DIODO DE DERIVACION PARA CELULAS FOTOVOLTAICAS.

Un módulo de generación fotovoltaica, que comprende: un sustrato (12;

32); una o más células fotovoltaicas (16) montadas en dicho sustrato (12; 32); zonas metalizadas (14) que constituyen un circuito y provistas entre dicho sustrato (12; 32) y dichas células fotovoltaicas (16), estando dichas zonas metalizadas (14) eléctrica y térmicamente acopladas a dichas células fotovoltaicas (16); y uno o más diodos en derivación (20; 34) correspondiendo cada uno a una o más de dichas células fotovoltaicas (16) respectivas; caracterizado por que cada uno de dichos diodos en derivación (20; 34) se sitúa entre dicho sustrato (12; 32) y dichas células fotovoltaicas (16) y al menos en parte entre las partes conductoras respectivas de dichas zonas metalizadas (14), de forma que dichos diodos en derivación respectivos (20; 34) definan un recorrido eléctrico sustancialmente paralelo a dicho sustrato (12; 32); y dichas zonas metalizadas (14) subyacen bajo una parte sustancial de cada una de dichas células fotovoltaicas (16)

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/AU2004/000667.

Solicitante: SOLAR SYSTEMS PTY LTD.

Nacionalidad solicitante: Australia.

Dirección: 322 BURWOOD ROAD HAWTHORN, VICTORIA 3122 AUSTRALIA.

Inventor/es: LASICH, JOHN BEAVIS.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 19 de Mayo de 2004.

Fecha Concesión Europea: 14 de Julio de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01L27/142 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 27/00 Dispositivos que consisten en una pluralidad de componentes semiconductores o de otros componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común (detalles H01L 23/00, H01L 29/00 - H01L 51/00; conjuntos que consisten en una pluralidad de dispositivos de estado sólido individuales H01L 25/00). › Dispositivos de conversión de energía (módulos fotovoltaicos o conjuntos de células fotovoltaicas individuales que comprende diodos de derivación integrados o directamente asociado con las células fotovoltaicas sólo H01L 31/0443; módulos fotovoltaicos compuestas de una pluralidad de células solares de película delgada depositados en el mismo sustrato H01L 31/046).
  • H01L31/042 H01L […] › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › Módulos fotovoltaicos o conjuntos de células individuales fotovoltaicos (las estructuras de soporte de los módulos fotovoltaicos H02S 20/00).
  • H01L31/05 H01L 31/00 […] › Medios de interconexión eléctrica entre las células fotovoltaicas dentro del módulo fotovoltaicos, p. ej. conexión en serie de células fotovoltaicas (electrodes H01L 31/0224; interconexión eléctrica de las células solares de película delgada formada sobre un sustrato común H01L 31/046; estructuras particulares para la interconexión eléctrica de las células solares de película delgada adyacentes en el módulo H01L 31/0465; medios de interconexión eléctrica especialmente adaptada para conectar eléctricamente dos o más módulos fotovoltaicos H02S 40/36).

Clasificación PCT:

  • H01L31/05 H01L 31/00 […] › Medios de interconexión eléctrica entre las células fotovoltaicas dentro del módulo fotovoltaicos, p. ej. conexión en serie de células fotovoltaicas (electrodes H01L 31/0224; interconexión eléctrica de las células solares de película delgada formada sobre un sustrato común H01L 31/046; estructuras particulares para la interconexión eléctrica de las células solares de película delgada adyacentes en el módulo H01L 31/0465; medios de interconexión eléctrica especialmente adaptada para conectar eléctricamente dos o más módulos fotovoltaicos H02S 40/36).

Clasificación antigua:

  • H01L31/05 H01L 31/00 […] › Medios de interconexión eléctrica entre las células fotovoltaicas dentro del módulo fotovoltaicos, p. ej. conexión en serie de células fotovoltaicas (electrodes H01L 31/0224; interconexión eléctrica de las células solares de película delgada formada sobre un sustrato común H01L 31/046; estructuras particulares para la interconexión eléctrica de las células solares de película delgada adyacentes en el módulo H01L 31/0465; medios de interconexión eléctrica especialmente adaptada para conectar eléctricamente dos o más módulos fotovoltaicos H02S 40/36).

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre.


Fragmento de la descripción:

PUBLICACIÓN RELACIONADA

Esta solicitud se basa en y reivindica el beneficio de la fecha de presentación de la Solicitud Provisional de Estados Unidos Nº de serie 60/471342, presentada el 19 de mayo de 2003.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un diodo en derivación para una célula fotovoltaica, de aplicación particular aunque de ningún modo exclusiva en módulos de células fotovoltaicas para su uso en concentradores solares de sistemas de generación solar fotovoltaica.

Las células solares multiunión se usan en sistemas de generación fotovoltaicos de concentradores solares para la generación de energía debido su elevada eficiencia. Aunque tales células solares son caras, sus eficiencias son suficientemente elevadas como para convertir tales disposiciones en factibles económicamente. Sin embargo, para mantener la fiabilidad de tales disposiciones en las que se disponen en serie múltiples células, es deseable tener un diodo en derivación para cada célula en una serie. El diodo en derivación impide la sobrecarga de su célula correspondiente cuando esa célula tiene una salida de potencia reducida debido a una pobre iluminación, rendimiento o a algún otro fallo. Esto permite a la serie de células que forman un módulo continuar funcionando.

El número de células en serie, que determina la tensión del bus, es normalmente mayor que un centenar, de modo que la derivación de una única célula, defectuosa dará como resultado una pérdida de potencia del 1% o menor. Los diodos en derivación permiten así que el sistema mantenga el funcionamiento con una mínima pérdida de rendimiento.

Un sistema existente se ilustra en la Patente de Estados Unidos Nº 6.020.555, en la que cada célula se conecta en paralelo con su correspondiente diodo en derivación dando como resultado una serie de diodos en paralelo con una serie de células.

Se propone otro sistema en la Patente de Estados Unidos Nº 6.313.396, en la que el sustrato de un módulo de célula solar soporta una primera y una segunda células solares. Se fija una pestaña al lado superior de o bien la primera o bien la segunda célula solar y se relaciona funcionalmente con la parte posterior de la misma célula. Se dispone un elemento de unión entre el sustrato y las partes posteriores de las células, uniendo directamente (a) el sustrato con la parte posterior de una de las células y (b) el sustrato con la pestaña. Se dispone un primer elemento de trazado metálico entre el sustrato y la primera y segunda célula solar y conecta eléctricamente la parte superior de

o bien la primera o bien la segunda célula con la parte posterior de o bien la primera o bien la segunda célula con un elemento conductor.

Se propone aún otro sistema en el documento EP 0 768 720, que describe un conjunto de diodos en derivación de células solares provisto mediante la formación de al menos un rebaje en el dorso de una célula solar y la colocación de al menos un diodo en derivación discreto de perfil bajo en los rebajes respectivos de modo que cada diodo en derivación quede aproximadamente enrasado con el dorso de la célula solar. Cada diodo en derivación se une a la célula solar para una conexión anti-paralelo a través de la célula solar.

Sin embargo, las disposiciones existentes, cuando los diodos en derivación están esencialmente adyacentes a las células, no son adecuadas para sistemas que empaquetan estrechamente las células, tal como un plato concentrador o sistemas receptores centrales.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona en un primer aspecto un módulo de energía fotovoltaica, que comprende un sustrato, una o más células fotovoltaicas montadas en el sustrato, zonas metalizadas que constituyen un circuito y equipadas entre el sustrato y las células, estando las zonas metalizadas acopladas eléctrica y térmicamente a las células, y uno o más diodos en derivación correspondiendo cada uno a una o más de las células respectivas. Cada uno de los diodos se sitúa entre el sustrato y las células y al menos en parte entre las partes conductoras respectivas de las zonas metalizadas, de forma que el diodo en derivación respectivo define una trayectoria eléctrica sustancialmente paralela al sustrato y las zonas metalizadas subyazcan a una parte de cada una de las células, para facilitar el flujo térmico desde dichas células a dicho sustrato.

Preferiblemente el circuito comprende un circuito impreso o laminado y cada uno de los diodos se sitúa entre y en un plano común con las zonas metalizadas contiguas del circuito impreso o laminado. Preferiblemente cada uno de los diodos tiene un grosor que es sustancialmente igual o menor que el grosor de las zonas metalizadas. Por ello, debido a que los diodos se sitúan (junto con el circuito) entre el sustrato y las células, los diodos no impiden que las células solares se empaqueten tan estrechamente como anteriormente.

Alternativamente, sin embargo, si no es posible obtener o emplear diodos que sean suficientemente delgados para ser acomodados por una de las zonas metalizadas (que puedan tener un grosor de solamente 0,3 mm) el sustrato puede incluir uno o más rebajes que al menos parcialmente (aunque se puede concebir totalmente) acomode los diodos (preferiblemente un diodo por rebaje).

Por ello, en esta realización los diodos están también entre el sustrato y las células (habiendo aún material de sustrato sobre el lado de los diodos opuesto a las células), pero los diodos están también, al menos hasta cierto punto, rodeados por material de sustrato.

Preferiblemente las partes conductoras del circuito (en una realización las zonas metalizadas) encajan o acomodan los diodos. Preferiblemente los terminales de cada diodo están metalizados para complementar la forma de las partes conductoras.

La presente invención proporciona en un aspecto adicional un método para derivar una o más células fotovoltaicas en un módulo de generación fotovoltaica, que comprende la colocación de uno o más diodos en derivación, correspondiendo cada uno a una o más de las células respectivas, entre las células y un sustrato del módulo y al menos en parte entre las partes conductoras de las zonas metalizadas que forman un circuito provisto sobre el sustrato entre el sustrato y las células, de forma que los diodos en derivación definan recorridos eléctricos respectivos sustancialmente paralelos al sustrato, acoplando eléctrica y térmicamente las zonas metalizadas a las células de forma que las zonas metalizadas subyacen bajo una parte sustancial de cada una de las células y acoplando eléctricamente los diodos en derivación a las zonas metalizadas con los diodos en derivación dispuestos para derivar una o más de las células correspondientes si una tensión a través de una o más de las células correspondientes cae por debajo de un nivel predeterminado o se invierte.

Preferiblemente el circuito es un circuito impreso o laminado. Preferiblemente cada uno de los diodos se sitúa entre y en un plano común con las zonas metalizadas contiguas del circuito.

Preferiblemente el método incluye moldear partes del circuito (en una realización las zonas metalizadas) para encajar los diodos. Preferiblemente los terminales de cada uno de los diodos están metalizados para complementar la forma de las partes conductoras.

En una realización, el método incluye proporcionar uno o más rebajes en dicho sustrato para al menos parcialmente (y en algunos casos totalmente) acomodar los diodos (preferiblemente un diodo por rebaje). Así, en esta realización los diodos se sitúan entre las células y el sustrato (habiendo aún material de sustrato en el lado de los diodos opuesto las células), pero los diodos están también, al menos hasta cierto punto, rodeados por material de sustrato.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para que la presente invención se determine con más claridad, se describirán ahora las realizaciones a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es una vista en sección transversal de una parte de un

módulo fotovoltaico de acuerdo con una realización de la presente

invención;

la Figura 2 es una vista esquemática en planta de un diodo en derivación

y un circuito metalizado adyacente del módulo de la figura 1;

la Figura 3 es una vista en planta comparable...

 


Reivindicaciones:

1. Un módulo de generación fotovoltaica, que comprende: un sustrato (12; 32); una o más células fotovoltaicas (16) montadas en dicho sustrato (12; 32); zonas metalizadas (14) que constituyen un circuito y provistas entre dicho sustrato (12; 32) y dichas células fotovoltaicas (16), estando dichas zonas metalizadas (14) eléctrica y térmicamente acopladas a dichas células fotovoltaicas (16); y uno o más diodos en derivación (20; 34) correspondiendo cada uno a una o más de dichas células fotovoltaicas (16) respectivas; caracterizado por que cada uno de dichos diodos en derivación (20; 34) se sitúa entre dicho sustrato (12; 32) y dichas células fotovoltaicas (16) y al menos en parte entre las partes conductoras respectivas de dichas zonas metalizadas (14), de forma que dichos diodos en derivación respectivos (20; 34) definan un recorrido eléctrico sustancialmente paralelo a dicho sustrato (12; 32); y dichas zonas metalizadas (14) subyacen bajo una parte sustancial de cada una de dichas células fotovoltaicas (16).

2. Un módulo de generación fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho circuito comprende un circuito impreso o laminado y cada uno de dichos diodos en derivación (20; 34) se sitúa entre y en un plano común con las zonas metalizadas contiguas (14) de dicho circuito impreso o laminado.

3. Un módulo de generación fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada uno de dichos diodos en derivación (20; 34) tiene un grosor que es sustancialmente igual o menor que el grosor de dichas zonas metalizadas (14).

4. Un módulo de generación fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sustrato (12; 32) incluye uno o más rebajes (38) que al menos parcialmente acomodan los diodos en derivación (20; 34).

5. Un módulo de generación fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las partes conductoras tienen contornos que encajan o acomodan dichos diodos en derivación (20; 34).

6. Un módulo de generación fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 5, en el que cada uno de dichos diodos en derivación (20; 34) tiene terminales metalizados (22a, 22b; 36a, 36b) que complementan la forma de dichas partes conductoras.

7. Un módulo de generación fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichos diodos en derivación (20; 34) no sobresalen hacia dichas células fotovoltaicas (16) más allá de dichas zonas metalizadas (14).

8. Un módulo de generación fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada uno de dichos diodos en derivación (20; 34) está acoplado térmicamente a dichas zonas metalizadas (14) por medio de al menos dos trayectorias de refrigeración.

9. Un concentrador solar que incluye un módulo de generación fotovoltaica (10; 30) de acuerdo con la reivindicación 1.

10. Un método para derivar una o más células fotovoltaicas (16) en un

módulo de generación fotovoltaica (10; 30), que comprende: la colocación de uno o más diodos en derivación (20; 34), correspondiendo cada uno a una o más de dichas células fotovoltaicas

(16) respectivas, entre dichas células fotovoltaicas (16) y un sustrato (12; 32) de dicho módulo (10; 30) y al menos en parte entre las partes conductoras de las zonas metalizadas (14) que constituyen un circuito provisto sobre dicho sustrato (12; 32) entre dicho sustrato (12; 32) y dichas células fotovoltaicas (16), de forma que dichos diodos en derivación (20; 34) definen recorridos eléctricos respectivos sustancialmente paralelos a dicho sustrato (12; 32); el acoplamiento eléctrico y térmico de dichas zonas metalizadas (14) a dichas células fotovoltaicas (16) de forma que dichas zonas metalizadas

(14) subyacen bajo una parte sustancial de cada una de dichas células fotovoltaicas (16); y el acoplamiento eléctrico de dichos diodos en derivación (20; 34) a dichas zonas metalizadas (14) con dichos diodos en derivación (20; 34) dispuestos para derivar una o más células fotovoltaicas (16) correspondientes si una tensión a través de dichas una o más células fotovoltaicas (16) correspondientes caen por debajo de un nivel predeterminado o se invierte.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el circuito es un circuito impreso o laminado.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, que incluye la colocación de cada uno de dichos diodos en derivación (20; 34) entre y en un plano común con las zonas metalizadas contiguas (14) de dicho circuito.

13. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, que incluye proporcionar cada uno de dichos diodos en derivación (20; 34) con un grosor que es sustancialmente igual o menor que el grosor de dichas zonas metalizadas (14).

14. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, que incluye proporcionar dicho sustrato (12; 32) con uno o más rebajes (38) para acomodar al menos parcialmente dichos diodos en derivación (20; 34).

15. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, que incluye contornear partes del circuito para encajar o acomodar dichos diodos en derivación (20; 34).

16. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que cada uno de dichos diodos en derivación (20; 34) tiene terminales metalizados (22a, 22b; 36a, 36b) que complementan la forma de dichas partes conductoras.

17. Un módulo de generación fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se proporciona un material de soldadura (18) entre dichas células fotovoltaicas (16) y dichas zonas metalizadas (14) que acopla eléctricamente

dichas células fotovoltaicas (16) a dichas zonas metalizadas (14) y dichos diodos en derivación (20; 34) están por debajo del plano definido por una superficie superior de dicho material de soldadura (18).

18. Un módulo de generación fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 17, en el que dichos diodos en derivación (20; 34) tienen las caras inferiores por debajo del plano definido por una superficie superior de dichas zonas metalizadas (14).

19. Un módulo de generación fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 17, en el que dicho material de soldadura (18) conecta dicho sustrato (12; 32) a dichos diodos en derivación (20; 34).

20. Un módulo de generación fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichos diodos en derivación (20; 34) tienen las caras inferiores próximas a una superficie superior de dicho sustrato (12; 32).

21. Un módulo de generación fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 2, en el que cada uno de dichos diodos en derivación (20; 34) tiene un grosor que es sustancialmente igual al grosor de dichas zonas metalizadas (14).

22. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende el acoplamiento eléctrico de dichas células fotovoltaicas (16) a dichas zonas metalizadas (14) con un material de soldadura (18) provisto entre dichas células fotovoltaicas (16) y dichas zonas metalizadas (14) y que sitúa dichos diodos en derivación (20; 34) por debajo del plano definido por una superficie superior de dicho material de soldadura (18).

23. Un método de acuerdo con la reivindicación 22, que comprende la colocación de dichos diodos en derivación (20; 34) con las caras inferiores de dichos diodos en derivación (20; 34) por debajo del plano definido por una superficie superior de dichas zonas metalizadas (14).

24. Un método de acuerdo con la reivindicación 22, que comprende la conexión de dicho sustrato (12; 32) a dichos diodos en derivación (20; 34) con

dicho material de soldadura (18).

25. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende la colocación de dichos diodos en derivación (20; 34) con las caras inferiores de

5 dichos diodos en derivación (20; 34) próximos a una superficie superior de dicho sustrato (12; 32).

26. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, que incluye proporcionar

cada uno de dichos diodos en derivación (20; 34) con un grosor que es 10 sustancialmente igual al grosor de dichas zonas metalizadas (14).


 

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