MX2009001339A

MX2009001339A - Modulos fotovoltaicos que tienen una superficie de floruro de polivinilideno.

Info

Publication number: MX2009001339A
Application number: MX2009001339A
Authority: MX
Inventors: Michael T Burchill
Original assignee: Arkema France
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-02-16
Also published as: KR101930229B1; KR20160084494A; WO2008019229A2; JP2009545892A; TWI480156B; CN101495562B; CA2659316C; EP2046888A2; CN101495562A; TW200815191A; WO2008019229A3; JP5410973B2; KR20150052338A; US20100000601A1; KR20090036572A; EP2046888A4; EP2046888B1; CA2659316A1; KR101602636B1

Abstract

La invención se relaciona con un módulo fotovoltaico para la captura y uso de la radiación solar que tiene un componente estructural termoplástico encristalado transparente cubierto de una capa de fluoruro de polivinilideno delgada. La capa de fluoruro de polivinilideno está expuesta al ambiente y proporciona un resistente químico y superficie que esparce suciedad. La estructura puede contener una capa de enlace entre la capa de fluoruro de polivinilideno y el termoplástico estructural para auxiliar en la adhesión.

Description

MÓDULOS FOTOVOLTAICOS QUE TIENEN UNA SUPERFICIE DE FLUORURO DE POLIVINILIDEÑO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un módulo fotovoltaico para la captura y uso de radiación solar que tiene como un encristalado transparente, un componente estructural termoplástico cubierto por una capa delgada de fluoruro de polivinilideno . La capa de fluoruro de polivinilideno está expuesta al ambiente y proporciona un resistente químico y superficie que esparce, suciedad. La estructura puede contener una capa de enlace entre la capa de fluoruro de polivinilideno y el termoplástico estructural para auxiliar en la adhesión.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los módulos fotovoltaicos en el uso de campo sufren de pérdida de rendimiento con el tiempo debido a la formación de suciedad sobre la superficie primaria. Esto es un problema extremo para los paneles solares cerca de las carreteras, en donde la mugre se forma rápidamente de una mezcla de suciedad, hollín del escape de los automóviles y partículas de grafito/hule de las llantas. El problema es incluso más serio en áreas en las que llueve poco. Los módulos fotovoltaicos son mucho más susceptibles a este problema que las- señales .verticales comunes, debido a que los módulos fotovoltaicos están, por lo general, inclinados de manera horizontal para maximizar la exposición solar. La contaminación de las superficies de los módulos fotovoltaicos reduce la cantidad de radiación que alcanza una batería solar y pueden conducir a la reducción e incluso falla para cargar las baterías utilizadas para dar potencia a las señales. Dicha falla para cargar baterías' por completo puede ser un tema seguro cuando el recolector solar es utilizado para dar potencia a una advertencia o señal de información. Para regresar el panel solar a su rendimiento óptimo, éste debe ser lavado. El lavado puede ser necesario una vez a la semana. Sin embargo, dicha frecuencia de lavado puede conducir a la degradación del rendimiento a largo plazo debido a que los paneles son raspados y arañados en los pasos de lavado. Mientras que el vidrio algunas veces se utiliza para un encristalado sobre un dispositivo de recolección solar, con frecuencia se utiliza el termoplástico debido a su resistencia de impacto incrementada y menor peso. El fluoruro de polivinilideno (PVDF) es conocido por ser un químico altamente resistente, relativamente inerte, y que tiene una energía de superficie muy baja que poco se le puede adherir. La energía de superficie baja significa que los materiales de PVDF pueden con facilidad esparcir suciedad y mugre. Las superficies que esparcen suciedad que contienen fluoropolimeros y organosilicatos se ha mostrado que proporcionan una superficie hidrofilica que esparce suciedad fácilmente como se describió en US 7,037,966. Se propone, en la actualidad, ' solucionar el problema de formación de suciedad en los dispositivos de recolección solar que tienen un encristalado termoplástico al añadir un recubrimiento delgado de PVDF a la superficie expuesta del encristalado termoplástico.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un módulo fotovoltaico que comprende un material de encristalado transparente que comprende una capa de soporte termoplástico rígida y una capa externa de fluoruro de plivinilideno (PVDF) expuesta al ambiente; y anexada de manera directa o indirecta a dicha capa termoplástica rígida. El encristalado del módulo fotovoltaico puede incorporar un enlace o capa adhesiva entre la capa de PVDF y el termoplástico rígido.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención- se relaciona con dispositivos de recolección solar que tienen un encristalado termoplástico transparente con una capa de recubrimiento de fluoruro de polivinilideno delgada en su superficie. Por "módulos fotovoltaicos", como se utiliza aquí se considera la construcción de circuitos de celda fotovoltaica sellada en un laminado protector ambiental. Los módulos fotovoltaicos pueden ser combinados para formar paneles fotovoltaicos que son pre-alámbricos , unidades instalables de campo. Un arreglo fotovoltaico es la unidad que genera potencia completa, que consta de cualquier número de paneles y módulos de PV.

Capa de PVDF La superficie más externa del dispositivo de recolección solar es una capa de fluoruro de polivinilideno (PVDF) delgada. La capa es de 3 a 100 micrones de espesor y, de preferencia, de 15 a 50 micrones en espesor en caso de que añada como una capa extruíble o película. Una capa PVDF formada por un recubrimiento podría estar en el rango de 3 a 20 micrones. La capa de PVDF de la invención puede ser un homopolímero elaborado al polimerizar- fluoruro de vinilideno (VDF) , copolímeros, terpolímeros y polímeros más altos de fluoruro de vinilideno en donde las unidades de fluoruro de vinilideno comprende más del 70 por ciento del peso total de todas las unidades de monómero en el polímero y, con mayor preferencia, comprende más del 75 por ciento del peso total de las unidades. Los copolímeros, terpolímeros y polímeros mayores de fluoruro de viniloideno pueden ser elaborados al reaccionar el fluoruro de viniloideno con uno o más monómeros del grupo que consta de fluoruro de vinilo, trifluoroeteno, tetrafluoroeteno, uno o más de alfa-olefinas fluoradas de manera parcial o completa tal como 3, 3, 3-trifluoro-l-propeno, 1, 2, 3, 3, 3-pentafluoropropeno, 3, 3, 3, 4, 4-pentafluoro-l-buteno, y hexafluoropropeno, hexafluoroisobutileno una olefina parcialmente fluorada, éteres de vinil perfluorado, tal como perfluorometil vinil éter, perfluoroetil vinil éter, perfluoro-n-propil vinil éter, y perfluoro-2-propoxipropil vinil éter, dioxoles fluorados tal como perfluoro ( 1 , 3-dioxol) y perfluoro (2, 2-dimetil-l, 3-dioxol) , alílico, alílico fluorado de manera parcial, o monómeros alílico fluorado tal como 2-hidroxietil alil éter o 3-aliloxipropanediol, y eteno o propeno. Los terpolímeros o copolímeros preferidos son formados con fluoruro de vinilo, trifluoroeteno, tetrafluoroeteno (TFE) , y hexafluoropropeno (HFP) . Los copolímeros preferidos de manera especial son de VDF ¦ que comprenden aproximadamente de 71 a aproximadamente 99 por ciento en peso de VDF y, de forma correspondiente, aproximadamente de a aproximadamente 29 por ciento de TFE; aproximadamente de 71 a aproximadamente 99 por ciento de VDF y, por consiguiente, aproximadamente de 1 a 29 por ciento de HFP (tal como se describió en la Patente U.S. No. 3, 178, 399); y aproximadamente de 71 a 99 por ciento en peso de VDF y, por consiguiente, aproximadamente de 1 a 29 por ciento en peso de trifluoroetileno . Los terpolimeros termoplásticos preferidos de manera especial son terpolimeros de VDF, HFP y TFE, y el terpolímero de VDF, trifluoroeteno y TFE. Los terpolimeros preferidos de manera especial tienen por lo menos 71 por ciento en peso de VDF, y los otros comonomeros pueden estar presentes en proporciones diversas; ' sin embargo, juntos comprenden hasta 29 por ciento en peso del terpolímero. La capa exterior de preferencia es sólo el homo o copolímero de PVDF; sin embargo, podría ser una mezcla de PVDF con polimetil metacrilato (PMMA) , en donde el PVDF forma más del 50 por ciento en volumen. El PVDF y el PMMA pueden ser mezclados fundidos para formar una mezcla homogénea . La capa exterior de PVDF podría también constar de un fluoropolímero modificado de acrílico (AMF) , como se describió en US 6,680,357, aquí incorporada como referencia. El uso de una capa de AMF delgada proporciona una capa de PVDF clara de forma excepcional .

En una modalidad preferida, la capa de PVDF es un homopolímero de PVDF. El homopolímero de PVDF proporciona un nivel alto de dureza y resistencia a las rasgadas, y también proporciona un excelente balance entre la descomposición térmica y el punto de fundición proporcionando facilidad para la fabricación. También es altamente compatible con una capa de enlace de PVDF/PMMA.

Encristalado termoplástico Debido a que la capa de PVDF delgada no tiene la fuerza necesaria para la aplicación final, ésta está anexada, de manera directa o indirecta, a una capa de soporte estructural termoplástica transparente rígida. El encristalado termoplástico puede ser lo suficientemente grueso para soportar el peso del encristalado en la aplicación final, y puede variar con el termoplástico y las dimensiones del encristalado, y el uso en la aplicación final. El termoplástico transparente podría ser cualquier termoplástico que podría soportar la temperatura más alta encontrada en el interior del dispositivo de recolección solar. Los termoplásticos transparentes útiles en la presente invención incluyen, más no están limitados a, , policarbonato, poliéster, tereftalato de polietileno, poliestíreno, copolímero de estireno/acrilonitrilo, poliolefinas , poli (cloruro de vinilo) , poli (cloruro de vinilo) clorado, polímero acrílico imidizado, polímeros acrílicos y sus copolimeros. Un material de encristalado preferido es un polímero acrílico. Por "acrílico", como se utiliza en el presente documento, se incluyen polímeros, copolimeros y terpolímeros formados de metacrilato de alquilo y monómeros de acrilato de alquilo, y mezclas de los mismos. El monómero de metacrilato de alquilo es, de preferencia, metacrilato de metilo, el cual puede formar de 50 a 100 por ciento de la mezcla de monómero. 0 a 50 por ciento de otros monómeros de acrilato y metacrilato u otros monómeros no saturados de forma etilénica, incluyen mas no están limitados a, estireno, estireno de alfa metilo, acrilonitrilo y reticuladores también pueden estar presentes en la mezcla de monómero. Otros monómeros de metacrilato y acrilato útiles en la mezcla de monómero incluyen, mas no están limitados a, acrilato de metilo, acrilato de etilo y metacrilato de etilo, acrilato de butilo y metacrilato de butilo, acrilato y metacrilato de iso-octilo, acrilato de laurilo y metacrilato de laurilo, acrilato de estearilo y metacrilato de estearilo, acrilato y metacrilato de isobornilo, metacrilato y acrilato de metoxietilo, acrilato y metacrilato de 2-etoxi etilo, monómeros de metacrilato y acrilato de dimetilamino etilo. Los ácidos . de alquilo (meth) tales como ácido acrílico de metilo y ácido acrilico pueden ser útiles para la mezcla de monómero . En una modalidad, el material de encristalado termoplástico contiene modificador de impacto en un nivel de 1 - 60 por ciento en peso, con base en el peso total del encristalado modificado de impacto. Para un encristalado transparente, es importante que cualquier modificador de impacto debe tener igualado su índice de refracción (RI) al de la matriz termoplástica . Por índice de refracción igualado se pretende entender que el modificador de impacto y la matriz tienen índices de refracción dentro de 0.02 cada uno, y de preferencia dentro de 0.01. Otros aditivos, tales como estabilizadores de ÜV, plastificantes , rellenadores , agentes colorantes, pigmentos, antioxidantes, agentes antiestáticos, surfactantes, pigmento orgánico, aditivos con igual índice de refracción, y auxiliares dispersantes también pueden estar presentes en niveles bajos en el termoplástico. Cualquier aditivo puede ser seleccionado y utilizado en niveles mínimos, para evitar la interferencia con la transmisión de radiación solar a través del encristalado.

Capas intermedias " El PVDF tiene excelente resistencia química y propiedades que esparcen suciedad. Desafortunadamente, no se adhiere con facilidad a la mayoría de los materiales. Mientras que en unas cuantas estructuras selectas, una capa de PVDF puede estar anexada de forma directa a una capa termoplástica, en la mayoría de los casos, una o más capas de otros materiales (capas de enlace, capas adhesivas, etc.) son necesarias entre la capa de PVDF y la capa de encristalado termoplástico . La(s) capa(s) intermedias juntas tienen un espesor de 15 a 125 micrones y, de preferencia, de 15 a 30 micrones. Algunos ejemplos de estructuras en las que el anexado directo puede ser realizado, incluyen mas no están limitados a: una capa externa de una mezcla de PVDF/PMMA, y una capa de soporte termoplástico de un polimetil metacrilato . En la mayoría de las estructuras de la invención, uno o más enlaces y/o capas adhesivas son necesarias para formar una buena unión entre la capa de PVDF y la capa de encristalado termoplástico. Una característica importante de cualquier capa adhesiva o enlace es que la capa sea transparente a la radiación solar, en particular en el espectro visible. La capa de enlace debe ser tratada para resistir en la intemperie, lo cual significa que no se debe degradar o hacer amarilla lo que inhibiría la transmisión de luz. El enlace o capa adhesiva podría ser modificada por impacto (RI igualado) , y también podría contener otros aditivos, tales como estabilizadores de UV, plastificantes , rellenadores, agentes colorantes, pigmentos, antioxidantes, agentes antiestáticos, surfactantes , pigmento orgánico, aditivos con igual índice de refracción y auxiliares dispersantes también pueden estar presentes en los niveles bajos en el termoplástico. Cualquier aditivo debería ser seleccionado y utilizado en niveles mínimos, para evitar interferencia con la transmisión de radiación solar a través del encristalado. Los adhesivos pueden ser utilizados de manera directa entre la capa de PVDF y el encristalado termoplástico, o pueden ser utilizados entre una capa de enlace y ya sea la capa de PVDF o la capa de encristalado, como se conoce en la técnica. Las capas de enlace o intermedias útiles en la invención incluyen, mas no están limitadas a, un PVDF funcional tal como PVDF injertado de anhídrido maléico utilizado como una capa de enlace entre un PVDF y la mayoría de los termoplásticos ; un elastómero de poliamida que es un copolímero de bloque de una poliamida ya sea con un poliéter o poliéster (LOTADER, Arkema, Inc.); y un copolímero de PVDF con un alto nivel de copolímero, tal como KYNARFLEX 2800 y 2850 (copolímeros de hexafluoropropileno/PVDF de Arkema Inc.). En una modalidad preferida, la capa de enlace es una mezcla de PVDF y PMMA que puede ser utilizada como una capa de enlace entre el homopolimero de PVDF o la capa de copolimero y un encristalado termoplástico, en especial un termoplástico acrilico y, con mayor preferencia, un copolimero de PMMA o PMMA. La cantidad de PVDF en una capa de enlace está en el rango aproximadamente de 10 a 90 por ciento en volumen, de preferencia de 30 a 70 por ciento en volumen. La cantidad de PMMA estaría en el rango de 10 a 90 por ciento en volumen y, de preferencia, de 30 a 70 por ciento en volumen. Las mejores propiedades de adhesión tanto para la capa de PVDF delgada como para el encristalado de PMMA sería una mezcla 50/50 en volumen, el cual es aproximadamente una mezcla de PVDF/PMMA 30/70 en peso. La intercapa de mezcla de PVDF/PMMA es útil para enlazar la capa de PVDF a muchos termoplásticos, tales como acrílicos, policarbonato y poliésteres . El compuesto de encristalado termoplástico/PVDF, de manera opcional con una capa intermedia puede estar formado de muchas maneras diferentes. En una modalidad, la capa de PVDF, el sustrato termoplástico y la(s) capa(s) intermedias opcionales todas son coextruídas en una lámina de compuesto sencillo, el cual puede entonces ser formado para la aplicación final. En otra modalidad, la capa de PVDF delgada es coextruída con una capa o capas de enlace en una película delgada. El compuesto de la capa de enlace/PVDF es la laminada (calor y/o presión) en el encristalado termoplástico rígido. En otra modalidad, un recubrimiento de PVDF/PMMA o PVDF es aplicado directamente sobre un material encristalado termoplástico por medios conocidos en la técnica tales como rociado, cepillado, balanceo u otro, dé lo contrario recubrimiento de una emulsión acuosa, solución de solvente. El recubrimiento puede entonces ser horneado a bajas temperaturas para proporcionar incluso un recubrimiento de PVDF/PMMA o PVDF uniforme. Las películas de PVDF se pueden también obtener mediante un- proceso de película por soplado. Estas películas pueden ser laminadas o anexadas con adhesivos para el material encristalado termoplástico. Otros medios para formar material encristalado transparente están en un proceso de moldeo de inserción en línea o en molde, en el cual se coloca una película de PVDF o PVDF y una capa de enlace en un molde, seguido por un moldeo de inyección del termoplástico rígido. Este proceso podría ser utilizado para formar una lámina, o cualquier artículo formado.

Módulo fotovoltaico El material encristalado termoplástico del compuesto que tienen una capa exterior de PVDF puede entonces ser utilizada como el encristalado para los módulos fotovoltaicos , recolectores solares, y otros dispositivos fotovoltaicos por los medios conocidos en la técnica. Los materiales termoplásticos tienen ventajas sobre el vidrio, en términos de peso más bajo, mejor resistencia de impacto, y facilidad en la cual pueden ser elaborados en diferentes tamaños y formas. Además de encontrar el uso en módulos fotovoltaicos , el termoplástico rígido recubierto de PVDF podría también ser útil en donde quiera que se utilice un encristalado termoplástico, y en donde el esparcimiento de suciedad y resistencia química son importantes. La invención es útil, de manera especial, en casos en donde el termoplástico de PVDF está expuesto a ambientes ásperos, o es utilizado en una posición que no es vertical. Dichos usos incluirían, por ejemplo, el encristalado de invernadero .

EJEMPLOS Ejemplo 1: Se forma una película delgada con un grosor total aproximadamente de 50 micrones por la coextrusión de un Kynar 710 (PVDF de Arkema Inc.) con una segunda corriente de coextrusión formada por un mezcla de 30/70 por ciento en peso de PVDF/PMMA (Kynar 710/Altuglas V92Q, ambos de Arkema Inc.)- La película del compuesto es entonces laminada /Sobre una lámina de PMMA (Altuglas V046L) mediante una laminación caliente durante la extrusión fundida con la mezcla de PVDF/PMMA intermedia entre la capa de PVDF y las capas de PMMA. La película de PVDF fue laminada sobre láminas de PMMA coextruídas en un ancho de 27.94 centímetros, que exhiben transparencia óptica excelente hasta de 93.5%. Las películas de PMMA laminada de película de PVDF pasaron las pruebas de adhesión de contratalla sin delaminación en el rango de 5B (100%) . También, las láminas de PMMA laminadas de película de PVDF poseían mejor rendimiento de bloqueo de UV en comparación con el PMMA extruído (V046L) . El nivel de bruma fue reducido a ~10% con la película de dos capas de 50 um en las láminas de PMMA, en comparación con ~20% en la película.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes:
REIVINDICACIONES 1. - Un módulo fotovoltaico que comprende un material encristalado transparente que comprende: a) una capa de soporte termoplástico rígido; y b) una capa exterior de fluoruro de polivinilideno (PVDF) expuesta al ambiente; y anexada de manera directa o indirecta a dicha capa termoplástica rígida. 2. - El módulo fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una o más capas intermedias entre la capa de fluoruro de polivinilideno y la capa termoplástica rígida, en donde cada capa está anexada, de manera directa, a la(s) capa(s) adjuntas .
3. - El módulo fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la capa exterior es un homopolímero de fluoruro de polivinilideno.
4. - El módulo fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la capa exterior es un copolímero o terpolímero de fluoruro de polivinilideno.
5. - El módulo fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la capa exterior es una mezcla de fluoruro de polivinilideno y polimetil metacrilato.
6. - El módulo fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la capa exterior es un fluoropolimero modificado de acrílico.
7. - El módulo fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de fluoruro de polivinilideno exterior tiene un grosor de 3-100 micrones .
8. - El módulo fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque una o más de las capas intermedias, y/o la capa termoplástica rígida contiene de 1 - 60 por ciento en peso de modificadores de impacto con base en el peso total de la capa, y en donde dichos modificadores de impacto son de índices de refracción igual a la matriz de la capa en la que se encuentran .
9. - El módulo fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha capa termoplástica es seleccionada del grupo que consta de policarbonato, poliéster, tereftalato de polietileno, poliestireno, copolímero de estireno/acrilonitrilo, poliolefinas , poli (cloruro de vinilo) , poli (cloruro de vinilo) clorado, polímero de acrílico imidizado, un polímero de acrilico, y sus copolímeros.
10. - El módulo fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque comprende una capa intermedia que es una mezcla de fluoruro de polivinilideno y polimetil metacrilato (PMMA) .
11. - El módulo fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 10, . caracterizado porque su relación de volumen de PVDF a PMMA es de 30/70 a 70/30.