proporciones variadas. Como se sabe a partir del estado de la técnica, el uso de láminas de polímero estaba limitado sustancialmente a un tipo de polímero. Según la invención, se puede preparar una mezcla para la capa resistente a la intemperie 2, 2', en la cual se pueden modificar y optimizar según se desee las propiedades químicas y físicas del recubrimiento terminado 2, 2' seleccionando adecuadamente las materias primas polímeras y sus proporciones. Independientemente de ello, la fabricación resulta económicamente conveniente, ya que el espesor de la capa resistente a la intemperie 2, 2' es reducido y por lo tanto, la proporción de polímeros de flúor relativamente costosos se puede reducir. El procedimiento se puede llevar a cabo in-situ, lo cual facilita sustancialmente su aplicación. Mediante la selección de los polímeros y solventes se pueden ajustar rangos de temperatura -ventajosamente entre 80 y 180°C- de manera que también se puede lograr un ahorro de energía. Además, según su aplicación, se puede ajustar el espesor de la capa resistente a la intemperie 2, 2'. Gracias al ajuste del espesor de esta capa, son posibles una serie de aplicaciones del módulo fotovoltaico utilizando el material de encapsulado obtenido según la invención, las que van desde plantas de energía pequeñas para columnas de teléfonos de socorro o casas rodantes hasta equipos para techos y fachadas de gran superficie así como instalaciones grandes y plantas generadoras de energía solar.

Claims

REIVINDICACIONES : 1. Procedimiento para obtener laminados resistentes a la intemperie (1,1') para el encapsulado de sistemas de células solares (7), caracterizado porque, se aplica al menos una capa de material plástico resistente a la intemperie (2, 2') sobre un material de base (4, 4' ) .
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque, los materiales plásticos resistentes a la intemperie se seleccionan del grupo de polímeros de flúor o copolímero de flúor, acrilatos, poliuretanos, siliconas y mezclas de los mismos solubles y selectivos .
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque, los materiales plásticos resistentes a la intemperie se aplican sobre un material de base (4, 4') en solución y/o dispersión.
4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque, la solución o dispersión contiene colorantes.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque, la temperatura del procedimiento se ajusta en un rango de entre 80 y 180°C.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque, los materiales plásticos resistentes a la intemperie se aplican en una capa de 5 a 50 µm de espeso.
7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque, la capa resistente a la intemperie (2, 2') es permeable a los rayos de luz en el rango de ondas luminosas visibles y en el rango de longitud de ondas UV cercano.
8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque, el material de base (4, 4') se selecciona del grupo formado por tereftalato de polietileno (PET), naftenato de polietileno (PEN), copolímero de etilentetrafluoroetileno (ETFE), así como co-extrudados de los mismos.
9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque, el material de base (4, 4') es una lámina de aluminio.
10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque, el material de base (4, 4') es sometido a un tratamiento previo físico y/o químico antes del recubrimiento .
11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque, sobre el material de base (4, 4') se aplica una capa de óxido inorgánico separado de la fase de vapor.
12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque, sobre el material de base (4, 4') se aplica un pegamento.
13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque, como pegamento se usa poliuretano o poliéster.
14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque, sobre el lado no recubierto del material de base (4,4') se aplica una capa adhesiva (5, 5').
15. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque, la capa adhesiva (5, 5') comprende un sistema iniciador, una capa de polímero de flúor/copolímero de flúor con superficie tratada, una capa de poliuretano o poliacrilato.
16. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14 o 15, caracterizado porque, adyacente a la capa adhesiva (5, 5') se aplica una capa de sello (6, 6').
17. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque, la capa de sello (6, 6') se forma con polímeros del grupo formado por acetato de etilenvinilo (EVA), polivinilbutiral (PVB), ionómeros, polimetilmetacrilato (PMMA), poliuretano, poliéster o hot melt.
18. Uso de al menos dos de los laminados (1, 1') fabricados de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 17 para fabricar un fotovoltaico (17), donde se instala el sistema de células solares (7) en uno de los laminados (1, 1' ) .
19. Uso de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizado porque, la fabricación del módulo fotovoltaico (18) se realiza con un procedimiento de laminado continuo, en el cual se prepara un material compuesto previo (17) para el módulo fotovoltaico (18).
20. Uso de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado porque, para la preparación del material compuesto previo (17) se usa un tipo de célula solar flexible.
21. Uso de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizado porque, la fabricación del módulo fotovoltaico (17) se realiza por medio de un procedimiento discontinuo.
22. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 18 a 21, caracterizado porque, como sistema de células solares (7) se usa uno de células solares de silicio.
23. Uso de una dispersión preparada de acuerdo con la reivindicación 3 caracterizado porque es para reparar los dorsos dañados de un módulo fotovoltaico.