Módulos fotovoltaicos con una película de barrera que comprende un polímero injertado con poliamida y proceso de fabricación y uso de los mismos.

Módulo fotovoltaico (20), que comprende:

- una o más células fotovoltaicas (12;

10) incrustadas en un encapsulante (22),

- una capa protectora superior (24), y

- una película de barrera protectora (26),

caracterizado por que la película de barrera protectora (26) es una película que comprende al menos una capa deuna composición que comprende al menos un polímero injertado con poliamida, donde el polímero injertado conpoliamida comprende una estructura básica de poliolefina que contiene un resto de al menos un monómeroinsaturado (X) y al menos un injerto de poliamida, en el que:

•el resto de monómero insaturado (X) se fija a la estructura básica mediante injerto o copolimerización;

• el resto de monómero insaturado (X) comprende un grupo funcional capaz de reaccionar mediante unareacción de condensación con una poliamida que tiene al menos un grupo terminal amina y/o al menos ungrupo terminal ácido carboxílico;

• el injerto de poliamida se fija a la estructura básica de la poliolefina mediante el resto de monómeroinsaturado (X);

• el injerto de poliamida comprende al menos una amina y/o un grupo funcional ácido carboxílico;• un grupo funcional amina o ácido del injerto de poliamida que ha reaccionado mediante una reacción decondensación con el resto (X);

los polímeros injertados con poliamida que comprenden, respecto a su peso total:

• del 40 al 95% en peso de la estructura básica de poliolefina que comprende el monómero insaturado (X), y

• del 5 al 60% en peso de injertos de poliamida,

y el punto de fusión o la temperatura de transición vítrea de los injertos de poliamida son mayores que oiguales a 85 ºC.

Módulos fotovoltaicos con una película de barrera que comprende un polímero injertado con poliamida y proceso de fabricación y uso de los mismos 5

Campo de la invención La invención se refiere a módulos fotovoltaicos, al proceso de fabricación de estos módulos fotovoltaicos y al uso de los mismos.

El calentamiento global, relacionado con los gases de efecto invernadero liberados por los combustibles fósiles, ha conducido al desarrollo de soluciones energéticas alternativas que no emiten tales gases durante su funcionamiento, tales como por ejemplo los módulos solares. Un módulo solar comprende una "célula fotovoltaica", siendo esta célula capaz de convertir la energía luminosa en electricidad. En la Figura 1, se representa una célula fotovoltaica convencional; esta célula fotovoltaica (10) comprende células (12) , conteniendo una célula un sensor fotovoltaico (14) , generalmente basado en silicio, que se trata para obtener propiedades fotoeléctricas, en contacto con colectores de electrones (16) situados por encima (colectores superiores) y por debajo (colectores inferiores) del sensor fotovoltaico. Los colectores superiores (16) de una célula están conectados a los colectores inferiores (16) de otra célula (12) mediante barras conductoras (18) , generalmente fabricadas de una aleación de metales. Todas estas células (12) están conectadas entre sí, en serie y/o en paralelo, para formar la célula fotovoltaica (10) . Cuando la célula fotovoltaica (10) se sitúa bajo una fuente de luz, suministra una corriente eléctrica continua que puede recuperarse en los terminales (19) de la célula (10) .

Con referencia a la Figura 2, el módulo solar (20) comprende la célula fotovoltaica (10) de la Figura 1 incrustada en un "encapsulante" (22) . Una capa protectora superior (24) y una película protectora en la parte trasera del módulo (26) , conocida también con el nombre de "barrera", están situadas en ambos lados de la célula encapsulada.

El encapsulante (22) puede tomar perfectamente la forma del espacio existente entre la célula fotovoltaica (10) y las capas protectoras (24) y (26) para evitar la presencia de aire y agua, lo que limitaría la eficacia del módulo solar.

El protección frente al impacto y la humedad de la célula fotovoltaica (10) la proporciona la capa protectora superior (24) , generalmente fabricada de vidrio. La película de barrera protectora (26) , que es un componente esencial de la presente invención, contribuye por sí misma a la protección frente a la humedad del módulo solar (20) y al aislamiento eléctrico de las células (12) .

Técnica anterior

Convencionalmente, las películas de barrera protectora comprenden al menos una capa de fluoropolímero. Entre los fluoropolímeros cabe mencionar fluoruro de polivinilo (PVF) o fluoruro de polivinilideno (PVDF) . Estas son las soluciones que se usan más ampliamente en el mercado. Las películas que se usan generalmente son películas de tres capas de fluoropolímero/poliéster/fluoropolímero. Estas películas de tres capas tienen características que les posibilitan ser usadas como barrera: son impermeables a la humedad, tienen buena resistencia a la deformación permanente y también una buena resistencia al desgarro. Presentan un buen comportamiento de envejecimiento para la radiación visible o ultravioleta y una buena resistencia al calor. Finalmente, sus propiedades eléctricas (en 45 particular su tensión de ruptura) son satisfactorias.

Sin embargo, estas películas tienen ciertos inconvenientes: el coste de los materiales que constituyen la película de tres capas, en particular el del fluoropolímero, es significativo. Adicionalmente, el fluoropolímero y el poliéster son incompatibles: por tanto, es necesario usar adhesivos entre cada una de las capas para posibilitar que se forme la película de tres capas. Además, a menudo se observa un deslaminado de las diversas capas de la película protectora durante el uso del módulo fotovoltaico, que puede conducir a su envejecimiento prematuro. Adicionalmente, el fluoropolímero es incompatible con los encapsulantes basados en poliolefina generalmente usados. Por tanto, se observa un deslaminado de la película protectora del encapsulante, que provoca la infiltración de oxígeno o de agua en el módulo y su envejecimiento prematuro.

Además, para fabricar la película protectora es necesario usar un proceso que implica varias etapas de laminado de las diversas capas de la película, lo que complica su fabricación.

Otras películas de tres capas compuestas de copolímero de etileno y acetato de vinilo (EVA) /poliéster/ fluoropolímero se usan comúnmente como barreras. La capa de EVA hace posible obtener una mejor adhesión del encapsulante a la película protectora.

Sin embargo, esta solución no es completamente satisfactoria puesto que la adhesión entre el EVA y el poliéster es pobre, lo que requiere la presencia de adhesivo entre estas capas. Adicionalmente, durante el uso del módulo 65 fotovoltaico, se observa también un deslaminado de las diversas capas de la película protectora con el tiempo, que puede conducir al envejecimiento prematuro del módulo. Además, el proceso de fabricación de esta película multicapa permanece idéntico al de la película de tres capas de fluoropolímero/poliéster/fluoropolímero y el laminado de las diversas capas es obligatorio.

Cabe mencionar el documento US 2005/0268961, que describe una célula fotovoltaica protegida por una película que comprende dos capas de fluoropolímero sucesivas, una que tiene un punto de fusión por encima de 135 ºC, y otra que tiene un punto de fusión por debajo de 135 ºC. Esta película puede usarse como una barrera protectora del módulo fotovoltaico. Sin embargo, los módulos fotovoltaicos descritos en este documento no pueden comprender los encapsulantes basados en poliolefina usados convencionalmente.

Cabe mencionar la solicitud WO 2007/011580, que describe películas basadas en poliéster para la protección trasera del módulo fotovoltaico, teniendo este poliéster una buena resistencia a la humedad y a los rayos UV. Puede unirse una capa de PVF a la película de poliéster.

Este documento no describe la fabricación de una película protectora que tenga buena adhesión a los encapsulantes basados en poliolefinas convencionales. Además, cuando la película es una película multicapa, es necesario usar adhesivos para unir las diversas capas a la película.

Además, en la patente US 5 741 370 se describe una película de barrera protectora que comprende una combinación de dos ionómeros que tienen buenas propiedades de barrera. El coste de fabricación de esta película protectora es menor que el de aquellas basadas en un fluoropolímero. Además, esta película protectora presenta muy buena adhesión a los encapsulantes basados en ionómero. Sin embargo, para fabricar módulos fotovoltaicos, el laminado de las diversas capas se realiza a una temperatura que puede ser de aproximadamente 120 ºC. A esta temperatura, la combinación de ionómeros tiene una estabilidad termomecánicamente insuficiente, que impide que se fabrique un módulo fotovoltaico de alta calidad.

El documento WO 2008/019229A se refiere a un módulo fotovoltaico para capturar y usar radiación solar que tiene, como un vidriado transparente, un componente estructural termoplástico cubierto por una capa fina de fluoruro de polivinilideno (PVDF) . Los polímeros injertados con poliamida que comprenden una estructura básica de poliolefina no se mencionan en este documento.

El documento US 2003/199635 A1 desvela un copolímero de bloques de poliamida que consiste en una cadena de poliolefina básica e injertos de poliamida que se fijan a la cadena básica mediante los radicales de un monómero insaturado (X) , es decir, un copolímero tal cual se usa en la presente invención. Se analiza la organización del copolímero de injerto de bloques de poliamida y su combinación con una poliolefina. El copolímero se usa como un adhesivo, para tarpaulinas o geomembranas, cables de corriente, cables de telecomunicaciones y en el proceso de moldeo por colada. El documento US 2003/199635 A1 no menciona módulos fotovoltaicos y encapsulantes ni las diferentes películas a usar en tales módulos fotovoltaicos.

El documento US 2008/0041442 A1 se refiere a un módulo fotovoltaico que comprende los elementos típicos de un módulo fotovoltaico, incluyendo una capa de encapsulación y una capa de barrera. La capa de encapsulante puede consistir en un copolímero de etileno, por ejemplo, en combinación con etileno y acetato de vinilo. En el documento US 2008/0041442 A1 no se mencionan polímeros injertados con poliamida que comprenden una estructura básica de poliolefina.... [Seguir leyendo]

1. Módulo fotovoltaico (20) , que comprende:

-una o más células fotovoltaicas (12; 10) incrustadas en un encapsulante (22) , -una capa protectora superior (24) , y -una película de barrera protectora (26) ,

caracterizado por que la película de barrera protectora (26) es una película que comprende al menos una capa de una composición que comprende al menos un polímero injertado con poliamida, donde el polímero injertado con poliamida comprende una estructura básica de poliolefina que contiene un resto de al menos un monómero insaturado (X) y al menos un injerto de poliamida, en el que:

■ el resto de monómero insaturado (X) se fija a la estructura básica mediante injerto o copolimerización;

■ el resto de monómero insaturado (X) comprende un grupo funcional capaz de reaccionar mediante una reacción de condensación con una poliamida que tiene al menos un grupo terminal amina y/o al menos un grupo terminal ácido carboxílico;

■ el injerto de poliamida se fija a la estructura básica de la poliolefina mediante el resto de monómero insaturado (X) ;

■ el injerto de poliamida comprende al menos una amina y/o un grupo funcional ácido carboxílico;

■ un grupo funcional amina o ácido del injerto de poliamida que ha reaccionado mediante una reacción de condensación con el resto (X) ;

los polímeros injertados con poliamida que comprenden, respecto a su peso total: 25

■ del 40 al 95% en peso de la estructura básica de poliolefina que comprende el monómero insaturado (X) , y

■ del 5 al 60% en peso de injertos de poliamida, y el punto de fusión o la temperatura de transición vítrea de los injertos de poliamida son mayores que o iguales a 85 ºC.

2. Módulo fotovoltaico (20) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el monómero insaturado (X) comprende un grupo funcional anhídrido de ácido.

3. Módulo fotovoltaico (20) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que al menos algunos de los 35 injertos de poliamida son aminas primarias monofuncionalizadas.

4. Módulo fotovoltaico (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el polímero injertado con poliamida comprende del 20 al 40% en peso de injertos de poliamida, basado en su peso total.

5. Módulo fotovoltaico (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el punto de fusión de los injertos de poliamida está dentro del intervalo de 140 a 350 ºC.

6. Módulo fotovoltaico (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el peso

molecular promedio en número de los injertos de poliamida está dentro del intervalo de 1000 a 5000 g/mol, preferentemente dentro del intervalo de 2000 a 3000 g/mol.

7. Módulo fotovoltaico (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el número de monómeros insaturados (X) fijado a la estructura básica de la poliolefina es mayor que o igual a 1, 3 y menor que o igual a 10.

8. Módulo fotovoltaico (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la estructura básica de poliolefina es un copolímero que comprende un monómero insaturado (X) .

9. Módulo fotovoltaico (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la estructura básica de la poliolefina es un copolímero de etileno/ (met) acrilato de alquilo que comprende un monómero insaturado (X) .

10. Módulo fotovoltaico (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que el polímero injertado con poliamida tiene una organización nanoestructurada.

11. Módulo fotovoltaico (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que comprende una combinación de polímero injertado con poliamida.

13. Módulo fotovoltaico (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que la composición comprende adicionalmente un polímero complementario seleccionado entre poliolefinas y poliamidas, que es diferente de la estructura básica de poliolefina y del injerto de poliamida.

14. Módulo fotovoltaico (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque la composición comprende al menos un 50% en peso de polímero injertado con poliamida.

12. Módulo fotovoltaico (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que la composición está nanoestructurada.

15. Módulo fotovoltaico (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que la película de barrera protectora (26) es una película multicapa que comprende al menos una capa de la composición. 10

16. Módulo fotovoltaico (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por que la película de barrera protectora (26) está en contacto directo con el encapsulante (22) que comprende una poliolefina.

17. Proceso de fabricación de un módulo fotovoltaico (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16,

que comprende una etapa de montaje de las diversas capas (22, 24, 26) que constituyen el módulo, siendo al menos una de estas capas una película de barrera protectora (26) como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16.

18. Uso de un módulo fotovoltaico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16 bajo una fuente de 20 radiación para producir electricidad.