KR20080036001A - 솔라 셀 시스템의 캡슐화를 위한 내 기후성 적층물의제조를 위한 공정 - Google Patents
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Abstract
발명은 솔라 셀 시스템들(7)의 캡슐화를 위한 내 기후성 적층물들(1,1')의 제조를 위한 공정에 관한 것이다. 이에 따라, 발명에 따른 공정은 적어도 한 내 기후성 플라스틱 층(2,2')이 캐리어 물질(4,4') 상에 도포되는 것을 특징으로 한다. 발명에 따른 코팅 공정은 통상 막들의 형태로 사용되는 비교적 고가의 출발 제품들이 이들의 두께 및 사용되는 이들의 량들이 감소될 수 있는 잇점을 보여준다. 발명에 따라, 내 기후성 층(2,2')의 층 두께의 제어가능한 조정 때문에, 특히 완성된 광전지 모듈들에 관련하여, 발명에 따라 제조된 적층물들의 상당수의 애플리케이션들이 제공된다. 이들 애플리케이션들은 긴급 전화들 혹은 야영자들용의 소 에너지 장치들부터 대 면적 지붕 및 정면 시스템들과 또한 대형 장치들 및 솔라 파워 설비들의 범위에 이른다.
Description
발명은 솔라 셀 시스템들의 캡슐화를 위한 내 기후성(weather-resistant) 적층물들의 제조 공정 및 광전지 모듈들의 제조에 그들의 사용에 관한 것이다.
광전지 모듈들은 태양 광으로부터 전력의 생성에 사용되며 코어 층으로서 예를 들면 규소 솔라 셀들과 같은 솔라 셀 시스템을 내포하는 적층물로 구성된다. 이 코어 층은 기계적 및 날씨에 의해 유발되는 영향들에 대해 확실하게 보호하기 위해 캡슐화 물질들로 외장된다. 이들 물질들은 유리 및/또는 플라스틱 막들 및/또는 플라스틱 적층물들로 만들어지는 하나 이상의 층들로 구성될 수 있다.
광전지 셀들의 캡슐화를 위한 내 기후성 막 적층물들의 제조를 위한 공정들은 WO-A-94/29106, WO-A-01/67523 및 WO-A-00/02257로부터 공지되어 있다. 이들 모듈들에서, 솔라 셀 시스템은 기계적 손상에 대해서 뿐만 아니라, 수증기 및 특히 날씨의 영향들에 대해서도 보호된다. 그러므로, 캡슐화 물질에 있어서는 플루오로폴리머들로 만들어지는 막들과 같은 주로 내 기후성 플라스틱들이 사용된다.
이들 플루오로폴리머 막들은, 예를 들면, 압출 혹은 막-캐스팅에 의해, 별도 의 공정으로 제조된다. 그러나, 이들 공정들은 에너지 집약적이며 비용이 많이 든다.
또한, 플루오로폴리머 막들의 한정된 장력에 기반을 둔 이들 플루오로폴리머 막들의 제조는 어떤 최소의 두께들로만 가능하다.
여기서, 발명은 이를 해결하려는 것이다.
그러므로, 발명의 목적은 에너지 및 비용들에 관하여 경제적인 작은 층 두께들로 내 기후성 적층물들이 제조될 수 있게 하는 위에 언급된 유형의 공정을 제공하는 것이다. 또한, 작은 층 두께들에도 불구하고, 옥외 사용에 있어 만족스러운 내 기후성이 달성된다.
발명에 따라서, 적어도 한 내 기후성 플라스틱 층이 캐리어 물질 상에 도포되는 것을 특징으로 하는, 솔라 셀 시스템들의 캡슐화를 위한 내 기후성 적층물들의 제조를 위한 공정이 제안된다.
발명에 따른 공정의 잇점이 있는 실시예들은 종속항들에 개시된다.
또한, 발명은 광전지 모듈의 제조를 위해 발명의 공정에 따라 제조되어 이에 의해서 솔라 셀 시스템이 적층물들 중 한 적층물 상에 도포되는, 적어도 2개의 적층물들에 관한 것이다. 이 적층 공정은 연속하여 혹은 배치들(batch)로 진행될 수 있다.
발명은 가능한 구현수단뿐만 아니라 표현들 -도 1 내지 도 4 참조- 에 기초하여 보다 상세히 설명된다.
도 1은 발명에 따른 공정에 의해 제조된 캡슐화 물질(1,1')을 구비한 광전지 모듈(18)의 설계를 도시한 것이다. 캡슐화 물질(1,1')은 근본적으로 내 기후성 층(2,2') 및 캐리어 물질(4,4')로 구성되고, 이 위에 접착층(5,5')은 접착제로서 솔라 셀 시스템(7)을 위한 시일링 층(6,6')에 인접한다.
도 2는 기상(vapor phase)으로부터 피착되는 산화물층(8)이 웨더링(weathering) 특성들을 더 향상시키기 위해 제공되는 도 1에 도시된 바와 같은 캡슐화 물질(1)의 설계를 도시한 것이다.
도 3은 폴리머 용액으로 만들어지는 내 기후성 층(2,2')을 도포하기 위한 가능한 장치를 도시한 것이다.
도 4는 광전지 모듈을 위한 사전 복합물(17)의 제조를 위한 가능한 적층장치를 도시한 것이다.
도 1 혹은 도 2에 따른 캡슐화 물질(1)의 제조에 있어서, 제1 공정 단계에서 캐리어 물질(4,4')에 내 기후성 층(2,2') 및 접착층(5,5')이 도포된다.
예들 a) 내지 d)는 각각의 층들 내 성분들의 선택을 위한 가능한 변형예들이 있을 수 있다.
예 a):
내 기후성 층(2,2'): 캐리어 물질들(4,4') 상에 직접 코팅하기 위한 선택적 으로 용해가능한 플루오로폴리머들 혹은 플루오로-코폴리머들, 아크릴레이트들, 폴리우레탄들, 실리콘들(silicones), 및 이들의 혼합물들;
접착층(3,3'): 폴리우레탄, 폴리에스터;
캐리어 물질(4,4'): 폴리우레탄 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프테네이트(PEN), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 코폴리머(ETFE), 및 이들로부터 막들 혹은 적층물들 형태의 공동-압출성형물들(co-extrudate), 다양한 두께들의 알루미늄 포일들;
접착층(5,5'): 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트 혹은 표면처리된 플루오로폴리머층;
시일링 층(6,6'): 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 이오노머들, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리우레탄, 폴리에스터 혹은 핫 멜트(hot melt).
예 b):
내 기후성 층(2,2'): 전처리된 캐리어 물질들(4,4') 상에 직접 코팅하기 위한 선택적으로 용해가능한 플루오로폴리머들 혹은 플루오로-코폴리머들, 아크릴레이트들, 폴리우레탄들, 실리콘들(silicones), 및 이들의 혼합물들;
캐리어 물질(4,4'): 폴리우레탄 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프테네이트(PEN), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 코폴리머(ETFE), 및 이들로부터 막들 혹은 적층물들 형태의 공동-압출성형물들, 다양한 두께들의 알루미늄 포일들;
접착층(5,5'): 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트 혹은 표면처리된 플루오로폴리머 층;
시일링 층(6,6'): 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 이오노머들, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리우레탄, 폴리에스터 혹은 핫 멜트.
예 c):
내 기후성 층(2,2'): 캐리어 물질들(4,4') 상에 직접 코팅하기 위한 것으로 융점이 적층 온도 미만인 선택적으로 용해가능/분산가능한 플루오로폴리머들 혹은 플루오로-코폴리머들;
접착층: 폴리우레탄, 폴리에스터;
캐리어 물질(4,4'): 폴리우레탄 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프테네이트(PEN), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 코폴리머(ETFE), 및 이들로부터 막들 혹은 적층물들 형태의 공동-압출성형물들, 다양한 두께들의 알루미늄 포일들;
접착층(5,5'): 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트 혹은 표면처리된 플루오로폴리머 층;
시일링 층(6,6'): 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 이오노머들, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리우레탄, 폴리에스터 혹은 핫 멜트.
예 d):
내 기후성 층(2,2'): 전처리된 캐리어 물질들(4a,4a') 상에 직접 처리를 위 한 것으로 융점이 적층 온도 미만인 선택적으로 용해가능/분산가능한 플루오로폴리머들 혹은 플루오로-코폴리머들;
캐리어 물질(4a, 4a'): 폴리우레탄 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프테네이트(PEN), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 코폴리머(ETFE), 및 이들로부터 막들 혹은 적층물들 형태의 공동-압출성형물들, 다양한 두께들의 알루미늄 포일들;
접착층(5,5'): 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트 혹은 표면처리된 플루오로폴리머 층;
시일링 층(6,6'): 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 이오노머들, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리우레탄, 폴리에스터 혹은 핫 멜트.
예들 a) 내지 (d)에 따라 선택되는 캐리어 물질(4,4')은 내 기후성 층(2,2')을 구비한다. 내 기후성 층(2,2')의 제조를 위한 폴리머들은 예들 a) 내지 d)에 따라 선택된다. 이 경우에, 예들 c) 및 d)에 인용된 바와 같이, 내 기후성 층으로서 주로 플루오로폴리머 혹은 플루오로-코폴리머가 사용된다면, 이에 따라 화학적 구성이 균일한 막이 제조된다. 그러나, 예들 a) 및 b)에 인용된 바와 같이 화학적으로 서로 다른 폴리머들이 사용된다면, 내 기후성 층(2,2')용으로 폴리머 혼합물들을 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 사용되는 폴리머 원(raw) 물질들은 완성된 내 기후성 층(2,2')의 물리적 및/또는 화학적 특성들이, 요망되는 임의의 방법으로 수정되거나 최적화될 수 있게 그들의 비들이 가변된다.
내 기후성을 증가시키고 또한 인접한 복합물 층들의 본딩을 증가시키기 위해 서, 캐리어 물질은 내 기후성 층(2,2')으로 코팅하기 전에 전처리될 수 있다. 전처리는 한편으로는 추가의 접착제 도포에 의해 행해질 수 있고, 뿐만 아니라, 다른 한편으로는, 무기 산화물층, 바람직하게는 기상(vapor phase)으로부터 피착되는 이산화규소층의 도포에 의해 행해질 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 시스템(10)에서 물리적 매개물들에 의해 캐리어 물질(4,4')의 전처리를 수행하는 것이 가능하다. 이어서, 캐리어 물질(4,4')이 코팅 헤드(11)를 코팅하기 위해 공급되는데, 여기서 내 기후성 플라스틱들은 용해된 혹은 분산된 형태로 있다. 용매들로서는 환경 및 처분의 이유로 할로겐이 없는 유기 용매들이 사용된다. 또한, 용액 혹은 분산체는 염료들을 가질 수 있다.
또한, 코팅 동안에, 분산체의 제조동안, 용매의 량이 현저하게 감소될 수 있기 때문에, 분산체들을 사용하는 것이 잇점이 있음이 알려졌다. 예를 들면, 플루오로폴리머는 40-100℃에서 그리고 2-부타논 내 환류 하에 강한 교반기 혹은 용해기에 의해 적어도 2800 rpm의 교반 속도에서 용해된다. 이산화티탄 혹은 카본블랙과 같은 다양한 충전재들 혹은 염료들은 분산체가 형성되도록, 사용되는 플루오로폴리머에 관하여 35%의 비율까지 용액에 첨가될 수 있다. 후자는 코팅기(11)를 통해 캐리어 물질(4,4'), 예를 들면 전처리된 PET 막에 도포된다. 예를 들면 5 내지 50㎛ 범위에 놓인 내 기후성 층(2,2')의 층 두께는 코팅기(11) 내 롤 갭을 조정함으로써 제어된다. 이와 같이 하여 코팅된 물질(4,4')은 이어서 편향 롤러들(9a)을 통해 건조기(12)에 공급되고, 여기서, 사용된 용매는 80℃ 내지 180℃의 온도에서 증발된다. 건조기에서 배출 공기 및 온도 조정들은 기포가 없는 건조된 코팅이 제작되도 록 선택된다. 0.3-0.6%의 잔여 용매 함유량은 특정 온도 조절을 위한 기준으로서 사용된다.
또한, 층(2,2')이 구비된 캐리어 물질(4,4')은 편향 롤러(9b)를 통해 보관 롤(13)에 공급되어 이 롤 상에 감겨진다.
추가의 공정 단계에서, 일 측 상에 내 기후성 층(2,2')이 구비된 캐리어 물질(4,4')에는 이제, 아직 코팅되지 않은 표면측 상에 접착층(5,5')이 코팅될 수 있다. 이것은 도 3에 도시된 시스템을 사용하여 수행되는데, 이에 의해서 출발 제품들로서 폴리우레탄들 및 플루오로폴리머가 사용된다. 코팅 후에, 플루오로폴리머들은 화학적으로 혹은 물리적으로 표면처리된다.
도 1에 도시된 바와 같은 캡슐화 물질(1,1')의 제조에 있어서, 롤은 배치들의 길이로 절단되고, 통상의 적층 공정들로 예들 a) 내지 d)에 따라 선택될 수 있는 시일링 층(6)에 연결된다.
층들(2, 4, 5, 6 혹은 2', 4', 5', 6')의 복합물은 적층 공정에 의해 추가되나, 복합물에 사용되는 플라스틱들의 추가의 경화는, 도 4에 도시된 바와 같이 예를 들면 소위 롤 투 롤(roll-to-roll) 공정에 의해 수행될 수 있는 광전지 모듈(17)의 마감에서 수행된다.
이 경우, 예를 들면, 가요성이 있는 솔라 셀 유형들로 구성되는 솔라 셀 시스템(7)이 캡슐화 물질(1') 상에 도포된다. 또 다른 캡슐화 물질 층(1)은 대향하여 있는 보관 롤(9)로부터 제거되어 솔라 셀 시스템(7)에 공급된다. 이 경우, 보관 롤(9 혹은 9a)로부터 권출되는 물질 웹들(web)은 각 경우에 가열부(14 혹은 14a)에 공급되고, 여기서 캡슐화 물질들(1,1')은 적어도 시일링층(6,6')의 연화 온도까지 가열된다. 결국, 한편으로 층들(1,1')과 다른 한편으로 솔라 셀 시스템(7)간의 복합물의 설계는 캘린더 부(15)의 롤 갭으로 확실하게 된다. 이러한 복합물의 경화와 캡슐화 물질들에 사용되는 폴리머들의 완전한 가교를 달성하기 위해서, 사전 복합물이 가열부(16)에 공급된다. 광전지 모듈용 복합물(17)은 보관 롤(9b) 상에 보관될 수 있고 적합한 방식으로 후자로부터 제거될 수 있다.
특히 내 기후성 층(2,2')에 관하여 비교적 얇은 물질 시스템들은 층 설계가 도 1에 도시된 광전지 모듈(18)에 발명에 따른 코팅에 의해 달성될 수 있다.
이것은 광전지 모듈들의 제거로, 시판되는 모듈 상부구조들에 비해 플루오르 함유 폴리머들의 비율이 감소될 수 있는 잇점을 갖는다.
또한, 발명에 따른 공정의 범위 내에서 코팅(2,2')을 위한 화학적으로 균일한 폴리머뿐만 아니라 다양한 비들로 각종의 폴리머 원 물질들로 구성되는 혼합물을 준비하는 것이 가능하다. 종래 기술로부터 공지된 바와 같이, 폴리머 막들의 사용은 근본적으로 폴리머 유형으로 제한되었다. 그러나, 발명에 따라서, 혼합물은, 완성된 코팅(2,2')의 물리적 및/또는 화학적 특성들이 사용되는 폴리머 원 물질들의 선택 및 량들에 의해, 요망되는 임의의 방법으로, 수정 및 최적화될 수 있는, 내 기후성 층(2,2')을 위해 준비될 수 있다.
이와는 관계없이, 내 기후성 층(2,2')의 두께가 감소되고 이에 따라 비교적 비용이 많이 드는 플루오로폴리머들의 량들이 감소될 수 있기 때문에, 공정에서 제조가 경제적이다. 공정은 인 시튜(in situ)로 수행될 수 있는데, 이것은 근본적으 로 공정의 실행을 용이하게 한다. 사용되는 폴리머들 및 용매들의 선택에 의해서, 잇점이 있게 80 내지 180℃인 온도 범위들은 공정의 에너지 절약 구현도 가능해지도록 조정된다.
또한, 목적에 따라, 내 기후성 층(2,2')의 두께가 조정될 수 있다. 이 층 두께를 조정함으로써, 발명에 따라 제조되는 캡슐화 물질들의 사용으로 광전지 모듈의 상당수의 애플리케이션들이 가능하고, 상기 애플리케이션들은 긴급 전화들 혹은 야영자들용의 소 에너지 장치들부터 대 면적의 지붕 및 정면 시스템들과 또한 대형 장치들 및 솔라 파워 설비들의 범위에 이른다.
Claims (23)
- 솔라 셀 시스템들(7)의 캡슐화를 위한 내 기후성 적층물들(1,1')의 제조를 위한 공정에 있어서, 적어도 한 내 기후성 플라스틱 층(2,2')이 캐리어 물질(4,4') 상에 도포되는 것을 특징으로 하는 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 제 1 항에 있어서, 상기 내 기후성 플라스틱들은 선택적으로 용해가능한 플루오로폴리머들 혹은 플루오로-코폴리머들들, 아크릴레이트들, 폴리우레탄들, 실리콘들(silicones), 및 이들로부터의 혼합물의 그룹에서 선택되는, 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 용액 및/또는 분산체로 구성되는 상기 내 기후성 플라스틱들은 캐리어 물질(4,4') 상에 도포되는, 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 제 3 항에 있어서, 상기 용액 혹은 분산체는 염료들을 내포하는, 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 한 항에 있어서, 상기 공정 온도는 80 내지 180℃의 범위에서 조정되는, 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 한 항에 있어서, 상기 내 기후성 플라스틱들은 5 내지 50㎛의 층 두께로 도포되는, 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 한 항에 있어서, 상기 내 기후성 층(2,2')은 가시광 파 범위에서 그리고 광빔들에 대한 근 UV-파장 범위에서 투명한, 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 한 항에 있어서, 상기 캐리어 물질(4,4')은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프테네이트(PEN), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 코폴리머(ETFE) 및 이들로부터의 공동-압출성형물들의 그룹에서 선택되는, 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 한 항에 있어서, 상기 캐리어 물질(4,4')은 알루미늄 포일인, 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 한 항에 있어서, 상기 캐리어 물질(4,4')은 코팅 전에 물리적으로 및/또는 화학적으로 전처리되는, 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 한 항에 있어서, 기상(vapor phase)으로부터 피착 되는 무기 산화물층이 캐리어 물질(4,4') 상에 도포되는, 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 한 항에 있어서, 접착제가 상기 캐리어 물질(4,4')에 도포되는, 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 제 12 항에 있어서, 폴리우레탄 혹은 폴리에스터 접착제가 접착제로서 사용되는, 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 제 1 항 내지 제 13 항 중 한 항에 있어서, 접착층(5,5')이 상기 캐리어 물질(4,4')의 코팅되지 않은 측 상에 도포되는, 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 제 14 항에 있어서, 상기 접착층(5,5')은 프라이머 시스템(primer system), 표면처리된 플루오로폴리머/플루오로-코폴리머 층, 혹은 폴리우레탄 혹은 폴리아크릴레이트 층에 의해 준비되는, 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 제 1 항 또는 제 15 항에 있어서, 시일링 층(6,6')이 상기 접착층(5,5')에 인접하여 도포되는, 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 제 16 항에 있어서, 상기 시일링 층(6,6')은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 이오노머들, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리우레탄, 폴리에스터 혹은 핫 멜트 폴리머들의 그룹으로부터 형성되는, 내 기후성 적층물 제조 공정.
- 광전지 모듈(17)의 제조를 위해 제1항 내지 제17항 중 한 항에 따라 제조되어, 이에 의해서 상기 솔라 셀 시스템 (7)이 적층물들(1,1') 중 한 적층물 상에 도포되는, 적어도 2개의 적층물들(1,1')의 용도.
- 제 18 항에 있어서, 상기 광전지 모듈(18)의 제조는 상기 광전지 모듈(18)을 위한 사전 복합물(pre-composite)(17)가 제조되는 연속한 적층 공정에 의해 수행되는, 적층물의 용도.
- 제 19 항에 있어서, 상기 사전 복합물(17)의 제조에 있어서, 보다 가요성이 있는 유형의 솔라 셀이 사용되는, 적층물의 용도.
- 제 18 항에 있어서, 상기 광전지 모듈(18)의 제조는 배치(batch) 공정에 의해 수행되는, 적층물의 용도.
- 제 18 항 내지 제 21 항 중 한 항에 있어서, 솔라 셀 시스템(7)으로서, 규소 솔라 셀들로 구성된 것이 사용되는, 적층물의 용도.
- 광전지 모듈의 손상된 이면측들을 수선하기 위한, 제3항에 따라 제조된, 분산체의 용도.
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