1. Un módulo de células solares para su uso en un sistema solar de concentración para convertir energía solar en electricidad,

caracterizado porque el módulo de células solares incluye un alojamiento con una serie de pares de lentes y receptores de células solares con cada una de las lentes posicionada a lo largo de una parte superior del alojamiento y cada uno de los receptores de células solares separado a lo largo de una parte inferior del alojamiento, incluyendo los receptores de células solares un soporte, una célula solar montada sobre el soporte y comprendiendo una o más capas de semiconductores compuestos III-V, y un elemento óptico posicionado sobre la célula solar entre la célula solar y los pares de lentes y que define un canal óptico con una entrada alargada que se orienta hacia los pares de lentes y una salida reducida orientada hacia la célula solar que concentra la energía solar sobre la célula solar, comprendiendo el receptor de células solares:

un chasis posicionado sobre el soporte y que tiene una altura por encima del soporte que es superior a la célula solar, extendiéndose el chasis alrededor de y encerrando la célula solar en un espacio interior, y

un material de bloqueo contenido dentro del espacio interior entre el elemento óptico y el chasis y que cubre partes del soporte y la célula solar, teniendo el material de bloqueo alturas de bordes exteriores alargados en cada uno del elemento óptico y el chasis.

2. El módulo de células solares según la reivindicación 1, caracterizado porque las alturas de borde exterior se encuentran en un intervalo de entre aproximadamente 1,0 mm y 3,0 mm y la sección intermedia del material de bloqueo tiene una altura comprendida en el intervalo de entre aproximadamente 0,50 mm y 1,0 mm.

3. El módulo de células solares según la reivindicación 2, caracterizado porque la altura de borde exterior en el elemento óptico es diferente de la altura de borde exterior en el chasis.

4. El módulo de células solares según la reivindicación 1, caracterizado porque el chasis incluye un lado inferior cóncavo que mira hacia el soporte para extenderse sobre el primer y el segundo terminales eléctricos montados sobre el soporte y que forman conexiones anódicas y catódicas, cada una con tomas de corrientes para acoplarse a receptores de células solares adyacentes.

5. El módulo de células solares según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende, además, hilos de unión que se extienden entre la célula solar y el soporte, estando los hilos de unión cubiertos completamente por el material de bloqueo.

6. El módulo de células solares según la reivindicación 5, caracterizado porque el material de bloqueo cubre los hilos de unión y se extiende por encima de los hilos de unión con una altura en un intervalo de entre aproximadamente 0,20 mm y 0,50 mm.

7. El módulo de células solares según la reivindicación 1, caracterizado porque el chasis incluye un lado interior que se extiende por encima del soporte y mira hacia el elemento óptico, estando el lado interior posicionado a una distancia del extremo óptico comprendida entre 2,0 mm y 5,00 mm.

8. El módulo de células solares según la reivindicación 1, caracterizado porque el chasis incluye un interior hueco que está relleno de un material para evitar la fuga del material de bloqueo.

9. El módulo de células solares según la reivindicación 1, caracterizado porque el soporte está montado sobre un disipador de calor y al menos una parte del chasis se posiciona directamente sobre el disipador de calor y está separado del soporte.

Módulo de sistema fotovoltaico concentrado que usa células solares de semiconductores III-V.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las células solares se usan para convertir energía solar o radiante en electricidad. Históricamente, la energía solar (tanto en el espacio como en tierra) ha sido predominantemente proporcionada por células solares de silicio (Si) . En los últimos años, sin embargo, la fabricación masiva de células solares multiunión III-V de alta eficacia ha permitido la consideración de esta tecnología para la generación de energía terrestre. En comparación con las células multiunión III-V de silicio son generalmente más resistentes a la radiación y tienen mayores eficacias de conversión de energía, pero tienden a ser mas caras. Algunas células multiunión III-V actuales tienen eficacias energéticas que superan el 27 %, mientras que las tecnologías de silicio alcanzan generalmente una eficiencia de aproximadamente el 17 %. Bajo concentración, algunas células multiunión III-V actuales tienen eficacias energéticas que sobrepasan el 37 %. Cuando la necesidad de potencia muy elevada o de matrices solares menores son primordiales en un a nave espacial u otro sistema de energía solar, las células multiunión se usan a menudo en lugar de, o en combinación híbrida con, células badas en silicio para reducir la dimensión de matriz.

De manera general, las células multiunión son de polaridad n sobre p y se componen de compuestos InGaP/ (In) GaAs/Ge. Las capas de células solares multiunión de semiconductores compuestos III-V se pueden cultivar mediante deposición de vapor químico organometálico (MCOVD) sobre sustratos Ge. El uso del sustrato Ge permite que se forme una unión entre n-y p-Ge. Las estructuras de células solares se pueden cultivar sobre sustratos Ge en diámetros de 100 mm (4 pulgadas) con una masa volumétrica media de aproximadamente 86 mg/cm2.

En algunas células multiunión, la célula central es una célula InGaAs opuesta a una célula CgAs. La concentración de indio puede estar en el intervalo de aproximadamente el 1, 5 % para las células central InCaAs. En algunas realizaciones, tal disposición exhibe mayor eficacia. Las capas InGaAs son estructuras reticulares sustancialmente perfectas acopladas al sustrato Ge.

Independientemente del tipo de células usadas, un problema conocido con los sistemas de energía solar es que las células solares individuales se pueden dañar o ensombrecer por un obstáculo. Por ejemplo, se puede producir daño como consecuencia de la exposición de una célula solar a severas condiciones ambientales. La capacidad de transportar corriente de un panel que tiene una o más células dañadas o ensombrecidas se reducen, y la producción a partir de otros paneles en serie con este panel polariza inversamente las células dañadas o ensombrecidas. La tensión a través de las células dañadas o ensombrecidas aumenta de este modo en una polaridad inversa hasta que la tensión de salida de todos los paneles en serie se aplica a las células dañadas o ensombrecidas en el panel en cuestión. Esto hace que las células dañadas o ensombrecidas se rompan.

Puesto que un sistema de células solares para aplicaciones terrestres tiene miles de células solares su salida de tensión está normalmente en el intervalo de cientos de voltios, y su salida de corriente está en el intervalo de decenas de amperios. A estos niveles de potencia de salida, si los terminales de células solares no están protegidos, tiende a producirse la descarga eléctrica incontrolada en forma de chispas, y esto puede producir daño a las células solares y a todo el sistema.

La célula solar multiunión forma parte de un receptor de células solares que se pueden usar en el sistema de células solares de concentración. Los receptores de células solares se pueden usar en entornos donde el agua, el calor extremo y la humedad pueden reducir el rendimiento y/o producir averías. Se han establecido normas y cualificaciones de ensayo para garantizar que un receptor de células cumpla requisitos mínimos durante su uso. Una norma industrial específica es la IEC62108. Los receptores de células solares se deberían construir de manera a cumplir los requisitos de estas normas para garantizar un rendimiento apropiado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Un aspecto de la presente solicitud es un módulo de células solares para su uso en un sistema solar de concentración para convertir energía solar en electricidad que incluye un alojamiento con una serie de pares de lentes y receptores de células solares con cada una de las lentes posicionada a lo largo de una parte superior del alojamiento y cada uno de los receptores de células solares separado a lo largo de una parte inferior del alojamiento. Los receptores de células solares incluyen un soporte, una célula solar montada sobre el soporte y una o más capas de semiconductores compuestos III-V, y un elemento óptico posicionado sobre la célula solar entre la célula solar y los pares de lentes y que define un canal óptico con una entrada alargada que se orienta hacia los pares de lentes y una salida reducida orientada hacia la célula solar que concentra la energía solar sobre la célula solar. El receptor de células solares puede incluir un chasis posicionado sobre el soporte y que tiene una altura por encima del soporte que es superior a la célula solar. El chasis se puede extender alrededor de y encerrar la célula solar en un espacio interior. Un material de bloqueo puede estar contenido dentro del espacio interior entre el elemento óptico y el chasis y puede cubrir partes del soporte y la célula solar. El material de bloqueo puede tener alturas de borde exterior alargadas en cada uno del elemento óptico y el chasis.

Evidentemente, la presente invención no se limita a las características y ventajas anteriores. Los expertos en la técnica reconocerán características y ventanas adicionales en la siguiente descripción detallada, y a la vista de los dibujos anexos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La presente invención se describirá ahora en lo sucesivo más en detalle con referencia a los dibujos anexos, en los cuales, se muestran algunas pero no todas las realizaciones de la invención. Los dibujos que ilustran las realizaciones no son representaciones esquemáticas a escala. Para los fines de la presente descripción y de las reivindicaciones anexas, todos los intervalos incluyen los puntos máximos y mínimos divulgados e incluyen cualesquiera intervalos intermedios en su interior, que pueden o no enumerarse específicamente en el presente documento.

La figura 1 es una vista en perspectiva de una realización de un módulo de células solares.

La figura 2 es una vista en perspectiva de una realización de un elemento óptico secundario.

La figura 3 es una vista en perspectiva de despiece parcial de una realización de un receptor de células solares.

La figura 4 es una vista en perspectiva de despiece parcial que ilustra la célula solar y el sustrato cerámico metalizado de la figura 3 más en detalle.

La figura 5 es una vista en sección de la célula solar, el sustrato cerámico metalizado y el disipador de calor a lo largo de la línea X-X' de la figura 3

La figura 6 es una vista en perspectiva de un receptor de células solares con un chasis y un material de bloqueo.

La figura 7 es una vista en sección transversal cortada a lo largo de la línea Y-Y' de la figura 6.

La figura 8 es una vista en sección transversal del material de bloqueo posicionado en el interior de un chasis.

La figura 9 es una vista en sección transversal del material de bloqueo posicionado en el interior de un chasis.

La figura 10 es una vista en sección transversal del material de bloqueo posicionado en el interior de un chasis.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

La figura 1 ilustra una realización de un módulo de células solares 200 que comprende una matriz de lentes 210 y receptores de células solares 100 correspondientes. Cada una de las lentes 210 está alineada con uno de los receptores de células solares 100. El módulo de células solares 200 puede incluir varios números de lentes 210 y receptores de células solares 100. La figura 1 incluye un módulo 200 con quince lentes 210 y receptores de células solares 100 alineados en una matriz de 3 x 5.

Las lentes 210 se forman sobre una hoja continua 211 de material óptico (por ejemplo acrílico) . En...

1. Un módulo de células solares para su uso en un sistema solar de concentración para convertir energía solar en electricidad, caracterizado porque el módulo de células solares incluye un alojamiento con una serie de pares de lentes y receptores de células solares con cada una de las lentes posicionada a lo largo de una parte superior del alojamiento y cada uno de los receptores de células solares separado a lo largo de una parte inferior del alojamiento, incluyendo los receptores de células solares un soporte, una célula solar montada sobre el soporte y comprendiendo una o más capas de semiconductores compuestos III-V, y un elemento óptico posicionado sobre la célula solar entre la célula solar y los pares de lentes y que define un canal óptico con una entrada alargada que se orienta hacia los pares de lentes y una salida reducida orientada hacia la célula solar que concentra la energía solar sobre la célula solar, comprendiendo el receptor de células solares:

un chasis posicionado sobre el soporte y que tiene una altura por encima del soporte que es superior a la célula solar, extendiéndose el chasis alrededor de y encerrando la célula solar en un espacio interior, y un material de bloqueo contenido dentro del espacio interior entre el elemento óptico y el chasis y que cubre partes del soporte y la célula solar, teniendo el material de bloqueo alturas de bordes exteriores alargados en cada uno del elemento óptico y el chasis.

2. El módulo de células solares según la reivindicación 1, caracterizado porque las alturas de borde exterior se encuentran en un intervalo de entre aproximadamente 1, 0 mm y 3, 0 mm y la sección intermedia del material de bloqueo tiene una altura comprendida en el intervalo de entre aproximadamente 0, 50 mm y 1, 0 mm.

3. El módulo de células solares según la reivindicación 2, caracterizado porque la altura de borde exterior en el elemento óptico es diferente de la altura de borde exterior en el chasis.

4. El módulo de células solares según la reivindicación 1, caracterizado porque el chasis incluye un lado inferior cóncavo que mira hacia el soporte para extenderse sobre el primer y el segundo terminales eléctricos montados sobre el soporte y que forman conexiones anódicas y catódicas, cada una con tomas de corrientes para acoplarse a receptores de células solares adyacentes.

5. El módulo de células solares según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende, además, hilos de unión que se extienden entre la célula solar y el soporte, estando los hilos de unión cubiertos completamente por el material de bloqueo.

6. El módulo de células solares según la reivindicación 5, caracterizado porque el material de bloqueo cubre los hilos de unión y se extiende por encima de los hilos de unión con una altura en un intervalo de entre aproximadamente 0, 20 mm y 0, 50 mm.

7. El módulo de células solares según la reivindicación 1, caracterizado porque el chasis incluye un lado interior que se extiende por encima del soporte y mira hacia el elemento óptico, estando el lado interior posicionado a una distancia del extremo óptico comprendida entre 2, 0 mm y 5, 00 mm.

8. El módulo de células solares según la reivindicación 1, caracterizado porque el chasis incluye un interior hueco que está relleno de un material para evitar la fuga del material de bloqueo.

9. El módulo de células solares según la reivindicación 1, caracterizado porque el soporte está montado sobre un disipador de calor y al menos una parte del chasis se posiciona directamente sobre el disipador de calor y está separado del soporte.