Módulos fotovoltaicos en vidrio estructural y de seguridad para techumbres de invernaderos agrícolas.

Panel fotovoltaico (1) de vidrio de seguridad estructural para cubrir invernaderos destinados a cultivos agrícolas,

del tipo que comprende una pluralidad de células fotovoltaicas (6) insertadas entre dos láminas de vidrio (2, 3) acopladas una a otra por dos láminas de material polimérico transparente (4, 5), estando posicionadas dichas células fotovoltaicas (6) entre dichas dos láminas de material polimérico transparente (4, 5), caracterizado por que dicho material polimérico transparente está libre de sustancias estabilizadoras para rayos ultravioleta.

Módulos fotovoltaicos en vidrio estructural y de seguridad para techumbres de invernaderos agrícolas

La presente invención se refiere a un panel fotovoltaico hecho de vidrio de seguridad estructural para cubrir invernaderos para cultivos agrícolas.

En décadas recientes, tanto después de la crisis de la energía debida a la escasez de petróleo por razones políticas como por la lucha contra la polución del aire, se han llevado a cabo extensas investigaciones en el campo de las energías renovables. Entre éstas, la energía solar está siendo cada vez más importante debido a su amplia disponibilidad y a la ausencia de emisiones dañinas. En particular, los paneles solares fotovoltaicos están experimentando un periodo de fuerte crecimiento después del progreso continuado de las células fotovoltaicas, cada vez más eficientes y baratas.

Dichos paneles fotovoltaicos se obtienen acoplando dos placas de vidrio y disponiendo células fotovoltaicas en ellas. Se obtienen así paneles que pueden instalarse en los tejados de edificios y también para la construcción de cobertizos y áticos. El documento US2010/0065116 describe un panel solar.

El acoplamiento de las placas se realiza utilizando láminas de polímeros termoplásticos tales como, por ejemplo, etileno-acetato de vinilo (EVA), polivinilbutiral (PVB), Sentry Glass® y Sentry Glass Plus® de Dupont (SG®, SGP®).

Si deben utilizarse dichos paneles fotovoltaicos para cubrir invernaderos, las células fotovoltaicas pueden espaciarse adecuadamente una de otra a fin de dejar que pase la cantidad de luz necesaria para el cultivo. Los ensayos han mostrado que con las células que ocupan el 40% de la superficie de vidrio, la cantidad de luz que pasa es suficiente para asegurar una buena calidad de los productos cultivados, pero es necesario permitir el paso de rayos ultravioletas a fin de asegurar un crecimiento natural de las plantas, tal como se requiere por los botánicos.

Por tanto, según el presente conocimiento, no podrían utilizarse ni el EVA ni el PVB, ya que dichos polímeros deben mezclarse necesariamente con estabilizadores de UV para impedir la degradación, sirviendo también dichos estabilizadores como filtros que impiden el paso de rayos ultravioleta.

Una manera de resolver el problema de bloquear el paso de rayos UV a través de los paneles solares es por el uso de lámparas especiales que emiten rayos ultravioleta en un invernadero cubierto con paneles fotovoltaicos que no permiten el paso de los rayos ultravioleta. Sin embargo, esto no es una solución particularmente satisfactoria.

Se cita una realización, el invernadero tropical del Jardín Botánico de Berlín. En este caso, fue necesario recurrir al uso de Sentry Glass Plus® de Dupont, ya que, al ser estable a la luz ultravioleta, no requiere un estabilizador de UV para protegerlo. El Sentry Glass Plus® de Duppont garantiza, entre otras cosas, una resistencia mecánica del panel significativamente mayor que la de otros polímeros.

La solicitante ha observado que, debido a la extrema fragilidad de las células fotovoltaicas, los paneles fotovoltaicos son muy difíciles de hacer utilizando el Sentry Glass Plus®, que, debido a su módulo elástico demasiado alto, provocaría la rotura de las células durante el paso de acoplar los vidrios.

La solicitud de patente MI2007A001576, a nombre de la misma solicitante, describe el procedimiento de fabricación de un panel fotovoltaico que se ha de utilizar si se requiere una alta resistencia mecánica del panel combinada con un peso limitado. Dicho panel se hace acoplando dos láminas de vidrio con Sentry Glass Plus® y una tercera lámina de vidrio con PVB o EVA, insertándose las células fotovoltaicas entre la tercera placa y las dos primeras. De esta manera, las dos primeras láminas, acopladas con Sentry Glass Plus®, imparten la resistencia mecánica necesaria al panel, mientras que la tercera, acoplada con PVB o EVA, permite la incorporación de las células fotovoltaicas. Sin embargo, sigue existiendo el serio inconveniente de impedir el paso de rayos ultravioleta debido al uso de PVB o EVA.

Es posible hacer paneles fotovoltaicos utilizando el Sentry Glass®, que no requiere el uso de aditivos anti-UV, superando así el problema de la opacidad de los rayos ultravioleta. Sin embargo, tal producto es demasiado caro tanto por el coste particularmente alto del polímero como por el coste del procedimiento de producción.

La investigación se dirige actualmente a utilizar pinturas fotovoltaicas, es decir, revestimientos capaces de producir energía eléctrica. En este caso, cubriendo los vidrios en un 40% de la superficie se obtienen paneles que tienen tanto el nivel de oscurecimiento requerido como la transparencia requerida de los rayos ultravioleta. Sin embargo, en la actualidad el desarrollo de esta tecnología está todavía en la etapa preliminar.

La presente invención se dirige a superar al menos parcialmente los inconvenientes descritos por un panel fotovoltaico según la reivindicación 1, obtenido incorporando una pluralidad de células fotovoltaicas entre dos láminas de vidrio acopladas con polímeros termoplásticos no adicionados con sustancias estabilizadoras contra los rayos ultravioleta, estando contenida la degradación de dichos polímeros dentro de valores que permiten altos

rendimientos de las células, así como una alta transparencia a los rayos ultravioleta, durante un periodo de tiempo

suficiente para amortizar la inversión.

La investigación llevada a cabo por la solicitante ha mostrado sorprendentemente que el uso de dichos polímeros termoplásticos sin la adición de estabilizadores contra los rayos ultravioleta permite la obtención de paneles fotovoltaicos adecuados para cubrir invernaderos, en donde la degradación debida a rayos ultravioleta está contenida dentro de límites bastante estrechos que permiten el uso de dichos paneles durante muchos años, con una pérdida limitada de eficiencia (10-15%).

La invención se refiere a un panel fotovoltaico para cubrir invernaderos para cultivos agrícolas, del tipo que comprende una pluralidad de células fotovoltaicas insertadas entre dos láminas de vidrio acopladas una a otra por un material polimérico transparente, estando dispuestas dichas células de tal manera que cubran un porcentaje de la superficie de vidrio adecuado para dejar paso a la cantidad de luz necesaria para el cultivo, caracterizado por que dicho material polimérico es un polímero termoplástico libre de sustancias estabilizadoras contra los rayos ultravioleta. El polímero que ha mostrado el mejor comportamiento es el PVB, ya que es más resistente a las altas temperaturas que se desarrollan debido al calentamiento de las células por efecto tanto de la radiación solar como del paso de la corriente eléctrica.

Por polímero libre de estabilizadores contra rayos ultravioleta se entiende un polímero no adicionado con dichos estabilizadores. Por sustancias estabilizadoras contra los rayos ultravioleta se entienden composiciones que comprenden aditivos inorgánicos u orgánicos, bien conocidos por los expertos en la materia, que imparten resistencia a la degradación del polímero provocada por la radiación ultravioleta.

Preferiblemente, las células fotovoltaicas son células basadas en silicio cristalino, multicristalino o policristalino.

Preferiblemente, las células fotovoltaicas sólo cubren una porción de la superficie de las láminas de vidrio. En una realización, las células fotovoltaicas cubren alrededor del 40% de la superficie de las láminas de vidrio.

Se describe aquí un método de fabricación de dichos paneles fotovoltaicos, comprendiendo dicho método los siguientes pasos:

preparar los vidrios a ensamblar;

ensamblar los vidrios mediante dichas láminas de material polimérico transparente no adicionado con sustancias estabilizadoras contra los rayos ultravioleta, habiendo insertado las células fotovoltaicas entre dichas dos láminas de material polimérico transparente;

llevar a cabo el proceso de laminación, sobre el panel ensamblado, para obtener la adhesión entre los diversos elementos que conforman el panel fotovoltaico.

El proceso de laminación para fabricar paneles fotovoltaicos que constan de dos vidrios prevé el acoplamiento de dos láminas de vidrio por dos láminas de polímero de módulo bajo (PVB o EVA), habiendo insertado las células fotovoltaicas entre estas láminas últimamente mencionadas, y la inserción del conjunto en una bolsa de vacío a fin de eliminar el aire que permanezca atrapado entre el vidrio y las láminas de polímero. Después de esto, se inserta el conjunto en un autoclave, en donde se hace que se eleve la temperatura hasta que el polímero... [Seguir leyendo]

1. Panel fotovoltaico (1) de vidrio de seguridad estructural para cubrir invernaderos destinados a cultivos agrícolas, del tipo que comprende una pluralidad de células fotovoltaicas (6) insertadas entre dos láminas de vidrio (2, 3) acopladas una a otra por dos láminas de material polimérico transparente (4, 5), estando posicionadas dichas

células fotovoltaicas (6) entre dichas dos láminas de material polimérico transparente (4, 5), caracterizado por que dicho material polimérico transparente está libre de sustancias estabilizadoras para rayos ultravioleta.

2. Panel fotovoltaico (1) según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho material polimérico transparente libre de sustancias estabilizadoras para rayos ultravioleta es polivinilbutiral (PVB).

3. Panel fotovoltaico (1) según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho material polimérico transparente libre 10 de sustancias estabilizadoras para rayos ultravioleta es etileno-acetato de vinilo (EVA, EVA+).

4. Panel fotovoltaico (1) según la reivindicación 1, caracterizado por que dichas células fotovoltaicas (6) sólo cubren una porción de la superficie de dichas láminas de vidrio (2, 3).

5. Panel fotovoltaico (1) según la reivindicación 4, caracterizado por que dichas células fotovoltaicas (6) cubren aproximadamente el 40% de la superficie de dichas láminas de vidrio (2, 3).

6. Panel fotovoltaico según la reivindicación 1, en el que el material polimérico es un polímero termoplástico y cada

lámina de material polimérico transparente (4, 5) es una lámina plastificada basada en alcoholes de polivinilo parcialmente acetalizados que comprende de 60% a 85% en peso de alcoholes de polivinilo parcialmente acetalizados, de 14% a 39% en peso de plastificador de baja polaridad y hasta 10% en peso de uno o más agentes tensioactivos no iónicos como aditivo que incrementa la solubilidad del plastificador de baja polaridad en los 20 alcoholes de polivinilo parcialmente acetalizados.