RU2287207C1

RU2287207C1 - Photoelectric module

Info

Publication number: RU2287207C1
Application number: RU2005117028/28A
Authority: RU
Inventors: Ирина Самуиловна Персиц (RU); Ирина Самуиловна Персиц; Владимир Григорьевич Персиц (RU); Владимир Григорьевич Персиц
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Пента-91" (ОАО "Пента-91")
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2006-11-10

Abstract

FIELD: off-line power supplies using solar energy.

SUBSTANCE: proposed photoelectric module has at least one photocell disposed between polymeric filler layers whose bottom layer abuts against substrate; used as filler is thermoplastic silicon elastomer which is the product of block copolymerization of alpha, omega-amino siloxane and dual- or multifunctional isocyanate. Upper layer of polymeric filler can function as protective coating.

EFFECT: enhanced light, heat, and frost resistance and output power characteristics of module at long-time service in extended temperature range.

2 cl, 2 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к устройствам автономных источников электропитания, использующих энергию солнца, в частности к фотоэлектрическим модулям.The invention relates to devices for autonomous power sources using solar energy, in particular to photovoltaic modules.

Известны конструкции фотоэлектрических модулей, в которых в качестве материала - заполнителя, соединяющего поверхность фотопреобразователей с лицевым и тыльным защитными покрытиями, применяются эластомеры холодного отверждения на основе низкомолекулярных силоксановых каучуков (пат. США №417507, 1979 г., МПК F 24 J 31/02). Существенным недостатком применения таких материалов является длительность процесса формирования модуля и низкая адгезия холодного вулканизата к элементам конструкции.There are known designs of photovoltaic modules, in which cold curing elastomers based on low molecular weight siloxane rubbers (US Pat. No. 417507, 1979, IPC F 24 J 31/02, are used as a filler material connecting the surface of the photoconverters with front and back protective coatings) ) A significant drawback of the use of such materials is the length of the module formation process and the low adhesion of cold vulcanizate to structural elements.

Более технологичными являются конструкции с применением термопластичных полимеров, например пленок из высокопластифицированного поливинилбутираля (пат. США №3957337, 1976 г., МПК F 04 В 17/00). Однако под действием света пленка поливинилбутираля существенно желтеет, причем этот процесс катализируется ионами металлов, мигрирующими с элементов контактной системы фотопреобразователей.More technologically advanced are constructions using thermoplastic polymers, for example, films from highly plasticized polyvinyl butyral (US Pat. No. 3957337, 1976, IPC F 04 B 17/00). However, under the influence of light, the polyvinyl butyral film substantially turns yellow, and this process is catalyzed by metal ions migrating from elements of the contact system of photoconverters.

Наиболее широко распространенными в настоящее время являются конструкции фотоэлектрических модулей, в которых в качестве заполнителя используют пленку на основе сополимера этилена с винилацетатом при содержании винилацетата 28-33 мас.% (патенты США №№6667434, 2004 г., МПК H 01 L 31/18; 6660556, 2003 г, МПК H 01 L 31/18).The most widespread currently are the designs of photovoltaic modules, in which as a filler a film is used based on a copolymer of ethylene with vinyl acetate with a vinyl acetate content of 28-33 wt.% (US patent No. 6667434, 2004, IPC H 01 L 31 / 18; 6660556, 2003, IPC H 01 L 31/18).

Известен патент США на изобретение №4499658, 1983 г., МКИ H 01 L 31/18, в котором в качестве заполнителя применяют пленку, изготовленную на основе сополимера этилена с винилацетатом, содержащую перекисный инициатор поперечной сшивки, кремнийорганический праймер для улучшения адгезии, а также стабилизирующую систему, включающую УФ-абсорбер, свето- и термостабилизатор (антиоксидант). Этот материал способен к образованию поперечно-сшитой структуры в процессе формирования фотоэлектрического модуля с обеспечением теплостойкости конструкции до 90°С.A known US patent for invention No. 4499658, 1983, MKI H 01 L 31/18, in which a film made on the basis of an ethylene vinyl acetate copolymer containing a cross-linking peroxide initiator, an organosilicon primer to improve adhesion is used as a filler, and stabilizing system, including UV absorber, light and heat stabilizer (antioxidant). This material is capable of forming a cross-linked structure during the formation of the photovoltaic module with heat resistance of the structure up to 90 ° C.

Существенным недостатком заполнителей такого типа, обусловленным его составом, является повышенное газовыделение в процессе формирования модуля за счет активного разложения сшивающего агента перекисного типа. Это, в свою очередь, требует усложнения как конструкции самого устройства в части применения дополнительных дренажных материалов (например, нетканых материалов на основе стеклянных волокон), так и усложнения технологического режима производства ("Encapsulants for solar cells", www.etimex.de). Кроме того, присутствие свободно-радикальных продуктов распада перекиси провоцирует непродуктивный расход стабилизаторов (в частности, термостабилизатора), а также образование УФ-возбудимых хромофорных групп, приводящих к потемнению полимерного слоя в процессе эксплуатации модуля (Encapsulation of PV modules using ethylene vinyl acetate copolymer as a pottant: A critical review, A.W.Czanderna, F.J.Pem, Solar Energy Materials and Solar Cells, 43, 1996, 101-181).A significant drawback of this type of aggregates, due to its composition, is the increased gas evolution during the formation of the module due to the active decomposition of the cross-linking agent of the peroxide type. This, in turn, requires complicating both the design of the device itself in terms of the use of additional drainage materials (for example, non-woven materials based on glass fibers) and the complexity of the technological mode of production ("Encapsulants for solar cells", www.etimex.de). In addition, the presence of free-radical decay products of peroxide provokes unproductive consumption of stabilizers (in particular, thermostabilizer), as well as the formation of UV-excitable chromophore groups, which leads to darkening of the polymer layer during module operation (Encapsulation of PV modules using ethylene vinyl acetate copolymer as a pottant: A critical review, AWCzanderna, FJPem, Solar Energy Materials and Solar Cells, 43, 1996, 101-181).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является модуль фотоэлектрический, защищенный патентом РФ №2069920, 1996 г., МПК Н 01 L 31/04, в котором в качестве материала-заполнителя используют пленку на основе сополимера этилена с винилацетатом с заранее сформированной трехмерной структурой и содержанием гель-фракции 10-50 мас.% (до 65 мас.% при испытаниях по методике NREL, в которой используется тетрагидрофуран в качестве растворителя). Применение указанного изобретения позволяет снизить газовыделение в процессе формирования модуля и повысить его стойкость к расслаиванию в процессе эксплуатации.The closest to the proposed invention in terms of technical nature and the achieved result is a photoelectric module protected by RF patent No. 2069920, 1996, IPC N 01 L 31/04, in which a film based on an ethylene vinyl acetate copolymer is used as a filler material in advance formed three-dimensional structure and the content of the gel fraction of 10-50 wt.% (up to 65 wt.% when tested according to the NREL method, in which tetrahydrofuran is used as a solvent). The use of this invention allows to reduce gas emission during the formation of the module and increase its resistance to delamination during operation.

Существенный недостаток конструкции модуля-прототипа, также как и других аналогов, - нестабильность оптических характеристик материала-заполнителя, что приводит к снижению выходной мощности модуля в процессе длительной эксплуатации, а также ограниченный диапазон рабочих температур (минус 40°С - плюс 90°С).A significant drawback in the design of the prototype module, as well as other analogues, is the instability of the optical characteristics of the filler material, which leads to a decrease in the output power of the module during long-term operation, as well as a limited range of operating temperatures (minus 40 ° С - plus 90 ° С) .

Задача предлагаемого изобретения - повышение свето-, термо- и морозостойкости фотоэлектрического модуля с увеличением стабильности его выходных электрических параметров при длительной эксплуатации в более широком интервале температур.The objective of the invention is to increase the light, heat and frost resistance of the photovoltaic module with an increase in the stability of its output electrical parameters during long-term operation in a wider temperature range.

Вышеуказанный результат достигается тем, что предложена конструкция фотоэлектрического модуля, в которой в качестве материала-заполнителя использована пленка, изготовленная из термопластичного силиконового эластомера - продукта блочной сополимеризации альфа, омега-аминосилоксана с ди- или полифункциональным изоцианатом. Силиконовый эластомер обладает высокой оптической прозрачностью в рабочем для фотопреобразователей диапазоне солнечного спектра (спектральный коэффициент светопропускания в видимой области не менее 90%) и не требует дополнительной поперечной сшивки и стабилизации. Образование "трехмерной" структуры сополимера происходит за счет микросегрегации жестких блоков, выполняющих функции "узлов" трехмерной структуры при охлаждении расплава.The above result is achieved by the fact that a photovoltaic module design is proposed in which a film made of a thermoplastic silicone elastomer, a product of block copolymerization of alpha, omega-aminosiloxane with di- or polyfunctional isocyanate, is used as a filler material. Silicone elastomer has high optical transparency in the solar spectrum range for photoconverters (spectral transmittance in the visible region of at least 90%) and does not require additional cross-linking and stabilization. The formation of a “three-dimensional” structure of the copolymer occurs due to microsegregation of rigid blocks that perform the functions of “nodes” of a three-dimensional structure during cooling of the melt.

Сочетание оптических, адгезионных и механических характеристик термопластичного силиконового эластомера с высокой абразивостойкостью и низкими значениями поверхностной энергии позволяет в ряде случаев применять этот блоксополимер не только как заполнитель в фотоэлектрическом модуле, но и в качестве защитного материала (без дополнительного наружного покрытия).The combination of optical, adhesive and mechanical characteristics of a thermoplastic silicone elastomer with high abrasion resistance and low surface energy values allows in some cases to use this block copolymer not only as a filler in the photoelectric module, but also as a protective material (without additional external coating).

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фиг.1 и 2. Фотоэлектрический модуль состоит из одного или более фотоэлементов 1, размещенных между верхним и нижним слоями заполнителя из термопластичного силиконового эластомера, полученного на основе альфа, омега-аминосилоксана и диизоцианата 2. Нижний слой эластомера заполняет пространство между тыльной поверхностью фотоэлементов и подложкой 3. Верхний слой силиконового эластомера прилегает к лицевому защитному покрытию 4 фиг.1, либо сам выполняет его функцию (фиг.2),The essence of the invention is illustrated in figures 1 and 2. The photovoltaic module consists of one or more photocells 1, placed between the upper and lower layers of aggregate of a thermoplastic silicone elastomer, obtained on the basis of alpha, omega-aminosiloxane and diisocyanate 2. The lower layer of the elastomer fills the space between the back surface of the solar cells and the substrate 3. The upper layer of silicone elastomer is adjacent to the front protective coating 4 of figure 1, or he performs its function (figure 2),

Примеры конкретного выполнения.Examples of specific performance.

Пример 1. Фотоэлектрический модуль содержит скоммутированные фотоэлементы, подложку (тыльное защитное покрытие) из фторсодержащего полимера, лицевое защитное покрытие из стекла или оптически прозрачного полимера и слои пленки из силиконового эластомера на основе альфа, омега-аминосилоксана с длиной силоксановой цепи 50 звеньев и 1,3-диизоцианатометилциклогексана. Температурный диапазон эксплуатации модуля, выполненного по п.1, минус 60 - плюс 110°С.Example 1. The photovoltaic module contains commutated photocells, a fluorine-containing polymer backing (back protective coating), a glass or optically transparent polymer face coating, and alpha, omega-aminosiloxane-based silicone elastomer film layers with a siloxane chain length of 50 units and 1, 3-diisocyanatomethylcyclohexane. The temperature range of operation of the module, made according to claim 1, minus 60 - plus 110 ° C.

Пример 2. Фотоэлектрический модуль состоит из скомммутированных фотоэлементов, тыльного покрытия (подложки) из полиэтилентерефталата и слоев силиконовой эластомерной пленки на основе блоксополимера альфа, омега-аминосилоксана с длиной силоксановой цепи 40 звеньев и 4,4-метилен-бис-циклогексилдиизоцианата, верхний из которых является одновременно и лицевым защитным покрытием. Работоспособность модуля в этом случае обеспечивается в температурных пределах от минус 60 до плюс 120°С.Example 2. The photovoltaic module consists of commutated photocells, a back cover of polyethylene terephthalate and layers of silicone elastomeric film based on block copolymer alpha, omega-aminosiloxane with a siloxane chain length of 40 units and 4,4-methylene-bis-cyclohexyl diisocyanate, the upper of which It is also a front protective coating. The performance of the module in this case is ensured in the temperature range from minus 60 to plus 120 ° C.

Таким образом, температурный диапазон длительной эксплуатации без снижения оптических параметров заполнителя в предлагаемой конструкции фотоэлектрического модуля расширяется на 40-50°С по сравнению с известными конструкциями (минус 40 плюс 90°С).Thus, the temperature range of long-term operation without reducing the optical parameters of the filler in the proposed design of the photovoltaic module is expanded by 40-50 ° C compared with the known structures (minus 40 plus 90 ° C).

Claims

1. The photoelectric module containing at least one photocell placed between the layers of polymer aggregate, the lower layer of which is adjacent to the substrate, characterized in that the filler used is a film made of thermoplastic silicone elastomer - a product of block copolymerization of alpha, omega-aminosiloxane and di - or polyfunctional isocyanate, the top layer of which serves as a protective coating.

2. The photoelectric module according to claim 1, characterized in that an additional protective coating is applied to the upper filler layer.