Dispositivo fotovoltaico.

Un dispositivo (1) fotovoltaico que comprende:

• un concentrador (2) solar que tiene una forma de anillo, que a su vez comprende:

• un transportador

(3) externo dispuesto a lo largo de una parte externa del anillo;

• una placa (22) luminiscente externa que tiene una sección trapezoidal y que tiene una superficie (221) de recepción periférica externa configurada para recibir una radiación luminosa incidente y que proviene del transportador (3);

• una placa (21) luminiscente interna dispuesta a lo largo de una parte interna del anillo y que tiene una sección trapezoidal;

• una capa (23) semiconductora nanoestructurada intercalada entre las dos placas (21, 22) de manera que las bases principales de las secciones trapezoidales respectivas se enfrentan a la misma, estando dicha capa (23) semiconductora configurada para recibir una radiación transmitida por las placas (21, 22) interna y externa y para producir un efecto fotovoltaico;

• un medio (3, 5) de transporte, configurado para recopilar y concentrar la radiación luminosa incidente en dicha superficie (221) de recepción periférica.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2012/051934.

Solicitante: REPETTO, MATTEO.

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: Corso Luigi Andrea Martinetti n. 4 - int. 21 16149 Genova - GE ITALIA.

Inventor/es: REPETTO,MATTEO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/048 (encapsulados de modulos)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/042 (Módulos fotovoltaicos o conjuntos de células individuales fotovoltaicos (las estructuras de soporte de los módulos fotovoltaicos H02S 20/00))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/052 (Medios de refrigeración directamente asociado o integrado con la célula fotovoltaica, p. ej. elementos Peltier integrado para la refrigeración activa o disipadores de calor directamente asociados con las células fotovoltaicas (medios de refrigeración en combinación con el módulo fotovoltaico H02S 40/42))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/055 (donde la luz es absorbida y re-emitida en una longitud de onda diferente por el elemento óptico directamente asociado o integrado con la célula fotovoltaica, p. ej. mediante el uso de material luminiscente, concentradores fluorescente o disposiciones de conversión ascendente)

PDF original: ES-2535648_T3.pdf

 

google+ twitter facebook

Fragmento de la descripción:

Dispositivo fotovoltaico La presente invención se refiere a un dispositivo fotovoltaico que usa concentradores solares luminiscentes para convertir la energía solar en energía eléctrica. Más en general, la invención se refiere a un panel fotovoltaico que comprende una pluralidad de dichos dispositivos fotovoltaicos dispuestos en su superficie.

Como se sabe, los paneles solares luminiscentes aspiran a destacar en el mercado fotovoltaico, gracias a su tamaño 10 compacto, alta eficiencia y características multivalencia.

Las observaciones que constituyen un punto de partida para describir los antecedentes de dicha tipología de paneles se refieren en primer lugar a la búsqueda, por la industria fotovoltaica, de una contención de los costes de los dispositivos fotovoltaicos (en particular, los de primera generación) como una solución para la difusión de esta tecnología.

En términos generales, este objetivo se persigue adoptando tres líneas de acción: reducción de los costes de la materia prima, fabricación de líneas de alta productividad y de alto rendimiento y el aumento de la eficiencia del dispositivo fotovoltaico.

En cuanto a las dos primeras líneas de acción, si por un lado se solicita una disminución de unos pocos puntos porcentuales para el momento actual de un 14 a 19 % que la materia prima de silicio tiene sobre el coste total del dispositivo, usando silicio de calidad metalúrgica y simplificando sus técnicas de purificación con el fin de limitar el uso de silicio de calidad electrónica (esencial para alcanzar > 20 % de eficiencia) , por el otro lado la industria se esfuerza para disminuir el espesor (y por lo tanto la cantidad) de obleas de silicio por debajo del momento actual en 150 μm aspirando a una automatización marcada de las líneas de producción, que reduce la probabilidad de rotura durante las etapas de fabricación de las celdas y que permite tratamientos específicos de la superficie superior e inferior de las mismas, tales como el texturizado y la retroreflexión.

Sin embargo, la mayor parte de las energías deberían centrarse en la tercera "línea de acción".

Las últimas técnicas aspiran a mejorar las técnicas de conversión fotovoltaica de las celdas modificando el espectro de eficiencia cuántica externa (EQE) del silicio con el fin de hacerle más compatible con el espectro solar; es decir, variando el tamaño de los "puntos cuánticos", que están conduciendo partículas de material de tamaños del orden del nanómetros, en los que es ajustable la longitud de onda que absorben o emiten, o por otros dos procesos que tienen el nombre de "conversión -ascendente", cuando dos o más fotones infrarrojos alcanzan un componente específico llamado "conversor -ascendente", localizado en el lado posterior de la celda, haciendo de ese modo un salto de electrones en un nivel de alta energía, o de "desplazamiento descendente" cuando para cada electrón de alta energía incidente se genera más de un fotón de menor energía.

Las tecnologías fotovoltaicas (PV) de segunda generación (película fina, introducida para simplificar y hacer más económico el proceso de producción) y de tercera generación, en las que los materiales basados en productos químicos orgánicos, salen a la luz y cuyos ejemplos principales son las celdas solares sensibilizadas (o celdas GrÃtzel) y las celdas completamente orgánicas (OPV) , también se ajustan en esta visión de conjunto.

Incluso más que el campo fotovoltaico de segunda generación, el siguiente atestiguará un papel de liderazgo de las nanotecnologías, ya que, al alcanzar unos tamaños del orden de nanómetros, se tienen propiedades peculiares o efectos químico-físicos, perfectamente interpretables en términos cuánticos.

Entre estos efectos, se mencionará el cambio de la absorción de nanopartículas y el espectro de emisión con el cambio de tamaños, que puede explotarse para fabricar concentradores solares fluorescentes.

Estos concentradores se fabrican de placas de material ópticamente transparente, en cuyo interior se dispersan sustancias luminiscentes (nanopartículas, moléculas fluorescentes) . Por lo tanto, se explota el efecto de la 55 conversión espectral (desplazamiento descendente) a bajas frecuencias, para que coincida el espectro solar con la eficiencia de celda maximizada, combinado con el efecto de guía de ondas de la placa.

La radiación solar absorbida por la amplia superficie superior de la placa se convierte al intervalo espectral apropiado y se concentra en los bordes, en los que se colocan las celdas solares de pequeña superficie; esto reduce 60 el uso de material fotovoltaico adoptado en los sistemas de concentración tradicionales.

En los LSC (concentradores solares luminiscentes) la relación entre la superficie de recepción de la placa y la superficie de los bordes de la misma representa el factor de ganancia del concentrador. Por ejemplo, una placa cuadrada que tiene un lado de 10 cm y un espesor de 5 mm con 4 celdas colocadas en los bordes tiene un factor de 65 ganancia de 5; la misma placa, con una celda en un solo borde y 3 espejos reflectantes en los bordes restantes,

tiene un factor de ganancia de 20. Cuanto mayor sea el factor de ganancia, mejor será la incidencia de los LSC en la relación coste-beneficio.

En 2008, los laboratorios ESTI del JRC en Ispra probaron un módulo LSC de alta eficiencia, registrando un valor de 5 7, 1 % en condiciones normales, en la actualidad el más alto para esta clase de dispositivos.

Dicho módulo es un concentrador de 5 x 5 x 0, 5 cm3 fabricado de polimetacrilato de metilo, obtenido de la polimerización de la mezcla de plexitt 55 disponible en el mercado. El colorante fluorescente usado se obtuvo a partir de una mezcla de perileno y curarine. La parte activa del concentrador se compone de cuatro celdas PV de 5 x 0, 5

cm3 de arseniuro de galio (GaAs) , colocadas en los bordes de la placa: una película de PE399 KristalflexTM garantiza la conexión ópticas-celdas sin cambio del índice de refracción.

Como se muestra en la literatura, y también en los laboratorios ESTI, los concentradores LSC reciben una radiación solar tanto directa como difusa. En particular, muestran una mejor respuesta (coseno) con respecto a los módulos de 15 tipo de panel plano convencionales.

Por esta razón, no serían necesarios los seguidores solares como en los concentradores tradicionales.

Se sabe que la luz no puede convertirse completamente en energía eléctrica. Algunos fotones no tienen suficiente 20 energía para iniciar el efecto fotoeléctrico, otros en cambio tienen energía en exceso que se desperdicia.

En el caso del silicio, todos los fotones que tienen una longitud de onda > 1, 11 μm no pueden producir el efecto fotoeléctrico, ya que su energía es más baja que la brecha energética (1, 12 eV) que se necesita solo para el silicio. En lugar de ello, los fotones que tienen una longitud de onda < 1, 11 μm pueden desarrollar dicho efecto pero solo convertir 1, 12 eV. Cuando tienen una energía mayor, esta no se convierte y se transforma en calor.

En el caso del silicio, el 30, 2 % de la energía se pierde debido a la incapacidad para sustraer más de 1, 12 eV del fotón, y el 20, 2 % de la misma se pierde porque los fotones no tienen suficiente energía para originar el efecto fotoeléctrico. Como es conocido en la literatura, la máxima energía disponible, por lo tanto, está cerca del 49, 6 %.

El documento US2001/162711 divulga un dispositivo fotovoltaico con una capa luminiscente que convierte la radiación UV en luz.

La presente invención, usando siempre silicio común como material, pretende explotar, como se detallará en lo 35 sucesivo en el presente... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo (1) fotovoltaico que comprende:

â? un concentrador (2) solar que tiene una forma de anillo, que a su vez comprende:

â-  un transportador (3) externo dispuesto a lo largo de una parte externa del anillo;

â-  una placa (22) luminiscente externa que tiene una sección trapezoidal y que tiene una superficie (221) de

recepción periférica externa configurada para recibir una radiación luminosa incidente y que proviene del 10 transportador (3) ;

â-  una placa (21) luminiscente interna dispuesta a lo largo de una parte interna del anillo y que tiene una sección trapezoidal;

â-  una capa (23) semiconductora nanoestructurada intercalada entre las dos placas (21, 22) de manera que las bases principales de las secciones trapezoidales respectivas se enfrentan a la misma, estando dicha capa

(23) semiconductora configurada para recibir una radiación transmitida por las placas (21, 22) interna y externa y para producir un efecto fotovoltaico;

â? un medio (3, 5) de transporte, configurado para recopilar y concentrar la radiación luminosa incidente en dicha superficie (221) de recepción periférica. 20

2. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación anterior, en el que dicha placa (22) luminiscente externa está configurada de manera que absorba una parte de la radiación incidente que tiene una frecuencia en el campo ultravioleta, y emite una primera radiación a la capa (23) semiconductora a una frecuencia tal como para producir un efecto fotoeléctrico.

3. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha placa (21) luminiscente interna está configurada con el fin de absorber una parte de la radiación incidente que tiene una frecuencia en el campo infrarrojo, y emitir una segunda radiación a la capa (23) semiconductora a una frecuencia tal como para producir un efecto fotoeléctrico.

4. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha capa (23) semiconductora nanoestructurada tiene una configuración de tipo herradura, que comprende una parte externa de silicio dopado P que tiene sustancialmente una forma como de U hacia arriba, y una parte interna de silicio dopado

N. 35

5. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho medio (3, 5) de transporte comprende un transportador (3) dispuesto a lo largo de la periferia externa del anillo y que tiene una sección triangular, que tiene una primera cara (31) apéndice de dicha placa (22) luminiscente externa a lo largo de dicha superficie (221) de recepción periférica y una segunda cara (32) configurada para recopilar y transmitir la radiación incidente.

6. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, en el que dicho transportador (3) tiene una sección de triángulo en ángulo recto isósceles, que comprende una tercera cara (33) oblicua fijada en espejo, opuesta a dichas caras (31, 32) primera y segunda.

7. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con las reivindicaciones 5 o 6, en el que dicho transportador (3) está fabricado de polimetacrilato de metilo, que puede obtenerse a partir de una mezcla de plexit 55 combinado con una capa de PE 399 Kristalflex u otra película anti-reflexión sobre su cara (32) de recepción.

8. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 7, en el que dicho medio (3, 5) de transporte comprende una o más lentes (5) de tipo Fresnel, superpuestas a y separadas de dicho transportador (3) y dispuestas con el fin de concentrar la radiación luminosa incidente sobre las mismas en este último.

9. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con las reivindicaciones 8 y 6, que comprende cuatro lentes (5) de 55 Fresnel, dispuestas con el fin de formar entre las mismas un círculo en el que cada lente ocupe un cuadrante respectivo del mismo, siendo cada lente de Fresnel (5) apta para concentrar la radiación incidente en la segunda parte (32) de cara respectiva sometida a la misma de dicho transportador (3) .

10. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichas 60 placas (22, 21) luminiscentes externa e interna están fabricadas de polimetacrilato de metilo, que puede obtenerse a partir de una mezcla de plexit 55.

11. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha placa (22) luminiscente externa comprende un par de tiras (222, 223) reflectantes externas dispuestas cada una a lo 65 largo de un lado oblicuo respectivo.

12. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha placa (21) luminiscente interna comprende un par de tiras (211, 212) reflectantes internas dispuestas cada una a lo largo de un lado oblicuo respectivo y una tira (213) reflectante dispuesta a lo largo de la base menor de la sección trapezoidal de la misma.

13. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichas placas (22, 21) luminiscentes externa e interna comprenden internamente pigmentos aptos para producir un efecto fosforescente.

14. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación anterior, en el que dichos pigmentos son de tipo "amarillo verde".

15. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con las reivindicaciones 11 y 12, que comprende cuatro cubiertas (7)

hemisféricas, dispuestas cada una en un lado respectivo del anillo. 15

16. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un sistema de refrigeración asociado con dicho concentrador (2) solar.

17. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación anterior, en el que dicho sistema de refrigeración 20 comprende uno o más canales (10) de refrigeración provistos de un refrigerante.

18. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con las reivindicaciones 15 y 17, en el que dichos canales (10) de refrigeración se obtienen dentro de dichas cubiertas (7) hemisféricas.

19. El dispositivo (1) fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 9 y una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un recipiente (4) dentro del cual se inserta y se soporta, cerrándose dicho recipiente (4) por la parte superior mediante dichas cuatro lentes (5) de Fresnel dispuestas en círculo.

20. Un panel (100) fotovoltaico, que comprende una pluralidad de dispositivos (1) fotovoltaicos de acuerdo con una 30 cualquiera de las reivindicaciones anteriores, dispuesto en los nodos de una estructura reticular de tipo retráctil.

21. El panel (100) fotovoltaico, de acuerdo con la reivindicación anterior, que comprende además un sistema (200) de movimiento de seguimiento solar.