BRPI0613651A2 - processo para produção de laminados resistentes ao tempo para a encapsulação de sistemas de células solares - Google Patents
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Abstract
PROCESSO PARA PRODUçãO DE LAMINADOS RESISTENTES AO TEMPO PARA A ENCAPSULAçãO DE SISTEMAS DE CéLULAS SOLARES. A presente invenção refere-se a um processo para produção de laminados resistentes ao tempo (1,1<39>) para a encapsulação de sistemas de células solares (7). O processo de acordo com a invenção é assim caracterizado pelo fato de que pelo menos uma camada plástica resistente ao tempo (2, 2<39>) é aplicada ao material portador (4, 4<39>). O processo de revestimento de acordo com a invenção mostra a vantagem de que produtos de partida relativamente caros, que usualmente são usados na forma de filmes, podem ter sua espessura e quantidade reduzidos. Devido ao ajuste controlável, de acordo com a invenção, da espessura da camada resistente ao tempo (2,2<39>), é fornecido um número considerável de aplicações dos laminados que são produzidos de acordo com a invenção, em particular os referentes a módulos fotovoltaicos acabados. Estas aplicações vão desde pequenas unidades de energia para telefones de emergência ou trailers a telhados e sistemas de fachada de grande área, além de grandes unidades e plantas de energia solar.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOPARA PRODUÇÃO DE LAMINADOS RESISTENTES AO TEMPO PARA AENCAPSULAÇÃO DE SISTEMAS DE CÉLULAS SOLARES".
A presente invenção refere-se a um processo para produção delaminados resistentes ao tempo para a encapsulação de sistemas de célulassolares, bem como seu uso para produção de módulos fotovoltaicos.
Módulos fotovoltaicos são usados para a produção de energiaelétrica a partir da luz solar e consistem de um laminado, que contém umsistema de células solares, como, por exemplo, células solares de silíciocomo camada núcleo. Esta camada núcleo é envolvida com materiais deencapsulação para assegurar proteção contra efeitos mecânicos e induzidospelas condições de tempo. Estes materiais podem consistir em uma ou maiscamadas que são feitas de vidro e/ou filmes plásticos e/ou laminados plásticos.
Processos para a produção de laminados de filme resistentes aotempo para a encapsulação de células fotovoltaicas são conhecidos em WO-A94/29106, WO-A-01/67523 bem como WO-A-00/02257. Nestes módulos, osistema de célula solar é protegido não só contra dano mecânico, mas tam-bém contra vapor d'água e, em particular, também contra efeitos do tempo.
Assim, no material de encapsulação, são usados, principalmente plásticosresistentes ao tempo, como filmes que são feitos de fluoropolímeros.
Estes filmes de fluoropolímeros são produzidos em um processoseparado, por exemplo por extrusão ou moldagem em filme. Estes proces-sos, no entanto, são caros e gastam muita energia.
Além disso, a produção de filmes de fluoropolímeros, com baseem sua resistência a tração limitada, só é possível em certas espessurasmínimas. A invenção pretende corrigir isso.
É, portanto, o objetivo desta invenção indicar um processo dotipo mencionado acima, com o qual laminados resistentes ao tempo possamtambém ser produzidos em espessuras de camada pequenas que seja eco-nômico com relação a energia e custos. Além disso, apesar das pequenasespessuras de camada, deve se obtida uma resistência ao tempo satisfatóriapara uso externo.
De acordo com a invenção, é proposto um processo para produ-ção de laminados resistentes ao tempo para encapsulação de sistemas decélulas solares, que é caracterizado pelo fato de que pelo menos uma ca-mada plástica resistente ao tempo é aplicada a um material portador.
Modalidades vantajosas do processo de acordo com a invençãosão descritos nas reivindicações abaixo.
Além disso, a invenção refere-se ao uso de pelo menos dois la-minados que são fabricados de acordo com o processo da invenção para aprodução de um módulo fotovoltaico, em que o sistema de células solares éaplicado a um dos laminados. Este processo de laminação pode ser realiza-do continuamente ou em batelada.
A invenção é explicada em maiores detalhes abaixo, com baseem representações de exemplo - vide figuras 1 a 4 - bem como meios possí-veis de implementação.
A figura 1 mostra a estrutura exemplar de um módulo fotovoltai-co 18 com o material de encapsulação 1,1', que é produzido pelo processode acordo com a invenção. O material de encapsulação 1,1' consiste es-sencialmente de uma camada resistente ao tempo 2, 2' e um material porta-dor 4, 4', que se une pela camada de adesão 5, 5' à camada de selagem 6,6' do sistema de célula solar 7.
A figura 2 mostra a estrutura exemplar de um material de encap-sulação 1 como indicado na figura 1, em que uma camada de óxido 8, de-positada a partir da fase vapor, é fornecida para melhorar adicionalmente aspropriedades de exposição ao tempo.
A figura 3 mostra um dispositivo possível para aplicação de umacamada resistente ao tempo 2,2' a partir de uma solução polimérica.
A figura 4 mostra um dispositivo de laminação possível para aprodução de um pré-compósito 17 para um módulo fotovoltaico.
Para a produção de um material de encapsulação 1 de acordocom a figura 1 ou figura 2, uma camada resistente ao tempo 2,2' e uma ca-mada de adesão 5,5' são aplicadas em uma primeira etapa de processo aomaterial portador 4,4'.
Os exemplos a) a d) reproduzem possíveis variantes para a se-leção dos componentes das respectivas camadas:
EXEMPLO A) :
Camada resistente ao tempo 2, 2': fluoropolímeros ou fluoroco-polímeros seletivamente solúveis, acrilatos, poliuretanos, silicones e suasmisturas para revestimento direto nos materiais portadores 4, 4 1;
Camada adesiva 3, 3': poliuretano, poliéster;
Material portador 4, 4': tereftalato de polietileno (PET)1 naftenatode polietileno (PEN), copolímero etileno-tetrafluoroetileno (ETFE) bem comoco-extrudados dos mesmos, na forma de filmes ou laminados, folhas de a-lumínio em várias espessuras;
Camada de adesão 5, 5': poliuretano, poliacrilato ou camada defluoropolímero com superfície tratada;
Camada de selagem 6, 6': acetato de vinil etileno (EVA), polivinilbutiral (PVB) , ionômeros, poli (metacrilato de metila) (PMMA) , poliuretano,poliéster ou termofusível.
EXEMPLO B) :
Camada resistente ao tempo 2, 2': fluoropolímeros ou fluorocopo-límeros seletivamente solúveis, acrilatos, poliuretanos, silicones e suas mistu-ras para revestimento direto nos materiais portadores pré-tratados 4, 4';
Material portador 4, 4': tereftalato de polietileno (PET), naftenatode polietileno (PEN), copolímero etileno-tetrafluoroetileno (ETFE) bem comoco-extrudados dos mesmos, na forma de filmes ou laminados, folhas de a-lumínio em várias espessuras;
Camada de adesão 5, 5': poliuretano, poliacrilato ou camada defluoropolímero com superfície tratada;
Camada de selagem 6, 6': acetato de vinil etileno (EVA), polivi-nil butiral (PVB) , ionômeros, polimetacrilato de metila (PMMA) , poliuretano,poliéster ou termofusível.
EXEMPLO C) :
Camada resistente ao tempo 2, 2': fluoropolímeros ou fluoroco-polímeros seletivamente solúveis / dispersíveis com um ponto de fusão abai-xo da temperatura de laminação para revestimento direto nos materiais por-tadores 4, 4 1;
Camada adesiva : poliuretano, poliéster;
Material portador 4, 4': tereftaiato de polietileno (PET), naftenatode polietileno (PEN) , copolímero etileno - tetrafluoroetileno (ETFE) bem co-mo co-extrudados dos mesmos na forma de filmes ou laminados, folhas dealumínio em várias espessuras;
Camada de adesão 5, 5': poliuretano, poliacrilato ou camada defluoropolímero com superfície tratada;
Camada de selagem 6, 6': acetato de vinil etileno (EVA)1 polivinilbutiral (PVB) , ionômeros, polimetacrilato de metila (PMMA) , poliuretano,poliéster ou termofusível.
EXEMPLO D) :
Camada resistente ao tempo 2, 2': fluoropolímeros ou fluoroco-polímeros seletivamente solúveis / dispersíveis com um ponto de fusão abai-xo da temperatura de laminação para revestimento direto em um materialportador pré-tratado 4a, 4a ';
Material portador 4, 4': tereftaiato de polietileno (PET), naftenatode polietileno (PEN) , copolímero etileno - tetrafluoroetileno (ETFE) bem co-mo co-extrudados dos mesmos na forma de filmes ou laminados, folhas dealumínio em várias espessuras;
Camada de adesão 5, 5': poliuretano, poliacrilato ou camada defluoropolímero com superfície tratada;
Camada de selagem 6, 6': acetato de vinil etileno (EVA), polivinilbutiral (PVB) , ionômeros, polimetacrilato de metila (PMMA) , poliuretano,poliéster ou termofusível.
Um material portador 4, 4', que é selecionado de acordo com osexemplos a) a d) é fornecido com uma camada resistente ao tempo 2, 2'. Ospolímeros para a produção da camada resistente ao tempo 2, 2' são selecio-nados de acordo com os exemplos a) a d). Se, neste caso, como citado nosexemplos c) e d) for usado primariamente um fluoropolímero ou flúor-copolímero como camada resistente ao tempo, será produzido um filme uni-forme em sua constituição química. Se, no entanto, polímeros quimicamentediferentes , como citado nos exemplos a) e b) forem usados, também serápossível empregar misturas de polímeros para obtenção da camada resis-tente ao tempo 2, 2'. Neste caso, as matérias-primas poliméricas usadas sãovariadas em suas proporções de modo que as propriedades físicas e/ouquímicas da camada acabada resistente ao tempo 2, 2' possa ser modifica-da ou otimizada de qualquer maneira desejável.
Para aumentar a resistência ao tempo e também para aumentara ligação de camadas compósitas adjacentes, o material portador pode serpré-tratado antes do revestimento com a camada resistente ao tempo 2, 2'.
O pré-tratamento pode ser feito, por um lado, por aplicação de um adesivoadicional, bem como, por outro lado, por aplicação de uma camada de oxidoinorgânico, preferivelmente uma camada de oxido de silício, que é deposita-da a partir da fase vapor. Além disso, é possível, como mostrado na figura 3,realizar o pré-tratamento do material portador 4, 4' através de um meio físicono sistema 10. Em seguida o material portador 4, 4' é alimentado para reves-tir uma cabeça de revestimento 11 na qual estão presentes, em forma dis-solvida ou dispersa, os plásticos resistentes ao tempo. Como solvente , sãousados solventes orgânicos isentos de halogênio por razões ambientais e dedescarte. Além disso, a solução ou dispersão pode conter corantes.
Durante o revestimento foi verificada a vantagem do uso de dis-persões, já que durante a produção de uma dispersão os montantes de sol-vente podem ser significativamente reduzidos. Por exemplo, um fluoropolí-mero é dissolvido a 40 - 100°C e em uma velocidade de agitação de pelomenos 2800 rpm por meio de um agitador ou dissolvedor intensivo sob reflu-xo em 2-butanona. Várias cargas ou corantes, como dióxido de titânio ounegro-de-fumo, podem ser adicionados à solução até uma proporção de 35% com relação ao fIuoropolímero que é usado, de modo que seja formadauma dispersão. Esta é aplicada por meio de uma máquina de revestimento11 ao material portador 4, 4', por exemplo um filme PET pré-tratado. A es-pessura de camada da camada resistente ao tempo 2,2', que fica na faixa de5 a 50 μηι, por exemplo, é controlada ajustando a abertura entre cilindro namáquina de revestimento 11.0 material 4, 4' assim revestido é, então, ali-mentado por meio de cilindros defletores a um secador 12, no qual o solven-te que é usado é evaporado em temperaturas entre 80°C e 180°. Ajustes dear de exaustão e temperatura no secador são selecionados de tal forma queum revestimento seco sem bolhas é produzido. O teor de solvente residualde 0,3 - 0,6 % é usado como critério para o ajuste específico de temperatura.
Além disso, o material portador 4,4' que é fornecido com a ca-mada 2, 2' é alimentado por meio do cilindro defletor 9b ao rolo de estoca-gem 13 sendo enrolado no mesmo.
Em uma etapa adicional do processo o material portador providode uma camada resistente ao tempo 2,2' de um lado, pode, agora, ser reves-tido com a camada de adesão 5,5' no outro lado ainda sem revestimento.
Isto é realizado com o uso do sistema que é mostrado na figura 3, em quepoliuretanos, bem como fluoropolímeros são usados como materiais de par-tida. Após o revestimento, os fluoropolímeros podem ter sua superfície quí-mica ou fisicamente tratada.
Para a produção do material de encapsulação 1,1', como mos-trado na figurai, o rolo é agora cortado no comprimento em processo de ba-telada, e ligado em processos de laminação convencionais à camada de se-Iagem 6, que pode ser selecionada de acordo com os exemplos a) a d).
Um compósito das camadas 2, 4, 5 e 6 ou 2', 4', 5' e 6' é adicio-nado pelo processo de laminação , mas o endurecimento posterior dos plás-ticos que são usados no compósito é realizado no acabamento do módulofotovoltaico 17, o que pode ser feito como mostrado na Fig 4, por exemplo,por um processo denominado rolo a rolo.
Neste caso, por exemplo, o sistema de célula solar 7, consistin-do em tipos de células solares flexíveis, é aplicado no material de encapsu-lação 1'. Outra camada de material de encapsulação 1 é removida do rolo deestocagem oposto e alimentada ao sistema de célula solar 7. Neste caso, asmantas de material que são retiradas do rolo de estocagem 9 ou 9a são ali-mentadas em cada caso a uma estação de aquecimento 14 ou 14 a, em queos materiais de encapsulação 1,1' são aquecidos, pelo menos até a tempe-ratura de amolecimento da camada de selagem 6,6'. Em resultado disso, aestrutura do compósito entre as camadas 1,1', por um lado, e o sistema decélula solar 7, por outro lado, é assegurada, na abertura do Iaminador daestação de calandragem 15. Para conseguir o endurecimento deste compó-sito e a reticulação completa dos polímeros usados nos materiais de encap-sulação, o pré-compósito é alimentado a uma estação de aquecimento 16. Ocompósito 17 para um módulo fotovoltaico pode ser armazenado no rolo deestocagem 9b e pode ser removido do último de maneira adequada.
Sistemas de material relativamente finos, em particular com re-lação à camada resistente ao tempo 2,2', podem ser obtidos pelo processode revestimento de acordo com a invenção em um módulo fotovoltaico 18,cuja estrutura de camada é mostrada na figura 1.
Isto tem a vantagem de que com a remoção dos módulos foto-voltaicos, a proporção de polímeros contendo flúor pode ser reduzida emcomparação com superestruturas de módulos comercialmente disponíveis.
Além disso, é possível dentro do escopo do processo de acordocom a invenção produzir não só um filme polimérico quimicamente uniformepara o revestimento 2, 2', mas também preparar uma mistura que consisteem várias matérias-primas poliméricas de proporções variadas. Como é co-nhecido da técnica anterior, o uso de filmes poliméricos foi essencialmentelimitado a um tipo de polímero. De acordo com a invenção, entretanto, umamistura pode ser preparada para a camada resistente ao tempo 2, 2' , naqual propriedades físicas e/ou químicas do revestimento acabado 2, 2' po-dem ser modificadas e otimizadas de qualquer forma desejada pela seleçãoe montantes das matérias-primas poliméricas que são usadas.
Independentemente disso, a produção é econômica no proces-so, já que a espessura da camada resistente ao tempo 2, 2' é reduzida, eassim os montantes de fluoropolímeros relativamente caros podem ser redu-zidos. O processo pode ser realizado insitu, o que essencialmente facilita aexecução do processo. Por seleção dos polímeros e solventes que são usa-dos, faixas de temperatura, que vantajosamente ficam entre 80 e 180QC, sãoajustadas de modo que uma implementação do processo econômica em e-nergia se torna também possível.
Adicionalmente, dependendo da finalidade, a espessura da ca-mada resistente ao tempo 2, 2' pode ser ajustada. Com o ajuste da espessu-ra de camada, um grande número de aplicações do módulo fotovoltaico épossível com o uso de materiais de encapsulação que são produzidos deacordo com a invenção, e as referidas aplicações ficam na faixa de peque-nas unidades de energia para telefones de emergência ou trailer até siste-mas de telhados e de fachada de grande área e também grandes unidades eplantas de energia solar.
Claims (23)
1. Processo para a produção de laminados resistentes ao tempo(1, 1') para encapsulação de sistemas de células solares (7), em que pelomenos uma camada plástica resistente ao tempo (2, 2') é aplicada em ummaterial portador (4, 4').
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que os plásti-cos resistentes ao tempo são selecionados no grupo de fluoropolímeros oufluorocopolímeros seletivamente solúveis, acrilatos, poliuretanos, silicones esuas misturas.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que osplásticos resistentes ao tempo que consistem de uma solução e/ou disper-são são aplicados no material portador (4, 4').
4. Processo de acordo com a reivindicação 3, em que a soluçãoou dispersão contém corantes.
5. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, emque a temperatura de processo é ajustada em uma faixa entre 80 e 180 sC.
6. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, emque os plásticos resistentes ao tempo são aplicados em uma espessura decamada de 5 a 50 μιτι.
7. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, emque a camada resistente ao tempo (2, 2') é transparente na faixa de compri-mentos de onda de luz visível e na faixa de comprimentos de onda de UVpróximo para raios de luz.
8. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, emque o material portador (4, 4') é selecionado no grupo de tereftalato de polie-tileno (PET), naftenato de polietileno (PEN) , copolímero etileno-tetrafluoroetileno (ETFE) bem como co-extrudados dos mesmos.
9. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, emque o material portador (4, 4') é uma folha de alumínio.
10. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, emque o material portador (4, 4') é fisica ou quimicamente pré-tratado antes dorevestimento.
11. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 10, emque uma camada de óxido inorgânico que é depositada a partir da fase va-por é aplicada ao material portador (4, 4').
12. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 10, emque um adesivo é aplicado ao material portador (4, 4').
13. Processo de acordo com a reivindicação 12, em que um a -desivo de poliuretano ou poliéster é usado como adesivo.
14. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 13, emque uma camada de adesão (5, 5') é aplicada no lado não revestido do ma·terial portador (4,4').
15. Processo de acordo com a reivindicação 14, em que a ca-mada de adesão (5, 5') é preparada por um sistema de primeira camada(primer), uma camada de fluoropolímero / fluoro-copolímero com tratamentode superfície ou uma camada de poliuretano ou poliacrilato.
16. Processo de acordo com a reivindicação 14 ou 15, em queuma camada de selagem (6, 6') é aplicada adjacente à camada de adesão(5,5').
17. Processo de acordo com a reivindicação 16, em que a ca-mada de selagem (6,6') é formada do grupo de etileno de vinil acetato (E-VA), polivinil butiral (PVB) , ionômeros, polimetacrilato de metila (PMMA) ,poliuretano, poliéster ou polímeros termofusíveis.
18. Uso de pelo menos dois laminados (1,1') , produzidos de a-cordo com uma das reivindicações 1 a 17, para a produção de um módulofotovoltaico (17), onde o sistema de célula solar (7) é aplicado em um doslaminados (1, Ι').
19. Uso de acordo com a reivindicação 18, em que a produçãodo módulo fotovoltaico (18) é realizado por um processo de laminação contí-nuo, no qual um pré-compósito (17) para o módulo fotovoltaico (18) é produzido.
20. Uso de acordo com a reivindicação 19, em que para a pro-dução do pré-compósito (17) é usado um tipo de célula solar mais flexível.
21. Uso de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelofato que a produção do módulo fotovoltaico (17) é realizado por um processoem batelada.
22. Uso de acordo com uma das reivindicações 18 a 21, em quecomo sistema de célula solar (7) é usado um que consiste de células solaresde silício.
23. Uso de uma dispersão, produzida de acordo com a reivindi-cação 3 para reparar lados de trás de um módulo fotovoltaico .
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