Módulo fotovoltaico que comprende una capa de aislamiento con grupos silano.

Módulo fotovoltaico que comprende un elemento de célula solar y un material de aislamiento laminado sobre,

como mínimo, un lado del elemento de célula solar en el que el material de aislamiento comprende un copolímero deolefina que comprende unidades monoméricas que contienen un grupo silano, con lo que la poliolefina que contieneun grupo silano se ha obtenido mediante copolimerización.

Módulo fotovoltaico que comprende una capa de aislamiento con grupos silano La presente invención se refiere a un módulo fotovoltaico que comprende un elemento de célula solar y un material de aislamiento laminado sobre, como mínimo, un lado del elemento de célula solar, a un proceso para la producción de dicho módulo fotovoltaico y a la utilización de un copolímero de olefina como material de aislamiento para elementos de célula solar.

La generación de energía fotovoltaica mediante la utilización de una célula solar o módulos fotovoltaicos está ganando un creciente interés debido a las propiedades únicas de este modo de generación de energía que no produce ruido, emisiones perjudiciales o gases contaminantes.

Los elementos que generan energía en esos módulos a través de la conversión de luz en energía eléctrica son los elementos de célula solar que comprenden materiales semiconductores, tales como silicio, galio-arsénico y cobreindio-selenio.

Dado que los materiales utilizados para elementos de célula solar son quebradizos y sensibles, deben estar mecánicamente soportados y protegidos contra influencias medioambientales perjudiciales, tales como lluvia, granizo, condensación y evaporación de agua, polvo, viento, etc. Además, debe conseguirse un aislamiento eléctrico fiable de los elementos de célula solar.

Estas funciones, que deben mantenerse durante toda la vida útil de un módulo fotovoltaico que es habitualmente de 20 a 30 años, son proporcionadas por una estructura laminada del módulo que comprende una cubierta frontal protectora transparente y un sustrato protector inferior, con los elementos de célula solar estando fijados entre capas de estos materiales protectores mediante la utilización de capas de un material de aislamiento. Habitualmente, el módulo está protegido y soportado, además, por un marco de aluminio.

El material de aislamiento para elementos de célula solar también se denomina algunas veces como “encapsulación”, “inclusión”, “adhesivo” o “sellante”.

Las principales funciones de las capas de aislamiento en el módulo fotovoltaico son garantizar una transmisión de energía segura dentro de la célula solar y el módulo. Para hacer esto, tiene que proporcionar soporte estructural y posicionamiento para el conjunto de circuitos de la célula solar, aislar física y eléctricamente los elementos de célula solar, es decir impedir el daño de los elementos por influencias externas y cortocircuitos, proporcionar conducción térmica y, como mínimo, para la capa de aislamiento superior que está expuesta a la luz solar, conseguir y mantener el acoplamiento óptico máximo entre los elementos de célula solar y la radiación solar incidente, es decir proporcionar y mantener una transmisión máxima para la luz solar a los elementos de célula solar para maximizar el rendimiento energético.

Actualmente, son conocidos varios tipos de materiales de aislamiento, tales como copolímeros de etileno-acetato de vinilo (EVA) reticulados por peróxido (véase, por ejemplo, el documento EP 1 857 500) , copolímeros de bloque de poliestireno-polibutadieno-poliestireno (SBS) (véase, por ejemplo, el documento US 4.692.557) , ionómeros (véase, por ejemplo, el documento US 6.320.116) y poliuretanos (véase, por ejemplo, el documento DE 20 220 444) .

El documento WO 2007/061030 da a conocer un dispositivo fotovoltaico que incluye material de aislamiento del extremo que contiene olefina.

No obstante, el material de aislamiento más común es, de lejos, copolímeros de etileno-acetato de vinilo (EVA) reticulados por peróxido que, para su utilización en módulos fotovoltaicos, son extrudidos como una lámina a partir de una composición de copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA) que comprende un peróxido orgánico como agente reticulante y habitualmente un antioxidante. La reticulación del copolímero de etileno-acetato de vinilo es necesaria para proporcionar a la capa de aislamiento la resistencia suficiente a temperaturas más elevadas, dado que durante el uso, habitualmente, la temperatura del módulo fotovoltaico está entre 40 y 80ºC.

El módulo fotovoltaico laminado se produce en un proceso de laminación al vacío. En este proceso, los componentes del módulo después de haber sido ensamblados se colocan en un aparato de laminación al vacío, en el que, mediante aplicación de una temperatura aumentada de aproximadamente 100 a 180ºC, habitualmente 150ºC, y presión aumentada durante un tiempo de aproximadamente 15 a 30 minutos el laminado se forma al vacío.

Es un primer inconveniente de la utilización de EVA reticulado por peróxido como material de aislamiento que se necesitan temperaturas comparativamente elevadas y tiempos de laminación largos, que son causados por la necesidad de descomponer el agente reticulante de peróxido orgánico en la capa de aislamiento y de realizar y finalizar la reticulación del mismo. Por lo tanto, la velocidad de producción del módulo fotovoltaico es comparativamente baja.

La utilización de EVA reticulado por peróxido como capa de aislamiento presenta, sin embargo, inconvenientes adicionales. Es bien conocido que los módulos fotovoltaicos muestran una pérdida de rendimiento del 1 al 10% por año, y una contribución significativa a esa pérdida se atribuye a la degradación de las capa de EVA reticulado que puede producirse como una decoloración de las películas transparentes originalmente incoloras (véase, por ejemplo, el artículo de A.W. Czanderna y F.J. Pern, “Encapsulation of PV modules using ethylene vinyl Acetate copolymer as a pottant: A critical review”, Solar Energy Materials and Solar Cells 43 (1996) 101-181) . Además, se han descrito otros problemas, tales como delaminación en interfaces, penetración de agua líquida, cortocircuitos y arcos eléctricos, agrietamiento de los elementos de célula solar debido a tensiones de expansión/contracción, fallos para interconectar células, carbonización y fusión de soldadura de zonas sobreexpuestas, ensuciamiento y degradación a la intemperie excesivos.

Es un objetivo de la presente invención dar a conocer un material de aislamiento con el que puedan evitarse los inconvenientes de las tecnologías conocidas, especialmente de la utilización de copolímeros de EVA reticulados por peróxido como material de aislamiento. En particular, es un objetivo de la presente invención dar a conocer un material de aislamiento que permita mejorar y facilitar el proceso de producción del módulo fotovoltaico, por ejemplo, acortando el tiempo necesario para la laminación del módulo y, al mismo tiempo, tenga una menor tendencia a degradarse y proporcione una protección mejorada para los elementos de célula solar frente a influencias externas perjudiciales.

La presente invención se basa en el descubrimiento de que los objetivos anteriores pueden conseguirse y dicho material de aislamiento puede proporcionarse, si en el material de aislamiento están presentes grupos silano reticulables.

La presente invención da a conocer, por lo tanto, un módulo fotovoltaico, según la reivindicación 1.

Son ventajas especiales del módulo fotovoltaico de la presente invención que puede fabricarse en un tiempo más corto en comparación con los módulos habituales que comprenden EVA que contiene peróxido y, por lo tanto, la productividad del proceso de laminación del módulo se incrementa. Esto se debe a que, por ejemplo, la reticulación de los grupos silano tiene lugar ya en condiciones ambiente. Por consiguiente, pueden aplicarse temperaturas más bajas durante la laminación y, dado que la reticulación por silanos tiene lugar “automáticamente” después del proceso de laminación, no es necesario ningún tiempo de residencia para el proceso de reticulación durante la etapa de laminación.

Tiempos de residencia correspondientes para los materiales de aislamiento de EVA en base al 1, 47% en peso del peróxido utilizado habitualmente 2, 5-bis (tert-butildioxi) -2, 5-dimetilhexano (Lupersol 101) para alcanzar un contenido de gel del 70% en función de la temperatura son, por ejemplo, 45 minutos a 140ºC, 15 minutos a 150ºC o 6 minutos a 160ºC (Datos tomados de Paul B Willis, “Investigation of materials and processes for solar cell encapsulation”, JPL Contract 954527 S/L Project 6072: 1, 1986) .

Las temperaturas de laminación reducidas hacen posible utilizar una gama más amplia de cubiertas frontales y láminas posteriores. Por ejemplo, la reticulación de silano permitirá sustituir el vidrio como cubierta frontal por materiales más ligeros, por ejemplo, policarbonato, dado que el proceso de laminación puede tener lugar fácilmente... [Seguir leyendo]

1. Módulo fotovoltaico que comprende un elemento de célula solar y un material de aislamiento laminado sobre, como mínimo, un lado del elemento de célula solar en el que el material de aislamiento comprende un copolímero de olefina que comprende unidades monoméricas que contienen un grupo silano, con lo que la poliolefina que contiene un grupo silano se ha obtenido mediante copolimerización.

2. Módulo fotovoltaico, según la reivindicación 1, en el que los grupos silano están, como mínimo, parcialmente reticulados. 10

3. Módulo fotovoltaico, según la reivindicación 1 ó 2, en el que el copolímero de olefina comprende unidades comonoméricas adicionales diferentes de las unidades monoméricas de olefina principales y las unidades monoméricas que contienen un grupo silano.

4. Módulo fotovoltaico, según la reivindicación 3, en el que las unidades comonoméricas adicionales son unidades comonoméricas polares.

5. Módulo fotovoltaico, según la reivindicación 4, en el que las unidades comonoméricas polares se seleccionan entre ésteres de carboxilato de vinilo, acrilatos y acrilatos de alquilo, ácidos carboxílicos insaturados olefínicamente, 20 derivados de ácido acrílico y ácido alquilacrílico, y éteres vinílicos.

6. Módulo fotovoltaico, según la reivindicación 5, en el que las unidades comonoméricas polares se seleccionan entre acrilatos de alquilo C1 a C6, metacrilatos de alquilo C1 a C6, ácido acrílico, ácido metacrílico y acetato de vinilo.

7. Módulo fotovoltaico, según la reivindicación 6, en el que las unidades comonoméricas polares comprenden un acrilato de metilo y/o un acrilato de metilalquilo.

8. Módulo fotovoltaico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cantidad de las unidades monoméricas que contienen un grupo silano en el copolímero de olefina es del 0, 1 al 10% en peso. 30

9. Módulo fotovoltaico, según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, en el que la cantidad de unidades comonoméricas adicionales en el copolímero de olefina es del 5 al 60% en peso.

10. Módulo fotovoltaico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el copolímero de olefina es un 35 copolímero de etileno.

11. Módulo fotovoltaico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material de aislamiento comprende, además, un catalizador de condensación de silanol.

12. Módulo fotovoltaico, según la reivindicación 11, en el que el catalizador de condensación de silanol es un ácido sulfónico.

13. Proceso para la producción de un módulo fotovoltaico que comprende laminar una lámina de un material de aislamiento que comprende un copolímero de olefina que comprende unidades monoméricas que contienen un 45 grupo silano sobre un elemento de célula solar, con lo que la poliolefina que contiene un grupo silano se ha obtenido mediante copolimerización.

14. Utilización de un copolímero de olefina que comprende unidades monoméricas que contienen un grupo silano como material de aislamiento para elementos de célula solar, con lo que la poliolefina que contiene un grupo silano 50 se ha obtenido mediante copolimerización.