ITTO20110849A1 - Pannello fotovoltaico flessibile. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Pannello fotovoltaico flessibile"
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un pannello fotovoltaico flessibile comprendente:
- una pluralità di celle fotovoltaiche;
- almeno uno strato incapsulante in materiale termoplastico atto a contenere in esso dette celle fotovoltaiche, detto strato incapsulante essendo formato da un primo e da un secondo strato disposti su lati opposti di detta pluralità di celle fotovoltaiche e fusi attorno a dette celle fotovoltaiche;
- almeno uno strato frontale di materiale plastico flessibile unito e sovrapposto a detto strato incapsulante su una sua prima superficie, detto strato frontale essendo esposto in uso alla luce solare, ed essendo almeno in parte di materiale resistente agli ultravioletti; ed
- almeno uno strato posteriore di materiale plastico flessibile unito e sovrapposto a detto strato incapsulante su una sua seconda superficie, opposta a detta prima superficie.
I moduli fotovoltaici convertono la luce solare in energia elettrica tramite l’utilizzo di vari semiconduttori. Il semiconduttore più utilizzato à ̈ il silicio, nella forma cristallina ed in quella amorfa (film sottile), avendo la forma cristallina efficienze di conversione della luce solare in energia elettrica molto maggiori (superiori al 20%). Nei moduli fotovoltaici basati sulla tecnologia del silicio mono e policristallino, un certo numero di celle fotovoltaiche, formate da wafer di silicio opportunamente costruiti, vengono normalmente disposte affiancate su giacitura piana, connesse elettricamente e poi bloccate in tale disposizione mediante sostanze incollanti.
Le singole celle di silicio sono fragili, avendo spessori che variano dai 150 ai 250 µm, e quindi devono essere protette dagli urti, quali quelli causati dagli agenti atmosferici quali vento e grandine. Nei pannelli rigidi la protezione avviene normalmente tramite l’utilizzo di vetro temprato o materia plastica rigida frontale, che permette il passaggio della luce ed allo stesso tempo protegge le celle dagli urti.
Le celle vanno anche protette dall’umidità e va assicurato l’isolamento elettrico rispetto all’esterno, per ragioni di sicurezza e per non disperdere l’energia prodotta. Queste funzioni vengono assolte da un secondo vetro, posizionato sul retro del modulo, o da materiali plastici che possono essere a singolo strato od anche multistrato, comprendenti anche materiali in cui uno degli strati à ̈ composto da film metallici, in modo da fornire una protezione più efficace all’umidità .
Sono noti anche pannelli flessibili, in cui sono utilizzate plastiche flessibili sia per lo strato incapsulante che per gli strati protettivi.
Un pannello flessibile del tipo definito all’inizio à ̈ descritto ad esempio nel brevetto italiano n. 1362085. Tale pannello noto comprende uno strato incapsulante di resina poliuretanica che racchiude le celle fotovoltaiche, interposto fra una coppia di strati di policarbonato.
Le soluzioni di pannelli aventi strati di protezione costituiti da film di policarbonato offrono una buona protezione agli urti, ma sono risultate sensibili all’umidità ed all’azione degli ultravioletti (UV).
Un’altra soluzione à ̈ quella di utilizzare polimeri comunemente utilizzati nella costruzione dei moduli fotovoltaici rigidi, quali polimeri fluorurati (Tedlar®, ETFE e simili) per la protezione delle celle ed incapsulanti quali EVA per l’incollaggio del sandwich. Queste soluzioni si sono dimostrate non adatte a proteggere le celle dagli urti e dalle rotture in caso di flessione dei moduli, inoltre la permeabilità all’umidità di questi materiali può portare a lungo andare ad un’ossidazione dei contatti elettrici ed a fenomeni di correnti parassite, con conseguente perdita di efficienza del modulo.
In generale, i materiali devono assicurare la funzionalità del modulo fotovoltaico per un periodo di anni superiore a 20, e devono quindi resistere agli agenti atmosferici quali pioggia, grandine, gelo, luce solare, ed in particolare ai raggi ultravioletti ed all’umidità che tendono ad opacizzare le plastiche ed a renderle fragili. Queste caratteristiche vengono normalmente verificate tramite prove di invecchiamento accelerato secondo le norme CEI, in particolare le norme CEI EN61215 e CEI EN61730, applicabili ai moduli fotovoltaici in silicio cristallino per applicazioni terrestri.
A conoscenza degli inventori, finora nessuno dei pannelli flessibili basati su celle di silicio cristallino esistenti in commercio ha superato le prove richieste dalle certificazioni suddette.
Un altro problema legato all’utilizzo di plastiche per lo strato frontale à ̈ quello di avere superfici che possono rigarsi e sporcarsi, andando così a diminuire nel tempo l’efficienza del modulo, oltre a risultare esteticamente poco soddisfacenti.
Uno scopo dell’invenzione à ̈ pertanto quello di rendere disponibile un pannello flessibile che permetta di avere simultaneamente resistenza meccanica, durabilità , isolamento elettrico e protezione dall’umidità , e che in particolare permetta di superare le prove richieste dalle certificazioni CEI EN61215 e CEI EN61730.
Un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di rendere disponibile un pannello flessibile che sia resistente anche alle abrasioni.
Tale scopo à ̈ raggiunto secondo l’invenzione da un pannello flessibile del tipo definito all’inizio, in cui detto almeno uno strato incapsulante à ̈ di olefina termoplastica avente basso coefficiente di permeabilità al vapore acqueo, ed almeno una parte di detto almeno uno strato frontale, a contatto con detta prima superficie dello strato incapsulante, à ̈ di polietilentereftalato.
Gli inventori hanno rilevato che, calibrando opportunamente gli spessori degli strati, con la combinazione di materiali suddetta à ̈ possibile ottenere dei pannelli in grado di raggiungere gli scopi suddetti, ed in particolare à ̈ possibile realizzare un pannello flessibile con celle di silicio cristallino in grado di superare le prove previste dalle certificazioni CEI EN61215 e CEI EN61730.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del dispositivo secondo l'invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata con riferimento al disegno annesso (figura 1), fornito a puro titolo di esempio non limitativo, in cui à ̈ rappresentato lo schema degli strati che compongono un pannello fotovoltaico flessibile secondo l’invenzione.
Secondo tale schema di stratificazione, un pannello fotovoltaico flessibile, indicato complessivamente con 1, comprende essenzialmente
- una pluralità di celle fotovoltaiche 2 disposte affiancate, in particolare di silicio mono- o policristallino. Secondo un modo di realizzazione particolarmente preferito, le celle fotovoltaiche 2 sono del tipo “back-contact†ad altissima efficienza (in cui tutti i contatti elettrici sono realizzati sul retro della cella) prodotto da SunPower Corporation;
- almeno uno strato incapsulante 3 in materiale termoplastico atto a contenere in esso le celle fotovoltaiche 2, tale strato incapsulante essendo formato da un primo e da un secondo strato 3a, 3b disposti su lati opposti delle celle fotovoltaiche 2 e fusi attorno ad esse;
- almeno uno strato frontale 4, 5 unito e sovrapposto allo strato incapsulante 3 su una sua prima superficie, tale strato frontale 4, 5 essendo esposto in uso alla luce solare, tale almeno uno strato frontale 4, 5 essendo di materiale plastico flessibile, ed essendo almeno in parte di materiale resistente agli ultravioletti; ed
- almeno uno strato posteriore 6 di materiale plastico flessibile unito e sovrapposto a tale strato incapsulante 3 su una sua seconda superficie, opposta a tale prima superficie.
Nella presente descrizione, i termini “frontale†e “posteriore†sono riferiti alla condizione d’uso del pannello fotovoltaico. Uno strato “frontale†à ̈ orientato verso la luce solare, trovandosi fra la sorgente di luce e lo strato incapsulante contenente le celle fotovoltaiche. Uno strato “posteriore†si trova invece fra sul lato opposto dello strato incapsulante.
Lo strato incapsulante 3 suddetto à ̈ di olefina termoplastica avente basso coefficiente di permeabilità al vapore acqueo. Per olefina termoplastica (TPO) si intende convenzionalmente una miscela eterofasica comprendente una fase di omopolimero di etilene e/o propilene (o di copolimero statistico etilene-propilene) ed una fase costituita da un elastomero termoplastico etilene-propilene a blocchi. L’incapsulante poliolefinico à ̈ opportunamente realizzato per resistere ai raggi ultravioletti, non presentando ingiallimento nel tempo, e per fornire una buona barriera alla trasmissione dell’umidità , ovvero per avere un basso coefficiente di permeabilità al vapore acqueo WVTR (water vapor transmission rate). A titolo di riferimento non limitativo, à ̈ desiderabile che il valore di WVTR sia minore di 10 g/m<2>/giorno.
Almeno una parte di dello strato frontale 4, 5, a contatto con la prima superficie dello strato incapsulante, à ̈ di polietilentereftalato (PET). Tale materiale conferisce il necessario isolamento elettrico grazie alla forte costante dielettrica del PET, ed à ̈ inoltre selezionato per essere resistente all’idrolisi. Nell’esempio illustrato, lo strato frontale 4, 5 comprende un primo strato 4 di polietilentereftalato a contatto con la prima superficie dello strato incapsulante 3, ed un secondo strato 5 di materiale plastico resistente agli ultravioletti (UV), sovrapposto allo strato 4 di polietilentereftalato.
Preferibilmente il secondo strato 5 di materiale resistente agli UV à ̈ di polietilentereftalato resistente agli ultravioletti. Tale materiale, oltre alle positive proprietà del PET non trattato, possiede un’elevata resistenza ai raggi ultravioletti, dovuta ad un trattamento di stabilizzazione noto, che gli conferisce una maggiore resistenza agli UV rispetto al PET non modificato. In alternativa, il secondo strato 5 potrebbe essere ad esempio di polivinil fluoruro (PVF) o di polivinilidenfluoruro (PVDF) od altre materie plastiche resistenti agli UV.
Secondo un modo di realizzazione alternativo non illustrato, lo strato frontale potrebbe essere composto da un unico strato di polietilentereftalato resistente agli ultravioletti.
Preferibilmente, anche lo strato posteriore 6 à ̈ di materiale resistente agli ultravioletti. In particolare, lo strato posteriore 6 à ̈ anch’esso di polietilentereftalato. Secondo un modo di realizzazione non illustrato, lo strato posteriore potrebbe essere composto da più strati.
La particolare combinazione di materiali per lo strato incapsulante e per lo strato frontale garantisce la distribuzione degli sforzi meccanici sulla superficie delle celle in modo da permettere flessibilità e resistenza agli urti dei moduli così composti. L’impiego di polimeri con proprietà idrorepellenti risolve inoltre il problema dell’idroprotezione dei pannelli fotovoltaici senza sigillatura lineare lungo il contorno; esso può rendere superflua l’applicazione di sigillature lungo il perimetro dei pannelli.
In modo particolarmente preferito, il pannello 1 comprende inoltre uno strato di rivestimento 7 applicato sullo strato frontale 4, 5, tale strato di rivestimento 7 essendo costituito da nanoparticelle di silice disciolte in una matrice polimerica autoreticolante. Tale rivestimento polimerico superficiale fornisce allo strato frontale 4, 5 le caratteristiche di resistenza al graffio ed allo sporco, essendo particolarmente duro ed idrorepellente, così da migliorare anche la barriera all’umidità del polimero frontale.
Il pannello sopra descritto à ̈ ottenuto mediante processi a caldo di tipo convenzionale, ad esempio laminazione a vuoto, calandratura, ecc.. Lo strato di rivestimento 7 à ̈ applicato successivamente al processo di termosaldatura degli strati 3-6.
Secondo un ulteriore modo preferito di realizzazione dell’invenzione (non illustrato), il pannello 1 comprende inoltre uno strato di nastro biadesivo applicato sullo strato posteriore 6. Tale accorgimento permette una rapida ed agevole installazione del pannello 1 su una superficie di supporto.
Con la struttura di pannello secondo l’invenzione risulta possibile estendere l’applicabilità dei generatori fotovoltaici in settori in cui à ̈ necessario avere elevata efficienza su piccole superfici con pesi ridotti, come ad esempio nel settore automobilistico, aeronautico, nautico e camperistico, ed infine edilizio, nei casi in cui la portata degli edifici o la loro forma superficiale richiedano queste condizioni. Inoltre à ̈ possibile conseguire caratteristiche di affidabilità nel tempo, come previste dalle norme CEI EN61215 e CEI EN61730.
Claims (8)
- RIVENDICAZIONI 1. Pannello fotovoltaico flessibile (1) comprendente: - una pluralità di celle fotovoltaiche (2); - almeno uno strato incapsulante (3) in materiale termoplastico atto a contenere in esso dette celle fotovoltaiche, detto strato incapsulante essendo formato da un primo e da un secondo strato (3a, 3b) disposti su lati opposti di detta pluralità di celle fotovoltaiche e fusi attorno a dette celle fotovoltaiche; - almeno uno strato frontale (4, 5) di materiale plastico flessibile unito e sovrapposto a detto strato incapsulante su una sua prima superficie, detto strato frontale essendo esposto in uso alla luce solare, ed essendo almeno in parte di materiale resistente agli ultravioletti; ed - almeno uno strato posteriore (6) di materiale plastico flessibile unito e sovrapposto a detto strato incapsulante su una sua seconda superficie, opposta a detta prima superficie; caratterizzato dal fatto che detto almeno uno strato incapsulante à ̈ di olefina termoplastica avente basso coefficiente di permeabilità al vapore acqueo, ed almeno una parte di detto almeno uno strato frontale, a contatto con detta prima superficie dello strato incapsulante, à ̈ di polietilentereftalato.
- 2. Pannello secondo la rivendicazione 1, in cui detto almeno uno strato frontale à ̈ almeno in parte di polietilentereftalato resistente agli ultravioletti.
- 3. Pannello secondo la rivendicazione 2, in cui detto almeno uno strato frontale à ̈ composto da un primo strato di polietilentereftalato (4) e da un secondo strato (5) di materiale plastico resistente agli ultravioletti.
- 4. Pannello secondo la rivendicazione 3, in cui detto almeno uno strato frontale à ̈ composto da un primo strato di polietilentereftalato (4) e da un secondo strato (5) di polietilentereftalato resistente agli ultravioletti.
- 5. Pannello secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto strato posteriore à ̈ di materiale resistente agli ultravioletti.
- 6. Pannello secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto strato posteriore à ̈ di polietilentereftalato.
- 7. Pannello secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre uno strato di rivestimento (7) applicato su detto strato frontale, detto strato di rivestimento essendo costituito da nanoparticelle di silice disciolte in una matrice polimerica.
- 8. Pannello secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre uno strato di nastro biadesivo applicato su detto strato posteriore.
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