APARATO PARA CONVERTIR ENERGÍA SOLAR EN ELECTRICIDAD PROTEGIDO MEDIANTE UNA TAPA DE VIDRIO.

Aparato para convertir energía solar en electricidad protegido mediante una tapa de vidrio.

La presente invención se refiere a un aparato para convertir energía solar en electricidad, que comprende: un substrato 101, una célula solar multiunión de compuesto semiconductor III-V 102 para convertir la célula solar 102 en electricidad, estando montada la célula solar 102 sobre el substrato 101, un diodo 103, sobre el substrato 101, que comprende un cuerpo, un contacto de ánodo y un contacto de cátodo, estando acoplado el diodo 103 en paralelo con la célula solar 102, y unos terminales de salida 104 montados sobre el substrato 101 y acoplados con la célula solar 102 y el diodo 103 para manejar más de 10 W de potencia. Dicho aparato también comprende por lo menos un separador 107 y una tapa 108 configuradas para cubrir y proteger dicho aparato

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200900123.

Solicitante: Emcore Solar Power, Inc.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 10420 RESERACH ROAD SE ALBURQUERQUE - NM 87123 ESTADO ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: SEEL,STEVE, MECK,ROBERT, FORESI,JAMES.

Fecha de Solicitud: 16 de Enero de 2009.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 20 de Enero de 2012.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01L31/0203B
  • H01L31/02H2B
  • H01L31/048 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 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). › encapsulados de modulos.
  • H01L31/0725 H01L 31/00 […] › Células solares a unión múltiple o tandem.
  • H01L31/0735 H01L 31/00 […] › comprendiendo únicamente semiconductores a base de compuestos A III B V , p.ej. células solares GaAs/AlGaAs o InP/GaInAs.

Clasificación PCT:

  • H01L31/0203 H01L 31/00 […] › Contenedores; Encapsulados (para dispositivos fotovoltaicos H01L 31/048; para dispositivos fotosensibles orgánicos H01L 51/44).
  • H01L31/048 H01L 31/00 […] › encapsulados de modulos.
  • H01L31/052 H01L 31/00 […] › 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).
  • H02N6/00

Fragmento de la descripción:

Aparato para convertir energía solar en electricidad protegido mediante una tapa de vidrio.

Objeto de la invención

La descripción de la invención se refiere a un receptor de célula solar que tiene por lo menos un separador y una tapa configurada para cubrir la célula solar y proteger dicha célula solar.

Antecedentes de la invención

Típicamente, una pluralidad de células solares están dispuestas en una agrupación ordenada o panel, y un sistema de energía solar típicamente incluye una pluralidad de estos paneles. Las células solares en cada panel están usualmente conectadas en serie, y los paneles en un sistema dado también están conectados en serie, teniendo cada panel numerosas células solares. Las células solares en cada panel, alternativamente, se podrían disponer en paralelo.

Históricamente, la energía solar, tanto la espacial como la terrestre, ha sido proporcionada predominantemente mediante células solares de silicio. En los últimos años, sin embargo, el alto volumen de fabricación de células solares multiunión de alta eficiencia ha permitido el uso de esta tecnología alternativa para la generación de energía. Algunas células multiunión actuales tienen eficiencias de energía que superan el 27%, mientras que las tecnologías de silicio generalmente alcanzan solamente aproximadamente el 17% de eficiencia.

Hablando en general, las células multiunión son de polaridad n-en-p y están compuestas de compuestos InGaP/(In)GasAs III-V. Las capas de las células solares multiunión semiconductoras de compuesto III-V pueden desarrollarse mediante la deposición químico-organometálica de vapor, MOCVD, en sustratos Ge. Las placas epitaxiales se pueden procesar en dispositivos completos a través de fotolitografía robótica automatizada, metalización, limpieza química y grabado, recubrimiento de antireflexión (AR), corte, y procesos de prueba. La metalización de contacto n-y-p está típicamente comprendida de Ag predominantemente con una fina capa de tapa de Au para proteger el Ag de la oxidación. El recubrimiento AR es generalmente una pila dieléctrica TiOx/Al2Ox de capa doble, cuyas características de reflectividad espectral están diseñadas para minimizar la reflexión al nivel de la célula interconectada con la cubierta de vidrio, CIC, o el conjunto de la célula solar, SCA, así como para maximizar el rendimiento de final de vida, EOL, de las células.

En algunas células multiunión, la célula media es una célula InGaAs opuesta a una célula GaAs. La concentración de indio puede ser aproximadamente del 1,5% de la célula media de InGaAs. En algunas implementaciones, estas disposiciones presentan una eficiencia aumentada.

Independientemente del tipo de célula utilizada, un problema conocido con los sistemas de energía solar es que las células solares individuales se pueden dañar o ensombrecer mediante una obstrucción. Por ejemplo, se puede producir un daño como resultado de la exposición de una célula solar a condiciones ambientales adversas. La capacidad de transporte de corriente de un panel que tiene una o más células solares dañadas o ensombrecidas se reduce, y la salida de otros paneles en serie con ese panel polariza de manera inversa en las células dañadas o ensombrecidas. La tensión a través de las células dañadas o ensombrecidas aumenta de esta manera en una polaridad inversa hasta que la tensión de salida completa de todos los paneles en la serie se aplica a las células dañadas o ensombrecidas en el panel correspondiente. Esto provoca que las células dañadas o ensombrecidas se averíen.

Un sistema de células solares típico tiene miles de células solares, su salida de tensión es normalmente de aproximadamente de cientos de voltios, y su salida de corriente es de aproximadamente decenas de amperios. En estos niveles de energía de salida, si los terminales de las células solares no están protegidos, tiende a producirse una descarga eléctrica no controlable en forma de chispas, y esto puede provocar daños en las células solares y en todo el sistema.

La patente US 6.020.555 describe un sistema de células solares constituido por paneles, cada uno de los cuales incluye múltiples células solares, estando provista cada célula solar de un diodo conectado entre sus terminales positivo y negativo. La provisión de los diodos, típicamente diodos de derivación Schottky, realizan una especie de protección de las células solares contra las descargas eléctricas no controlables citadas anteriormente.

Otro inconveniente de las células solares conocidas es que no están protegidas, cubiertas, o aisladas mecánicamente, con objeto de que la posible sociedad acumulada sobre el sistema, o cualquier otro agente, no pueda producir ningún daño a la célula solar.

Breve descripción de la invención

La invención se refiere a un aparato para convertir energía solar en electricidad. Dicho aparato comprende un substrato y una célula solar multiunión de compuesto semiconductor III-V para convertir la célula solar en electricidad. La célula solar está montada sobre el substrato y comprende un primer contacto acoplado a un lado de polaridad p de la célula y un segundo contacto acoplado a un lado de polaridad n de la célula. El aparato también comprende un diodo, sobre el substrato, que comprende un cuerpo, un contacto de ánodo y un contacto de cátodo. El diodo está acoplado en paralelo con el primer y el segundo contactos de la célula solar, de manera que el contacto de ánodo del diodo está acoplado con el primer contacto y el contacto de cátodo del diodo está acoplado con el segundo contacto. Unas terminales de salida, comprendidas en el aparato, están montadas sobre el substrato y acopladas a la célula solar y el diodo para manejar más de 10 W de potencia.

El aparato de la presente invención también comprende por lo menos un separador y una tapa configurada para cubrir y proteger dicho aparato. La tapa se puede montar sobre los separadores, por lo tanto, la inclusión de dicha tapa no afecta a la célula solar, ya que no interfiere con ninguno de los componentes indicados previamente. La tapa actúa como una protección de la célula solar, de manera que el posible polvo, obstrucción o elemento no deseado no puede dañar la célula solar.

El separador o separadores pueden ser cualquier componente de soporte de superficie de un espesor apropiado. Por ejemplo, unas resistencias son componentes de soporte de superficie baratos que se pueden manejar mediante un equipo automático. Por lo tanto, el coste de la célula solar no se ve impactado de manera significativa, con la ventaja de la robustez mejorada contra daños. Las resistencias no están conectadas al circuito eléctrico y actúan puramente como medios separadores mecánicos. El valor de las resistencias es la facilidad con la cual el equipo automático las manipula. Otro posible componente de soporte de superficie que se podría utilizar son por ejemplo bandas de plástico, pero, debido al hecho de que el equipo automático no está preparado para manejar dichas bandas de plástico, y que el equipo automático necesitaría modificaciones adicionales, que implicarían un coste extra, las resistencias representan la solución más barata para los separadores. Son baratas por sí mismas y el equipo no necesita modificaciones adicionales. Sin embargo, cualquier otra solución que pueda actuar como medios separadores mecánicos es válida, como por ejemplo, un saliente sobre el substrato. Otra posible alternativa es un marco anular cerámico. Dicho anillo cerámico actuaría como las resistencias, o cualquier otro componente de soporte de superficie, y soportaría la tapa.

Preferiblemente, la tapa es una tapa de vidrio. Dicha tapa no ensombrecerá la célula solar y no reducirá el rendimiento de la célula solar. Otras soluciones son válidas, mientras no reduzca el rendimiento de la célula solar.

En algunas implementaciones, el diodo se puede accionar para polarice en sentido directo en los casos en que la célula solar no esté generando por encima de una tensión límite.

En algunas implementaciones, la célula solar comprende por lo menos una capa que comprende InGaP, InGaAs o GaAs.

En algunas implementaciones, la célula solar comprende un recubrimiento antireflexivo.

El aparato puede comprender un material de silicona entre la célula solar y la tapa. Este material mejora la transmisión a través de la pila, y por lo tanto, la eficiencia de la célula solar. Alternativamente,...

 


Reivindicaciones:

1. Aparato para convertir energía solar en electricidad, que comprende:

un substrato,

una célula solar multiunión de compuesto semiconductor III-V para convertir la energía solar en electricidad, estando montada la célula solar sobre el substrato y comprendiendo un primer contacto acoplado a un lado de polaridad p de la célula y un segundo contacto acoplado a un lado de polaridad n de la célula,

un diodo, sobre el substrato, que comprende un cuerpo, un contacto de ánodo y en contacto de cátodo, estando acoplado el diodo en paralelo con el primer y el segundo contactos de la célula solar, de manera que el contacto de ánodo del diodo está acoplado al primer contacto y el contacto de cátodo del diodo está acoplado al segundo contacto, y

unos terminales de salida montados sobre el substrato y acoplados a la célula solar y al diodo para manejar más de 10 W de potencia,

caracterizado porque

el aparato también comprende por lo menos un separador y una tapa, estando configurada dicha tapa para cubrir y proteger dicho aparato.

2. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque el separador es un componente de soporte de superficie de un espesor apropiado.

3. Aparato según la reivindicación 2, caracterizado porque el componente de soporte de superficie no está conectado eléctricamente a nada.

4. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque el separador es un marco anular de un espesor apropiado.

5. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque la tapa es una tapa de vidrio.

6. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la tapa está montada sobre los separadores.

7. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el diodo se puede accionar para estar polarizado en sentido directo en los casos en que la célula solar no esté generando por encima de una tensión límite.

8. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la célula solar comprende por lo menos una capa que comprende InGaP, InGaAs o GaAs.

9. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la célula solar comprende un recubrimiento antireflexivo.

10. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un material de silicona entre la célula solar y la tapa.

11. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque comprende una capa de aire entre la célula solar y la tapa.


 

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